01Arweinlyfr Papur
Mae deunyddiau tryloyw (fel gwydr a saffir) yn anhepgor mewn diwydiant ac ymchwil arloesol oherwydd eu priodweddau ffisicocemegol rhagorol. Fodd bynnag, mae eu caledwch uchel a'u nodweddion bwlch band uchel wedi gwneud prosesu mecanyddol yn her ganrif oed. Mae dyfodiad laserau femtosecond wedi dod â chwyldro i addasu mewnol a phrosesu deunyddiau tryloyw, ond mae materion megis cyflymder prosesu araf a thueddiad i niwed straen bob amser wedi bod yn dagfeydd sy'n cyfyngu ar eu cymwysiadau diwydiannol (megis y gofyniad o 1000 o dyllau yr eiliad ar gyfer gwydr trwy - weithgynhyrchu tyllau). Mae'r papur hwn yn cyflwyno dull newydd ar gyfer drilio hynod gyflym o ddeunyddiau tryloyw a gyflawnir trwy gyffro electronig dros dro, gyda chyflymder prosesu wedi'i wella gan filiwn o weithiau o'i gymharu â thechnegau drilio effaith traddodiadol.
02 Trosolwg o'r Testun Llawn
Mae'r astudiaeth yn cynnig techneg o'r enw 'amsugniad laser detholus dros dro Bessel'. Yn gyntaf, mae laser picosecond a ddosberthir gan Gaussian yn cael ei siapio'n belydr Bessel, a all gyffroi ffurfio sianeli excitation electron hir, unffurf, neu 'ffilamentau laser', gydag un digwyddiad mewn deunyddiau tryloyw. Mae ffurfio'r sianel hon yn achosi newid sydyn ym mhhriodweddau optegol y deunydd ar y raddfa picosecond i nanosecond, gan drawsnewid o ynysydd i gyflwr tebyg i gyflwr lled-metel, gyda chynnydd dramatig yn y cyfernod amsugno. Ar yr un pryd, mae'r ffilamentau laser yn amsugno ynni laser pwls hir microsecond yn effeithlon ac yn unffurf, gan gynhesu'r deunydd o fewn y sianel ar unwaith i'r pwynt anweddu a thynnu. Mae'r dull hwn yn osgoi'n glyfar yr effeithiau cysgodi adlewyrchiad plasma a welir mewn prosesu laser dwysedd uchel traddodiadol. Yn y pen draw, mewn dim ond degau o ficroeiliadau, gellir creu twll trwodd o ansawdd uchel gyda diamedr o tua 3.1 micron a chymhareb dyfnder i 322 mewn gwydr cwarts 1mm o drwch, heb unrhyw gonigrwydd na micro-graciau.
03 Dadansoddiad graffeg
Mae Ffigur 1 (A) yn dangos cynllun y llwybr optegol, lle mae pwls o laser picosecond a pwls o laser microsecond yn cael eu siapio'n drawstiau Bessel yn y drefn honno gan brism echelinol, yna'n cael eu cyfuno'n echelinol trwy holltwr trawst a chanolbwyntio ar sampl deunydd tryloyw. Mae Ffigur 1 (B) yn datgelu'r broses gorfforol yn ystod peiriannu: Cam un, mae'r laser picosecond yn cymell sianel excitation electron hir ac unffurf y tu mewn i'r deunydd; Cam dau, mae'r ynni laser microsecond dilynol yn cael ei amsugno'n ddetholus gan y sianel hon, gan sicrhau bod y deunydd yn cael ei dynnu'n syth ac yn unffurf, gan ffurfio twll trwodd â chymhareb agwedd uchel yn y pen draw.
Mae Ffigur 2 yn dangos y mecanwaith ffisegol craidd yn reddfol trwy dechnoleg delweddu pwmpio. Mae pwls Bessel gyda lled pwls o 5 ps yn anwytho ffilamentau o fewn y gwydr cwarts, gan ganiatáu ar gyfer ffurfio sianel excitation unffurf dros 1 mm o hyd o fewn 10 ps yn sefydlog. Yn bwysicach fyth, gall y sianel hon, sydd â chyfernod amsugno uchel, fodoli'n sefydlog am o leiaf 1.8 ns, yn llawer hirach nag amser ymlacio dellt electron, gan gadw'r plasma mewn cyflwr ynni uchel a darparu amodau digonol ar gyfer amsugno detholus o gorbys microsecond dilynol.
Mae Ffigur 3 yn dangos morffoleg y twll lefel micro. Mewn gwydr cwarts 1mm o drwch, dim ond 20 microeiliad y mae'n ei gymryd i brosesu twll trwodd â diamedr o tua 3.1 µm, gyda chymhareb dyfnder-i-dramedr mor uchel â 322. Mae'r olygfa ochr yn dangos bod y sianel yn syth a heb dapr, gyda waliau twll llyfn sy'n rhydd o falurion na micrograciau o ansawdd uchel, prosesu microcraciau. Trwy addasu lled pwls y laser microsecond, gellir hefyd addasu diamedr y twll i ryw raddau.
Mae Ffigur 4 yn dangos cyffredinolrwydd a photensial cymhwysiad diwydiannol y dechnoleg hon. Yn ogystal â gwydr cwarts, mae'r dull hwn hefyd wedi'i gymhwyso'n llwyddiannus i amrywiol ddeunyddiau tryloyw a ddefnyddir yn gyffredin fel gwydr borosilicate a gwydr calch. Trwy osod y laser a defnyddio llwyfan symud cyflym iawn, mae'n bosibl cyflawni effeithlonrwydd hynod o uchel o 1,000 tyllau yr eiliad, gan gynhyrchu miloedd o araeau unffurf trwy-tyllau yn ddibynadwy.
04 Crynodeb
Mae'r ymchwil yn yr erthygl hon wedi cyflawni arloesedd ym maes prosesu laser trwy dechnoleg excitation electronig dros dro. Trwy wahanu'n glyfar y ddwy broses ffisegol o 'gyffro electron' a 'tynnu deunydd', a'u neilltuo i ddau gorbys laser o picoseconds a microseconds wedi'u cydlynu dros dro, llwyddodd i oresgyn problemau sylfaenol cyflymder araf a defnyddio ynni isel mewn prosesu laser tra chyflym traddodiadol, gan roi hwb i'r effeithlonrwydd drilio miliwn o weithiau. Mae'r dechnoleg hon nid yn unig yn galluogi'r gymhareb agwedd hynod gyflym, uchel o ansawdd uchel trwy weithgynhyrchu tyllau mewn milimedrau o ddeunyddiau tryloyw trwchus, ond mae hefyd yn dangos ei chyffredinolrwydd ar draws deunyddiau amrywiol a photensial aruthrol ar gyfer cynhyrchu ar raddfa fawr. Disgwylir i'r datblygiad arloesol hwn gael effaith ddofn mewn meysydd fel pecynnu lled-ddargludyddion, cymwysiadau biofeddygol, ac ymchwil wyddonol flaengar.
