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15
2021
-
09
超短激光脈沖是好用的工業(yè)級(jí)加工工具
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【概要描述】超短激光脈沖是好用的工業(yè)級(jí)加工工具
據(jù)外媒報(bào)道，利用空間結(jié)構(gòu)的超短激光脈沖可以實(shí)現(xiàn)亞微米尺度的工業(yè)級(jí)材料加工。如果光在時(shí)間和空間中強(qiáng)烈集中進(jìn)而引發(fā)極高的光子密度，那么它可以跟所有可能的材料相互作用。通過(guò)使用這些超短激光聚焦，即使是透明材料也可以被改性，即使它們通常不會(huì)相互作用。
短而聚焦的激光脈沖可以克服這種透明度并允許能量實(shí)現(xiàn)完全無(wú)接觸沉積。材料對(duì)輻射的確切反應(yīng)可能非常不同，從邊緣折射率變化到需要疏散整個(gè)地區(qū)的破壞性微尺度爆炸。
使用激光脈沖進(jìn)行光學(xué)加工可以實(shí)現(xiàn)同等多樣化的材料改性，如使用相同的激光系統(tǒng)進(jìn)行分離或連接。由于極短的曝光時(shí)間和低熱擴(kuò)散度，鄰近區(qū)域完全不受影響，進(jìn)而使得真正的微米尺度材料加工成為可能。
在DanielFlamm等人提出的“超快激光微納米和納米加工的結(jié)構(gòu)光”中，多種概念被展示用來(lái)操控激光在焦點(diǎn)上的空間分布從而能特別有效地應(yīng)用工業(yè)上適用的加工策略。例如，定制的無(wú)衍射光束由全息軸產(chǎn)生，其可以用單次通道和高達(dá)每秒一米的進(jìn)給速度來(lái)修改毫米尺度的玻璃片。這一概念在曲面襯底上的應(yīng)用以及基于激光的玻璃管切割技術(shù)的發(fā)展是一個(gè)突破性進(jìn)展。醫(yī)療工業(yè)長(zhǎng)期以來(lái)則一直需要這種能力來(lái)制造注射器、小瓶和安瓿等玻璃物品。加工后的表面具有優(yōu)良的邊緣品質(zhì)、無(wú)微小碎片進(jìn)而能夠滿足消費(fèi)者和醫(yī)療行業(yè)的需求。
本文還演示了一個(gè)新引入的3D分束器概念的潛力。在這里，原始焦點(diǎn)的13個(gè)相同副本分布在使用單一聚焦目標(biāo)的三維工作容器中，服務(wù)于增加焊縫的有效體積。利用橫向泵浦探針顯微鏡直接測(cè)量了材料對(duì)脈沖的響應(yīng)，研究人員確認(rèn)了13個(gè)獨(dú)立吸收區(qū)成功的能量沉積。所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)代表了基于結(jié)構(gòu)光概念的三維并行處理的一個(gè)主要例子及通過(guò)利用高功率、超短脈沖激光系統(tǒng)的性能證明了吞吐量的增加。
液晶顯示器的廣泛可及性及其在全息術(shù)光束整形中的應(yīng)用也引導(dǎo)材料加工界采用結(jié)構(gòu)光的概念。然而這些方法還沒(méi)有轉(zhuǎn)化為工業(yè)處理，主要是因?yàn)檫@些顯示器不能處理高光功率和能量以及構(gòu)建數(shù)字全息圖所需的高編程工作量。
不過(guò)這篇研究論文帶來(lái)了這方面的重大進(jìn)展。在雙照明的概念下，液晶顯示器對(duì)照明光場(chǎng)的振幅和相位進(jìn)行調(diào)制。通過(guò)應(yīng)用數(shù)字振幅掩模可以生成任意的強(qiáng)度輪廓，這有利于形成高空間頻率、精細(xì)的金屬掩模。由于研究中提出的調(diào)整的平頂強(qiáng)度剖面生成并沒(méi)有使用復(fù)雜的傅立葉編碼策略，這使得這一概念有希望成為未來(lái)數(shù)字光學(xué)處理頭的候選。
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