Figi 1: Lazè-induit mekanis domaj ki diferan anpil sou echèl dire batman kè. Batman ki pi long, ki gen ladan sa ki gen dire nanosecond, lakòz domaj prensipalman nan efè tèmik. Kòm dire batman an vin pi kout nan echèl tan femtosecond, absòpsyon konpayi asirans ak efè ki pa lineyè vin mekanis domaj prensipal yo.
Kòm teknoloji lazè ap kontinye evolye, se konsa yo dwe optik yo satisfè espesifikasyon yo mande pou aplikasyon pou gwo presizyon. Pouvwa lazè ultrarapid te revolusyone pwosedi medikal, mikromachin, rechèch syans debaz, ak anpil lòt domèn. Pou endistri yo ak aplikasyon ki te deja domine pa lazè nanosecond, adopsyon lazè ultrarapid prezante yon kantite defi, ki gen ladan siyifikativman diferan papòt domaj lazè pou konpozan optik. Pou asire efikasite ak lonjevite sistèm lazè, li enpòtan pou w konprann diferans ki genyen nan papòt domaj lazè sou dire batman nanosecond ak femtosecond ak rezon ki fè yo.
Papòt domaj lazè (LDT), pafwa refere li kòm papòt domaj lazè-induced (LIDT), se yon paramèt kle yo dwe evalye lè w ap chwazi optik pou nenpòt sistèm lazè.ISO 21254 defini LDT a kòm "kantite maksimòm radyasyon lazè. ensidan sou yon eleman optik ki sipoze gen yon pwobabilite pou domaje eleman zewo a...". Definisyon sa a sanble senp ase, men valè LDT aktyèl la depann de yon varyete faktè ki pa nati eleman optik la tèt li. An patikilye, LDT a nan yon eleman optik ka varye pa plizyè lòd nan grandè lè yo evalye nan nanosecond (10-9s) kont femtosecond (10-15s) dire batman kè. Gwo diferans sa a soti nan mekanis domaj lazè trè diferan ki fèt sou echèl tan diferan sa yo (gade Figi 1).
Nanosecond lazè domaj mekanis
Kontrèman ak femtosecond pulsasyon, pulsasyon yo long nan lazè nanosecond lakòz domaj nan eleman optik prensipalman atravè mekanis tèmik. Lazè a depoze yon gwo kantite enèji nan materyèl la nan eleman optik la, ki deklanche chofaj lokalize nan sit la nan ensidans lazè. Chofaj sa a ka mennen dirèkteman nan fonn, oswa li ka lakòz kèk chanjman estriktirèl nan ekspansyon tèmik ak rezilta estrès mekanik. Estrès sa a ka ale nan lakòz fann oswa menm mennen nan separasyon konplè nan kouch la soti nan substra a.
Anplis de chofaj dirèk nan materyèl la kouch, optik anba iradyasyon lazè nanosecond yo patikilyèman sansib a domaj nan kouch la. Defo sa yo aji tankou ti baton zèklè nan kouch optik la, paske yo gen yon pousantaj absòpsyon pi wo pase anviwònman yo. Kòm yon rezilta, rejyon ki defektye sa yo chofe pi vit, ak nan evènman an nan domaj lazè katastwofik, domaj sa yo ka eksploze soti nan kouch la. Mekanis domaj drastik sa a tipikman kite kratè sou sifas optik yo, osi byen ke kèk matyè patikil ki redepoze sou sifas la imedyatman apre evènman domaj la (gade Figi 2).
Figi 2: Lazè domaj ki te pwodwi pa yon 532nm nanosecond lazè enpulsyonèl. Domaj sa a te koze pa yon defo nan kouch eleman optik la, sa ki lakòz kratè ak matyè patikil redepoze sou sifas eleman an.
Paske sit domaj sa yo kòmanse domaj lazè, pi wo prezans nan domaj, se pi ba LDT a tipikman pou yon eleman optik bay yo. Se poutèt sa, pou optik yo itilize ak lazè nanosecond, konsantre a se sou bon jan kalite a sifas nan optik yo. Anplis, tès LDT sou echèl tan nanosecond a se yon pwosesis trè estatistik. Pwobabilite pou domaj nan nenpòt kote yo bay sou yon sifas optik se akòz anpil faktè ki gen rapò, ki gen ladan gwosè a nan gwo bout bwa ensidan an, distribisyon an ak dansite nan kote defo, ak pwopriyete materyèl nannan. Enfliyans miltip sa yo tou eksplike poukisa valè nanosecond LDT yo ka varye anpil ant pakèt nan menm kouch la.LDT ka afekte pa enkonsistans nan polisaj substra ak preparasyon, fluctuations nan pwosesis aktyèl la depo kouch, e menm chanjman nan kondisyon depo apre kouch.
Enfliyans yo divès kalite sou nanosecond LDT kontras ak mekanis prensipal yo responsab pou domaj lazè femtosecond, ki se prensipalman ki gen rapò ak materyèl la kouch aplike.
