Optik lazè UV gen tandans gen yon lavi limite akòz de kòz prensipal: kontaminasyon lazè-induit (LIC) ak fatig UV.LIC se ki te koze pa depozisyon an nan materyèl vle sou sifas la nan optik la, pandan y ap fatig UV ki te koze pa kimilatif la. ekspoze a limyè UV ki lakòz domaj nan optik la. De pwosesis domaj sa yo degrade pèfòmans nan eleman optik la sou tan jiskaske domaj irevokabl lakòz.
Eksperyans alontèm sou optik lazè UV 355 nm yo itilize nan diferan anviwònman te revele apèsi enpòtan sou sous kontaminasyon ak fatig, ansanm ak estrateji alèjman ak teknik netwayaj ki ka retabli optik ki kontamine.
Ki sa ki se kontaminasyon lazè-induit (LIC)
Kontaminasyon nan eleman optik ka rive lè limyè UV lazè reyaji ak patikil, vapè dlo, òganik, ak lòt kontaminan nan sistèm nan. Kontaminan sa yo ka soti nan lè anbyen, ekipman optomekanik, ak lòt materyèl nan sistèm nan. Malgre ke metòd mitigasyon tankou aere ak èd nitwojèn sèk, yo ka toujou mennen nan LIC.Any akimilasyon nan patikil ka fènwa chemen an optik, degrade fonksyon eleman, ak potansyèlman bese papòt domaj lazè nan optik la.
Kondansasyon souvan rive sou sifas optik akòz konduktiviti tèmik ki ba. Lè sa a, molekil dlo kondanse sa yo ka kominike avèk lazè a ak materyèl sifas yo kòmanse LIC.Anplis de sa, emisyon gaz ak lòt kontaminan molekilè nan lè souvan mennen nan depo ki baze sou kabòn sou sifas optik. Yo ka obsève kwasans LIC ki sanble ak pye bwa nan Figi 1.
Rechèch ki fèt an 2005 dekri an detay divès kalite entèraksyon lazè ki mennen nan LIC. Pou egzanp, limyè-induit pre-nukleasyon enplike nan yon kouch molekilè bati akòz entèraksyon an dirèk nan limyè UV ak sifas la vè. Apre yon ekspoze ase lontan, yo montre dansite akimilasyon sa a nan nivo satire.
Entèaksyon ak gaz ki antoure yo ka mennen tou nan depo kontaminan yo. Enèji foton nan longèdonn UV ki pi piti pase 400 nanomèt kòmanse apwoche enèji kosyon yo nan molekil komen (egzanp, O2, CO2, CO, N2, elatriye). Sa a pèmèt limyè UV kraze kèk nan lyezon sa yo, kreye lòt iyon ak molekil ki ka kontamine sifas optik.
Ki sa ki fatig UV?
Anplis LIC pwovoke anviwònman an, materyèl yo itilize pou kouch ak substrats yo sansib a degradasyon sou tan akòz pwosesis fatig optik la, menm si entansite sous limyè a se pi ba pase papòt domaj lazè a (LIDT).
Konsèp fatig UV ka konpare ak obligatwa yon liv. Menm itilizasyon limyè ka mennen nan mete ak chire. Eksperyans fatig UV ki fèt pa Edmund Optics te montre ke anba sèten kondisyon, tankou vakyòm, UV lazè iradyasyon ka mennen nan efè fatig UV. Karakteristik distenktif ant LIC ak UV fatig se ke LIC se yon pwosesis kimilatif, tandiske fatig se destriksyon nan. materyèl la, sa ki lakòz dekolorasyon oswa lòt chanjman intrinsèques, e petèt menm retire materyèl la.
De fenomèn ki detèmine kondisyon yo ak mekanis nan rediksyon aparan sa a nan pèfòmans optik yo pi ba pase papòt domaj nan yon sèl-batman kè nan rejim lazè kout batman kè.
Mekanis nan premye baze sou modifikasyon nan endèks la refraktif, ki mennen nan yon efè lantiy ki ka ogmante entansite nan limyè lokalize sou eleman nan optik.
Mekanis nan dezyèm enplike nan fòmasyon nan defo optik pwovoke nan fòmasyon nan eksiton pwòp tèt ou-bloke, ki mennen nan akimilasyon nan sant absòpsyon ak pèt nan efikasite optik.
Tou de LIC ak fatig optik ka rive nan lazè nan longèdonn vizib ak enfrawouj, kwake nan yon limit pi piti. Sepandan, gwo enèji foton UV fè efè sa yo pi komen nan sistèm ki emèt nan seri espèk sa a.
Mache lazè UV te grandi rapidman nan dènye ane yo e li espere gen yon CAGR de 5.4% ant 2022 ak 2028, dapre rechèch konpayi MarketWatch3. Lazè UV ki gen gwo pouvwa te vin tounen yon eleman kle nan aplikasyon ki gen ladan enprime, medikaman, mikrofabrikasyon, pwosesis semi-conducteurs, ak fabrikasyon aditif. LIC ak UV fatig lakòz pèfòmans nan sistèm sa yo degrade sou tan, ki egzije ranplasman peryodik konpozan optik yo. Sa a siyifikativman ogmante pri pou kenbe yon sistèm lazè UV ak diminye efikasite sistèm. Yon rediksyon nan LIDT sistèm nan ka ogmante tou risk pou echèk sistèm katastwofik ki te koze pa domaj lazè-pwovoke (Figi 2).
