Przetwarzanie zakłóceń laserowych

Wstęp

Poprzednie rozdziały dotyczą głównie przetwarzania materiałów z pojedynczą wiązką lasera (jak w wierceniu, cięciu) lub z wieloma wiązkami z różnych źródeł laserowych (jak w kształtowaniu lasera). Mogą być nowe metody przetwarzania materiałówopracowane na podstawie wzorów interferencyjnych wytwarzanych przez superpozycję dwóch lub więcej wiązek laserowych. Historycznie zjawiska zakłóceń były sposobem ustanowienia falowej natury światła i znaczące praktyczneZastosowania spektroskopii i metrologii (Born and Wolf 1980). Ostatnio zjawiska zakłóceń zostały wykorzystane do przetwarzania powierzchniowych materiałów w szerokim zakresie, takich jak mikroobróbka i biomedykaAplikacje. Przetwarzanie zakłóceń laserowych jest stosunkowo nową techniką, która stwierdza zwiększone wykorzystanie w obszarach przetwarzania materiałów o rozszerzonym obszarze. W tym rozdziale krótko omawia teorię i zastosowaniaZjawiska zakłóceń laserowych w przetwarzaniu powierzchniowym materiałów.

Teoria ingerencji

Gdy wiązka światła jest podzielona przez odpowiedni aparat na dwie lub więcej wiązek, które są następnie superponowane, intensywność w obszarze superpozycji pokazuje unikalną zmianę. Intensywność w obszarze superpozycjizmienia się od punktu do punktu między maksima (przekraczając sumę intensywności w wiązkach) a minima (może wynosić zero). Ta superpozycja dwóch lub więcej wiązek jest nazywana zakłóceniami. Wzorce zakłóceń są ogólnie uzyskiwaneprzez superpozycję wiązek, które są ze sobą spójne. Belki pochodzące z różnych źródeł są wzajemnie niespójne i nie obserwuje się żadnych zakłóceń w powszechnym stanie eksperymentalnym. Jeśli jednak dwie wiązkiPochodzą z tego samego źródła, fluktuacje wiązki są ogólnie skorelowane, a belki są całkowicie lub częściowo spójne. Superpozycja takich spójnych wiązek pochodzących z tego samego źródła powoduje powstaniewzorce zakłóceń. Istnieją dwie metody uzyskiwania wiązek z jednego źródła: podział frontu falowego i podział amplitudy. W pierwszej metodzie wiązka jest podzielona przez przejście

Ryc. 11.1 Podstawowe eksperymentalne układu przetwarzania zakłóceń laserowych z dwoma wiązkami.

(Przedruk z Daniel i in. 2003. Za zgodą. Prawa autorskie Elsevier.)

Sąsiednie apertury. W drugiej metodzie wiązka jest podzielona przez częściowo odbijające się powierzchnie, w których część światła jest odbijana, a druga część przenoszona (Born and Wolf 1980). W większości metod przetwarzania zakłóceń laserowych,Używane są urządzenia optyczne, takie jak podział wiązki, które dzielą wiązkę światła na dwa przez częściowo odbijające się i przekazujące wiązkę. W uproszczonym układzie rozdzielacz wiązki składa się z dwóch trójkątnych szklanych pryzmatów, które są połączonerazem u podstawy za pomocą odpowiedniej żywicy. W innych układach cienkie folie osadzone na szklanych powierzchniach, które zwiększają współczynnik odbicia, mogą być stosowane jako podział wiązki. Rozdzielacz wiązki w interferometrze dzieli padającą wiązkę na dwaBelki.

Typowe rozmieszczenie eksperymentalne dla przetwarzania materiałów przy użyciu techniki zakłóceń dwóch wiązek pokazano na ryc. 11.1. Różne elementy tego układu to źródło laserowe, interferometr i powierzchnia obrazowania (Daniel i in.2003).

Geometria wzorów interferencyjnych utworzonych przez superpozycję dwóch lub więcej spójnych i liniowo spolaryzowanych wiązek zależy od długości fali i kąta między wiązkami.gdzie i jest intensywnością wiązki laserowej, I to długość fali, Q jest kątem między wiązkami, a L to okres. Superpozycja dwóch wiązek wytwarza wzór interferencji z przestrzennie modulowanym polem światła z intensywnościąOscylowanie rozkładu między zero a 4i.

11.3 Interferometria przetwarzania powierzchniowych materiałów 453

Ryc. 11.2 Różne możliwe jednowymiarowe i dwuwymiarowe struktury geometryczne, które można wytwarzać za pomocą zakłóceń trzech wiązek

Wzory według różnego kąta i intensywności wiązek laserowych (przedrukowane z Mücklich i in. 2006.pozwolenie. Mieszkanie Copyright.)

Dwuwymiarowe i trójwymiarowe okresowe wzorce można uzyskać poprzez zwiększenie liczby wiązek. Rozkład intensywności wynikający z superpozycji czterech wiązek jest podany przez (Kondo i in. 2001).

Superpozycja czterech wiązek wytwarza wzór zakłóceń z dwuwymiarowym modulowanym polem światła oscylującym między zero a 16i i okresowością równą L 2 (Kaganovskii i in. 2006). Jednak wnioskowanie z wieloma wiązkamiWymaga skomplikowanej konfiguracji optycznej, a jego precyzyjna regulacja jest często trudna.

Rycina 11.2 przedstawia schemat możliwych jednowymiarowych i dwukenowych okresowych struktur geometrycznych wytwarzanych przez wzorce zakłóceń z trzema wiązaniem. Jak wskazano w figurze okresowej linii lub wzorach kropki, mogą być wytwarzane przezzakłócenia wielu wiązek.

Interferometria przetwarzania powierzchniowych materiałów

Jak wspomniano wcześniej, trzy ważne elementy układu zakłócenia to laser, interferometr i powierzchnia obrazowa materiału. W kontekście przetwarzania powierzchniowych materiałów każdy z tych elementów musiOstrożnie rozważaj podczas projektowania interferometru.