Femtosecond Lazè Domaj Mekanis
Puls ultrarapid nan lazè femtosegond lakòz domaj atravè mekanis diferan, an pati akòz pik pouvwa a trè wo yo pwodwi. Menm si lazè nanosecond ak femtosecond gen menm enèji batman kè a, pik pouvwa a nan yon batman lazè femtosecond ka apeprè yon milyon fwa pi wo pase sa ki nan yon lazè nanosecond akòz dire batman kè ki pi kout nan yon lazè femtosecond. Sa yo pulsasyon lazè segondè-entansite yo kapab dirèkteman eksitan elektwon soti nan gwoup la valence nan gwoup la kondiksyon. Menm si enèji foton nan batman kè lazè ensidan an pi ba pase so sa a (ke yo rekonèt kòm espas sa a bann materyèl), fluence pik nan batman kè lazè ultrarapid la tèlman wo ke elektwon ka absòbe plis pase yon foton nan yon moman. Mekanis ki pa lineyè sa a ke yo rekonèt kòm iyonizasyon multiphoton epi li se yon chemen domaj komen nan optik lazè ultrarapid.
Tunneling ionizasyon ka tou yon chemen domaj nan iradyasyon lazè femtosecond. Fenomèn sa a rive lè batman kè lazè ultrarapid la jenere yon jaden elektrik trè fò ki tèlman fò ke jaden elektrik ensidan an aktyèlman defòme enèji nan bann kondiksyon an, ki pèmèt elektwon yo tinèl atravè gwoup valens la. Yon fwa ase elektwon yo te eksite nan gwoup la kondiksyon, radyasyon ensidan an kòmanse kouple enèji a dirèkteman nan elektwon yo gratis, sa ki lakòz pann nan materyèl la kouch.
Akòz chemen domaj sa yo, femtosecond LDT plis detèminist pase nanosgond LDT. Se domaj lazè esansyèlman "vire sou" nan yon fluence opinyon sèten nan lazè a femtosecond, ki se pwopòsyonèl ak bandgap nan materyèl la kouch dielectric kouvwi. Sa a diferansye ak nati pwobabilite nan domaj lazè nanosecond (gade Figi 3).
Imaj Figi 3: rezilta tès LDT yo jwenn nan kondisyon batman kè 4ns (gòch) ak 48fs (adwat). Pant la plat nan koub domaj nanosecond reflete nati a pwobabilite nan mezi yo, pandan y ap chanjman nan byen file nan direksyon pou 100% pwobabilite domaj reflete mekanis nan detèminist nan domaj lazè femtosecond.
Kontrèman ak wout domaj nan lazè nanosecond, li enpòtan sonje ke efè tèmik pa afekte LDT yon eleman optik sou echèl tan femtosecond. echèl tan difizyon tèmik nan estrikti materyèl la. Kòm yon rezilta, femtosecond pulsasyon pa depoze enèji kòm chalè nan materyèl la kouch, ak Se poutèt sa pa jenere ekspansyon tèmik ak estrès mekanik tankou pulsasyon lazè nanosecond fè. Pou rezon egzak sa yo, lazè ultrarapid yo trè avantaje nan anpil aplikasyon ki mande pou koupe ak regilye nèf semenn klas segondè-presizyon, tankou nan envantè de stents kadyovaskilè.
Chwazi bon optik
Menm jan ak dire batman yo, valè tipik LDT pou pulsasyon nanosecond ak femtosecond ka diferan pa plizyè lòd nan grandè. Lè yo mezire ak yon batman 100 fs, valè LDT yon glas lazè òdinè ka apeprè 0.2 J/cm2; sepandan, lè yo mezire ak yon batman 5 ns, LDT optik la ka pi pre 10 J/cm2 Valè diferan sa yo ka enkyetan an premye, men yo se senpleman indicative de mekanis yo trè diferan nan domaj sou echèl tan sa yo.
Pou menm rezon an, yo ta dwe pran plis atansyon lè w ap itilize kalkilatris LDT yo sou gwo echèl tan. An jeneral, LDT a vin pi gwo kòm dire batman an ogmante. Men, ajiste valè LDT a soti nan pulsasyon femtosecond adapte nan pulsasyon adapte nanosecond, oswa soti nan pulsasyon adapte nanosecond nan pulsasyon adapte femtosecond, gen chans rive nan domaj nan optik yo. Li se pi bon pratik pou chwazi yon optik ki gen yon evalyasyon LDT apwopriye ke yo jwenn pi pre ke posib ak kondisyon aktyèl aplikasyon w lan (ki gen ladan longèdonn, frekans repetisyon, ak dire batman).
Rezime
Teknoloji lazè ap kontinye evolye pou satisfè bezwen pou pi gwo presizyon. Kòm nouvo teknoloji sa yo pran fòm, konprann diferans ki genyen nan mekanis domaj lazè (ak ki domaj domine sou yon echèl tan bay) ap vin de pli zan pli enpòtan nan chwazi optik yo dwa pou aplikasyon nan mond reyèl la. Konprann diferans sa yo pa pral sèlman amelyore efikasite ak tout lavi nan sistèm lazè nan-itilize, men li pral pèmèt tou pou adaptasyon san pwoblèm nan sistèm lazè ki pi avanse nan tan kap vini an.
