Бер үк вакытта интерфейсның ике ягындагы материалларны эретү һәм югары ныклы микро-өлкә бәйләнешен урнаштыру өчен, лазер фокус ноктасы үрнәккә төгәл юнәлтелгән булырга тиеш, бу эретеп ябыштыру системасының эшкәртү төгәллегенә катгый таләпләр куя. Моннан тыш, фокуслаганнан соң Гаусс нурының зур күчәр интенсивлыгы градиенты аркасында, фокус кыры температурасы тигез түгел, бу лазер тәэсир иткән өлкәдә микро- һәм нано-бушлыклар барлыкка килүгә китерә, бу үз чиратында үрнәкнең эретеп ябыштыру сыйфатына тәэсир итә.
Лазер фокус кырының интенсивлык бүленешен оптимальләштерү өчен нуль тәртипле Бессель нурларын булдыру өчен киңлек яктылык формалаштыру технологиясен кулланырга мөмкин. Бу ысул күчәр интенсивлыгы градиентын киметә һәм фокус озынлыгын киңәйтә, шуның белән лазер тарафыннан формалаштырылган җылылык эффекты өлкәсенең тирәнлек-киңлек нисбәтен арттыра. Нәтиҗәдә, ул лазер белән эретеп ябыштыру системасының фокуслау төгәллеге таләпләрен киметә, эретеп ябыштыру сыйфатын да, нәтиҗәлелеген дә яхшырта.
1. Дифракцияләнмәгән Бессель нурларын генерацияләү һәм параметрлар белән проектлау
1987 елда Дурнин беренче тапкыр нуль тәртипле Бессель нурын тәкъдим итте, ул уникаль дифракцияләнмәгән үзлекләр күрсәтә: аның аркылы яктылык кыры интенсивлыгы таралуы таралу вакытында үзгәрешсез кала, һәм үзәк ноктаның зурлыгы һәрвакыт дифракция чигенә якын. Моннан тыш, Бессель нурлары таралу вакытында үз-үзен төзәтү үзлеген дә күрсәтә. Үзәк нокта капланганда, тирә-юньдәге яктылык үзәккә таба җыелып, үзәк ноктаны "төзәтәчәк". Нуль тәртипле Бессель нурының аркылы яктылык кыры таралуының математик гыйбарәсе:
гыйбарәдә:
- J0 нуль тәртиптәге Бессель функциясен күрсәтә.
- r һәм φ - тиешенчә радиаль һәм почмак координата элементлары.
- z - таралу аралыгы.
- Kr һәм Kz – туры китереп, аркылы һәм буй дулкынвектор элементлары.
Нуль тәртипле Бессель нурының үзәк төп ноктасы көчле чикләү сәләтенә ия, ул TW/см² яки аннан да югарырак дәрәҗәдәге нурланыш дәрәҗәләрен тәэмин итә, бу материалларда сызыклы булмаган сеңүне нәтиҗәле рәвештә кузгата ала. Иң мөһиме, нуль тәртипле Бессель нурларының дифракцияләнмәгән таралу үзенчәлеге зуррак фокус тирәнлеген һәм кечерәк күчәр интенсивлыгы градиентын тәэмин итә, шуның белән диярлек бертигез температура кыры булдыра һәм эретеп ябыштыру җитешсезлекләре барлыкка килүен баса.
Түбәндәге рәсемдә Бессель нурларының һәм Гаусс нурларының фокус озынлыгы бер үк аркылы чикләү мөмкинлеге астында чагыштырылуы күрсәтелгән. Бессель нурлары аркылы микрон дәрәҗәсендәге фокус ноктасының диаметрын саклап калып, шактый тирән фокуска ия.
Нуль тәртипле Бессель нурларын булдыруның берничә ысулы бар, һәм түбәндәге өч төп ысул киң таралган:
Боҗрасыман диафрагма ысулы: Боҗрасыман диафрагма ысулы, исеменнән күренгәнчә, Бессель нурларын ясау өчен боҗрасыман ярык куллануны үз эченә ала. Бу шулай ук Бессель нурларын ясауның беренче уңышлы ысулы иде. Түбәндәге диаграмма Бессель нурларын ясау өчен боҗрасыман диафрагма ысулын күрсәтә. Яссы дулкын боҗрасыман ярыкка сул яктан перпендикуляр рәвештә төшә һәм дифракция барлыкка килә.
Аннары, уңай линза Фурье үзгәртүен башкара, нәтиҗәдә линза артында Бессель нуры барлыкка килә. Дифракцияләнмәгән таралу аралыгы Zmax боҗрасыман ярыкның диаметры d һәм линзаның санлы диафрагмасы белән бәйле.
Бу ысул нуль тәртипле Бессель нурларын барлыкка китерә алса да, энергияне үзгәртү нәтиҗәлелеге бик түбән, бу аны лазер эшкәртү өлкәләрендә куллануны катлауландыра.
