01دليل الورق
لا غنى عن المواد الشفافة (مثل الزجاج والياقوت الأزرق) في الصناعة والأبحاث-المتطورة نظرًا لخصائصها الفيزيائية والكيميائية الممتازة. ومع ذلك، فإن صلابتها العالية وخصائص فجوة النطاق العالية جعلت من المعالجة الميكانيكية تحديًا عمره قرن-. أحدث ظهور ليزر الفيمتو ثانية ثورة في التعديل الداخلي ومعالجة المواد الشفافة، ولكن المشكلات مثل سرعة المعالجة البطيئة وقابلية التعرض لأضرار الإجهاد كانت دائمًا بمثابة اختناقات تحد من تطبيقاتها الصناعية (مثل متطلبات 1000 ثقب في الثانية للزجاج من خلال -تصنيع الثقب). يقدم هذا البحث طريقة جديدة للحفر السريع للغاية-للمواد الشفافة التي يتم تحقيقها من خلال الإثارة الإلكترونية العابرة، مع تحسين سرعات المعالجة بمليون مرة مقارنة بتقنيات الحفر الصدمي التقليدية.
02نظرة عامة على النص الكامل
تقترح الدراسة تقنية تسمى "الامتصاص الانتقائي لليزر بسل". أولاً، يتم تشكيل -ليزر البيكو ثانية الغوسي الموزع على شكل شعاع بيسل، والذي يمكن أن يثير تكوين قنوات طويلة وموحدة لإثارة الإلكترون، أو "خيوط الليزر"، مع حدوث واحد في المواد الشفافة. يتسبب تكوين هذه القناة في حدوث تغيير فوري في الخصائص البصرية للمادة على مقياس البيكو ثانية إلى النانو ثانية، حيث تتحول من عازل إلى حالة مشابهة لحالة شبه المعدن-، مع زيادة كبيرة في معامل الامتصاص. وفي الوقت نفسه، تمتص خيوط الليزر طاقة الليزر النبضية الطويلة بكفاءة وبشكل موحد بالميكروثانية-، مما يؤدي إلى تسخين المادة داخل القناة على الفور إلى نقطة التبخر والإزالة. تتجنب هذه الطريقة بذكاء تأثيرات الحماية من انعكاس البلازما التي تظهر في المعالجة التقليدية بالليزر عالي الكثافة-. في النهاية، في غضون عشرات الميكروثانية فقط، يمكن إنشاء-ثقب عالي الجودة من خلال-ثقب يبلغ قطره حوالي 3.1 ميكرون ونسبة عمق-إلى-قطر تصل إلى 322 في زجاج كوارتز بسمك 1 مم، بدون أي مخروطية أو شقوق- دقيقة.
03 التحليل البياني
يوضح الشكل 1 (أ) تصميم المسار البصري، حيث يتم تشكيل نبضة من ليزر بيكو ثانية ونبضة من ليزر ميكروثانية في حزم Bessel على التوالي بواسطة منشور محوري، ثم يتم دمجها بشكل مشترك - محوريًا من خلال مقسم شعاع وتركز على عينة مادة شفافة. يكشف الشكل 1 (ب) عن العملية الفيزيائية أثناء التصنيع: الخطوة الأولى، يُحدث ليزر البيكو ثانية قناة إثارة إلكترونية طويلة وموحدة داخل المادة؛ الخطوة الثانية، يتم امتصاص طاقة الليزر بالميكرو ثانية اللاحقة بشكل انتقائي بواسطة هذه القناة، مما يحقق إزالة فورية وموحدة للمادة، ويشكل في النهاية ثقبًا خلال - بنسبة عرض إلى ارتفاع عالية.
يوضح الشكل 2 بشكل حدسي الآلية الفيزيائية الأساسية من خلال تقنية تصوير مسبار المضخة. تعمل نبضة Bessel التي يبلغ عرض نبضها 5 ps على تحفيز خيوط داخل زجاج الكوارتز، مما يسمح بتكوين مستقر لقناة إثارة موحدة يزيد طولها عن 1 مم خلال 10 ps. والأهم من ذلك، أن هذه القناة، التي تتمتع بمعامل امتصاص عالي، يمكن أن توجد بشكل ثابت لمدة لا تقل عن 1.8 نانوثانية، وهي فترة أطول بكثير من وقت استرخاء شبكة الإلكترون -، مما يحافظ على البلازما في حالة طاقة عالية- ويوفر ظروفًا كافية للامتصاص الانتقائي لنبضات ميكروثانية لاحقة.
يوضح الشكل 3 شكل ثقب المستوى -الجزئي. في زجاج الكوارتز بسمك 1 مم، يستغرق الأمر 20 ميكروثانية فقط لمعالجة ثقب - يبلغ قطره حوالي 3.1 ميكرومتر، مع نسبة عمق -إلى-قطر تصل إلى 322. يوضح العرض الجانبي أن القناة مستقيمة وبدون استدقاق، مع جدران ثقب ناعمة خالية من الحطام أو الشقوق الصغيرة، مما يدل على جودة معالجة عالية للغاية. من خلال ضبط عرض نبضة الليزر بالميكروثانية، يمكن أيضًا تعديل قطر الثقب إلى حد معين.
يوضح الشكل 4 عالمية هذه التكنولوجيا وإمكانات تطبيقها صناعيًا. بالإضافة إلى زجاج الكوارتز، تم أيضًا تطبيق هذه الطريقة بنجاح على العديد من المواد الشفافة شائعة الاستخدام مثل زجاج البورسليكات وزجاج الصودا- والجير. من خلال تثبيت الليزر واستخدام-منصة متحركة عالية السرعة، من الممكن تحقيق كفاءة عالية جدًا-تبلغ 1000 ثقب في الثانية، مما يؤدي بشكل موثوق إلى إنتاج آلاف من الزي الرسمي من خلال-مصفوفات الفتحات.
04 ملخص
لقد حقق البحث في هذا المقال ابتكاراً في مجال المعالجة بالليزر من خلال تقنية الإثارة الإلكترونية العابرة. ومن خلال الفصل الذكي بين العمليتين الفيزيائيتين المتمثلتين في "إثارة الإلكترون" و"إزالة المواد"، وتخصيصهما لنبضتي ليزر منسقتين مؤقتًا تبلغ كل منهما بيكو ثانية وميكرو ثانية، نجحت في التغلب على المشكلات الأساسية المتمثلة في السرعة البطيئة واستخدام الطاقة المنخفضة في المعالجة التقليدية بالليزر فائق السرعة، مما أدى إلى تعزيز كفاءة الحفر بمليون مرة. لا تعمل هذه التقنية على تمكين -الجودة الفائقة والجودة-ونسبة العرض إلى الارتفاع العالية من خلال -تصنيع الثقوب في المواد الشفافة السميكة بالمليمتر- فحسب، بل توضح أيضًا شموليتها عبر مختلف المواد والإمكانات الهائلة للإنتاج -على نطاق واسع. ومن المتوقع أن يكون لهذا التقدم تأثير عميق في مجالات مثل تعبئة أشباه الموصلات والتطبيقات الطبية الحيوية والأبحاث العلمية المتطورة.
