01 Guia de paper
Els materials transparents (com ara el vidre i el safir) són indispensables a la indústria i a la recerca{0}}avantguarda a causa de les seves excel·lents propietats fisicoquímiques. No obstant això, la seva gran duresa i les seves característiques d'alta banda intercalada han fet que el processament mecànic sigui un repte centenari-. L'arribada dels làsers femtosegons ha suposat una revolució en la modificació interna i el processament de materials transparents, però problemes com la velocitat de processament lenta i la susceptibilitat als danys per estrès sempre han estat colls d'ampolla que limiten les seves aplicacions industrials (com ara el requisit de 1.000 forats per segon per a la fabricació de-forats de vidre). Aquest article presenta un nou mètode per a la perforació ultra-ràpida de materials transparents aconseguit mitjançant l'excitació electrònica transitòria, amb velocitats de processament millorades un milió de vegades en comparació amb les tècniques tradicionals de perforació per impacte.
02 Visió general del text complet
L'estudi proposa una tècnica anomenada 'Absorció làser selectiva transitòria de Bessel'. En primer lloc, un làser de picosegon distribuït gaussià-es dóna forma a un feix de Bessel, que pot excitar la formació de canals d'excitació d'electrons llargs i uniformes, o "filaments làser", amb una única incidència en materials transparents. La formació d'aquest canal provoca un canvi instantani en les propietats òptiques del material a escala de picosegundo a nanosegon, transformant-se d'un aïllant a un estat semblant al d'un semi-metall, amb un augment espectacular del coeficient d'absorció. Al mateix temps, els filaments làser absorbeixen de manera eficient i uniforme energia làser polsada de microsegons-, escalfant instantàniament el material dins del canal fins al punt d'evaporació i eliminació. Aquest mètode evita intel·ligentment els efectes de blindatge de reflex del plasma que es veuen en el processament làser d'alta intensitat-tradicional. En última instància, en només desenes de microsegons, es pot crear un forat-permitent-de gran qualitat amb un diàmetre d'aproximadament 3,1 micres i una relació de profunditat-a-diàmetre de fins a 322 en un vidre de quars d'1 mm de gruix, sense cap conicitat ni micro{16}}esquerdes.
03 Anàlisi gràfica
La figura 1 (A) mostra el disseny del camí òptic, on un pols de làser de picosegons i un pols de làser de microsegons es formen en feixos Bessel respectivament mitjançant un prisma axial, després es combinen co-axialment mitjançant un divisor de feix i es centren en una mostra de material transparent. La figura 1 (B) revela el procés físic durant el mecanitzat: el primer pas, el làser de picosegons indueix un canal d'excitació d'electrons llarg i uniforme dins del material; El segon pas, l'energia làser de microsegons posterior s'absorbeix selectivament per aquest canal, aconseguint l'eliminació instantània i uniforme del material, formant finalment un forat-pasant amb una relació d'aspecte elevada.
La figura 2 mostra de manera intuïtiva el mecanisme físic bàsic mitjançant la tecnologia d'imatge de la sonda de bomba-. Un pols de Bessel amb una amplada de pols de 5 ps indueix filaments dins del vidre de quars, permetent la formació estable d'un canal d'excitació uniforme de més d'1 mm de longitud en 10 ps. Més important encara, aquest canal, que té un coeficient d'absorció elevat, pot existir de manera estable durant almenys 1,8 ns, molt més que el temps de relaxació de la xarxa electrònica-, mantenint el plasma en un estat d'alta-energia i proporcionant condicions suficients per a l'absorció selectiva dels polsos de microsegons posteriors.
La figura 3 mostra la morfologia del forat de micro-nivell. En el vidre de quars d'1 mm de gruix, només es triguen 20 microsegons a processar un-forat d'un diàmetre d'uns 3,1 µm, amb una proporció de profunditat-a-diàmetre de fins a 322. La vista lateral mostra que el canal és recte i sense conic, amb parets de forats llises o microesquerdes de qualitat extremadament lliures d'esquerdes. Ajustant l'amplada del pols del làser de microsegons, el diàmetre del forat també es pot ajustar fins a cert punt.
La figura 4 demostra la universalitat i el potencial d'aplicació industrial d'aquesta tecnologia. A més del vidre de quars, aquest mètode també s'ha aplicat amb èxit a diversos materials transparents d'ús comú, com ara el vidre de borosilicat i el vidre de-soda calç. Fixant el làser i utilitzant una plataforma de moviment d'alta-velocitat, és possible aconseguir una eficiència ultra{-alta de 1.000 forats per segon, produint de manera fiable milers de matrius de-perforats uniformes.
04 Resum
La investigació d'aquest article ha aconseguit una innovació en el camp del processament làser mitjançant la tecnologia d'excitació electrònica transitòria. En separar intel·ligentment els dos processos físics d'"excitació d'electrons" i "eliminació de material", i assignant-los a dos polsos làser coordinats temporalment de picoseguons i microsegons, va superar amb èxit els problemes fonamentals de la velocitat lenta i la baixa utilització d'energia en el processament làser ultraràpid tradicional, augmentant l'eficiència de la perforació un milió de vegades. Aquesta tecnologia no només permet una relació d'aspecte ultra-alta, d'alta-qualitat i alta a través de la-fabricació de forats en materials transparents mil·límetres-de gruix, sinó que també demostra la seva universalitat en diversos materials i un immens potencial per a la producció a gran-escala. S'espera que aquest avenç tingui un impacte profund en camps com ara l'embalatge de semiconductors, les aplicacions biomèdiques i la-investigació científica d'avantguarda.