Фәзалык яктылык модуляторы ысулы: Нуль тәртипле Бессель нурын генерацияләү процессы, нигездә, нурның фаза бүленешен үзгәртү процессы. Шуңа күрә, нуль тәртипле Бессель нурын шулай ук фәзалык яктылык модуляторы ярдәмендә генерацияләргә мөмкин. Фәзалык яктылык модуляторы - яктылык кырының интенсивлыгын һәм электр сигналлары аша фаза бүленешен контрольдә тотучы оптоэлектрон модуляция җайланмасы төре. Нуль тәртипле Бессель нурын, түбәндәге рәсемдә күрсәтелгәнчә, конус линзасы фазасын киңлек яктылык модуляторының эш панеленә кулланып генерацияләргә мөмкин.
Аксикон ысулы: Аксикон - Бессель нурларын булдыру өчен иң еш кулланыла торган пассив пыяла нигезендәге дифракция элементларының берсе. Гаусс нуры гадәттә аксиконга төшкәндә һәм аның аша үткәндә, аның фаза бүленеше модуляцияләнә, бу аны энергия югалтусыз нуль тәртипле Бессель нурына әйләндерә, түбәндәге рәсемдә күрсәтелгәнчә.
Пыяла аксиконнарының арзан бәясе, куллану җиңеллеге һәм югары лазер зыяны чиге, шулай ук аларның энергия куллануның гаҗәеп югары нәтиҗәлелеге аркасында, аксиконнар лазер эшкәртү өлкәсендә ультра кыска импульслы Бессель нурларын булдыру өчен төп сайлау булып тора. Түбәндәге рәсемдә нуль тәртипле Бессель нурының нур тараюы һәм үткәрү схемасы күрсәтелгән. 4f сурәтләү системасының зурайтуын һәм юнәлешен көйләү ярдәмендә, Бессель нурының таралу юнәлешендәге дифракциясез таралу арасын, ярты конус почмагын һәм авышлык почмагын җиңел контрольдә тотарга мөмкин.
Ярымконус почмагы Ɵ1 һәм дифракциясез таралу аралыгы Zmax булган нуль тәртипле Бессель нуры линзадан (L1) һәм объектив линзадан (L2) торган 4f системасыннан үткәндә, геометрик үлчәмнәр тагын да кысылачак. Ян яктан зурайту якынча M=f1/f2=5, ә буйга зурайту якынча M2=25. Шулай итеп, үрнәк эчендә нуль тәртипле Бессель нурының соңгы сурәтен геометрик параметрлар белән күрсәтергә мөмкин:
Төрле конус почмаклары һәм нур кысу зурайтулары астында кварц пыяла үрнәге эчендә сурәтләнгән Бессель нурының геометрик параметрлары.
| күчәр сызыгы почмагы α (°) | Керү нуры радиусы d(мм) | (мм) | M=f1/f2 | Ɵ2 (°) | Zmax2 | |
| 0,5 | 3.8 | 1.03 | 20 | 3.1 | 3504 | 10.04 |
| 0,5 | 3.8 | 1.03 | 30 | 4.7 | 1555 ел | 6.7 |
| 0,5 | 3.8 | 1.03 | 40 | 6.2 | 873 | 5.02 |
| 0,5 | 3.8 | 1.03 | 50 | 7.8 | 558 | 4.02 |
| 1 | 3.8 | 1.03 | 20 | 6.2 | 1747 ел | 5.02 |
| 1 | 3.8 | 1.03 | 30 | 9.3 | 772 | 3.36 |
| 1 | 3.8 | 1.03 | 40 | 12.4 | 432 | 2.52 |
| 1 | 3.8 | 1.03 | 50 | 15.5 | 274 | 2.04 |
| 2.5 | 3.8 | 1.03 | 20 | 15.5 | 684 | 2.04 |
| 2.5 | 3.8 | 1.03 | 30 | 23.3 | 294 | 1.38 |
| 2.5 | 3.8 | 1.03 | 40 | 38.83 | 94.4 | 0,86 |
Бессель нурының фокус кыры интенсивлыгы бүленеше
- r һәм z: тиешенчә радиаль һәм күчәр координата компонентлары.
- λ: Лазерның үзәк дулкын озынлыгы.
- w: төшкән Гаусс нурының 1/e² радиусы.
- P0: Ультрак кыска импульслы лазерның иң югары көче.
- β1: Нур кысылганнан соң Бессель нурының ярты конус почмагы.
- k: Дулкын векторы.
- J0: Нуль тәртиптәге Бессель функциясе.
Кварц пыяла эчендәге нуль тәртипле Бессель нурының интенсивлык бүленеше: Сулда таралу юнәлеше буенча оптик көч тыгызлыгы бүленеше һәм кисемтә күренеше, ә уңда күчәр буенча оптик көч тыгызлыгы бүленеше һәм кисемтә күренеше урнашкан.
2. Эретелгән кремний пыяласында фемтосекунд импульслы бессель нурының үзенчәлекләре
(а) рәсемдә төрле импульс энергияләрендә фемтосекунд импульслы Бессель нурлары һәм эретелгән кремний пыяласы арасындагы үзара бәйләнешнең микрографик рәсемнәре күрсәтелгән. Лазер импульсының киңлеге 220 фс темпта билгеләнгән, ә үрнәк эчендәге Бессель нурының ярты конус почмагы 12,4° тәшкил итә. Лазер тәэсир иткән өлкәнең типик бер үлчәмле сызыклы структура күрсәтүен күзәтергә мөмкин. Лазер импульс энергиясе 9,5 мкДж дан кимрәк булганда, фокус өлкәсендәге материалның сыну күрсәткече арта, микрографик рәсемдә кара өлкә буларак күренә.
Лазер импульс энергиясе 9,5 мкДж артып киткәч, фокаль өлкәдәге материалның сыну күрсәткече кими, микрографта ак өлкә буларак күренә, һәм импульс энергиясе арткан саен ак өлкәнең озынлыгы арта. Үрнәкне шомартып, без сканерлаучы электрон микроскоп астында 15,4 мкДж импульс энергиясендә ак өлкәнең морфологик үзенчәлекләрен күзәттек, бу (b) рәсемдә күрсәтелгән. Сыну күрсәткече кимегән өлкәдә якынча 200 нм диаметрлы нанопора барлыкка килә дигән нәтиҗә ясарга мөмкин.
Ион нурларын эшкәртү һәм in-situ сканерлаучы электрон микроскоп күзәтү системалары ярдәмендә без нанопораның булуын тагын да расладык (с рәсем). Шуңа күрә, лазер белән китереп чыгарылган кимчелекләр барлыкка килүен минимальләштерү өчен, лазер белән эретеп ябыштыру вакытында бер импульс энергиясе 9,5 мкДж дан артмаска тиеш.
3. Bessel Ultrashort Impulse Laser кулланып, эретелгән кремний пыялалар арасында югары сыйфатлы микро-эретеп ябыштыруга ирешү.
(а) рәсемдә үрнәкнең эретеп ябыштыру өслегенең өске күренеш микрографиясе күрсәтелгән. Лазер белән эретеп ябыштыру сызыгының тигез һәм шома булуын күрергә мөмкин. Эретелгән өлкәдә очраклы рәвештә таралган берничә микропора кимчелеге булса да, гомумән алганда, ул Гаусс лазер белән эретеп ябыштыру сызыгына караганда күпкә яхшырак. Үлчәүләр күрсәткәнчә, эретеп ябыштыру сызыгы киңлеге якынча 18 мкм, ә эретеп ябыштыру сызыклары арасындагы ара 40 мкм. (б) рәсемдә үрнәкнең эретеп ябыштыру сызыгының яннан микрографиясе күрсәтелгән.
Лазер белән эшкәртүдән соң үрнәкләр арасындагы ара тулысынча юкка чыга, һәм интерфейс янындагы материал термик эретү-суыту процессын үткәннән соң бердәм берәмлеккә кушыла. Үлчәүләр күрсәткәнчә, лазер белән индукцияләнгән термик эретү өлкәсенең тирәнлеге 227 мкм га кадәр җитә. Бу шуны күрсәтә ки, бу параметрлар белән лазер белән эретеп ябыштыру вакытында фокус позициясенең күчәр тирәнлеге 227 мкм га кадәр җитә ала, бу шул ук шартларда Гаусс лазер белән эретеп ябыштырудан дүрт тапкыр күбрәк.
4. Бессель линзаларын кайдан сатып алырга?
Wavelength Opto-Electronic лазер эшкәртү кушымталарында кулланыла торган югары сыйфатлы Bessel линзаларын тәкъдим итә. Керү нурының диаметры зурлыгын көйләү юлы белән чыгыш нурының фокус тирәнлеген көйләү мөмкинлеге - бу Bessel нур оптик системасының иң җәлеп итүчән үзенчәлеге.
| Өлеш № | Дулкын озынлыгы (нм) | Эш арасы (мм) | Максималь керү нуры диаметры (мм) | Фокусның исәпләнгән тирәнлеге (мм) | Гомуми озынлык (мм) |
|---|---|---|---|---|---|
| BESL-355-D10-T1 | 355 | 15.50 | 10 | 1.0 | 377.00 |
| BESL-532-10-D10 | 532 | 11.86 | 10 | 1.5 | 202.84 |
| BESL-1064-D10-T2 | 1064 | 10.80 | 10 | 2.0 | 238.00 |
| BESL-1064-D20-T12 | 1064 | 15.00 | 20 | 12.0 | 315.05 |
Бастырып чыгару вакыты: 2024 елның 10 октябре