Analize LIC ak UV fatig
Eksperyans yo ede simulation pwosesis degradasyon konpozan optik nan sistèm lazè UV, mennen ankèt sou sous potansyèl kontaminasyon, ak eksplore diferan mezi korektif. Nan yon etid sa yo, yo te fè eksperyans pou analize chanjman nan LIC ak fatig optik pwovoke pa iradyasyon lazè UV lè l sèvi avèk yon {{0}}nm, 10- a 20-nanosegond enpulsyonèl lazè emèt apeprè. 0.6 milijoules pou chak batman kè, ak yon dyamèt gwo bout bwa 0.6 mm. Dyagram chema ban tès sa a montre nan Fig. 3.
"Chamb konbisyon" boule-bwat la konsiste de plizyè fenèt anti-reflektif ki simulation ki jan yon sistèm lazè UV afekte, tankou yon ekspansyon gwo bout bwa. Bwat boule a fè li posib pou fè anviwònman eksperimantal izole nan paralèl. Yon fèy demi-vag ak kib splitter gwo bout bwa polarizasyon pèmèt kontwòl sou pouvwa an mwayèn nan chak chemen optik nan eksperyans la. Yon pè mèt enèji matche mezire pouvwa lazè mwayèn. Sa a te kontwole degradasyon transmisyon an pandan tan fatig ak/oswa kontaminasyon optik yo teste yo.
Fig. 3. Chema kabann tès ekspoze UV devlope pou simulation degradasyon eleman optik nan sistèm lazè UV, pou envestige sous potansyèl kontaminasyon ak eksplore diferan mezi korektif. ar: anti-reflektif fenèt; fs: fenèt silica ki pa kouvri; hr: trè reflektif glas; hwp: plak mwatye vag; pbc: polarization gwo bout bwa splitter kib.
Eksperyans yo te fèt ak mezi chak jou ak kontinyèl. Mezi chak jou yo te enplike ouvri lojman an epi mete yon mèt enèji nan chak nan pozisyon mezi yo montre nan Fig. 3, enkli pozisyon ki tipikman gen beam travès la, pou yon mezi 3-minit. Mezi kontinyèl yo te enplike mete de mèt enèji nan pozisyon mezi lòt pase pozisyon ki nòmalman gen tipper nan gwo bout bwa. Lè sa a, mèt enèji yo anrejistre pouvwa mwayèn chak 30 minit jiskaske pwochen mezi chak jou. Yon chanm anviwònman pèmèt envestigasyon efè disrè nan divès kondisyon, tankou kondisyon vakyòm oswa prezans nan gaz. Nan fen chak eksperyans, yon mikwoskòp diferans entèferans kontras pèmèt chèchè yo wè kontaminan sou sifas fenèt la.
Figi 4.Kontaminasyon an opak blan sou optik ki te deja transparan yo montre isit la se akòz kontaminasyon lazè-induit (LIC) apre ekspoze a yon lazè UV. Kredi imaj: Koutwazi Edmund Optics
Rezilta Jeneral Eksperimantal
Chanm konbisyon an pèmèt pou etid izolasyon paralèl ak yon simulation pi reyalis nan konpozan optik lazè tankou ekspansyon gwo bout bwa a. Eksperyans inisyal yo te montre ke grès machin fil, aliminyòm anodize, ak nouvo Viton O-bag yo se sous komen nan kontaminasyon nan sistèm UV nan anpil lòt kalite asanble optik. Retire faktè sa yo ka amelyore lavi optik yo teste yo.
Viton O-bag: Avèk nouvo bag O ki pa louvri, transmisyon fenèt chanm konbisyon an te kòmanse diminye kat jou nan tès la epi li te vin konplètman opak apre sèt jou. Yon vapè blan lakte fòme sou sifas optik ki kontamine apre tès la (Figi 4). Kwit O-bag yo anvan yo itilize yo te anpeche kèk degre degassaj, sa ki lakòz yon pèt 6% nan transmisyon nan senk semèn olye ke yon pèt konplè nan transmisyon apre yon semèn. Mete O-bag nan yon vakyòm oswa kite yo respire lib nan yon anviwònman pwòp se menm jan efikas tankou kwit yo.
Anodize Aliminyòm: Sifas Anodize gen porositë ki pyèj kontaminan ki ka lage pandan w ap itilize. Anplis de sa, materyèl anodize ka vin reyaktif anba ekspoze UV.
Nerjaveèi: Eksperyans lè l sèvi avèk netwaye asye pur olye ke aliminyòm anodize pa t obsève degradasyon enpòtan apre sèt semèn.
Endyòm: Foil sele nan Endyòm bay pi wo rezistans nan fatig UV konpare ak O-bag.
Eksperyans adisyonèl yo te fèt pou teste kijan tanperati optik yo ankouraje kwasans LIC, si netwayaj chak jou anpeche akimilasyon kontaminan yo, epi si soufle lè sèk sou sistèm lan gen okenn efè pozitif. Nouvo eksperyans sa yo ap deplase pi lwen pase ekspoze UV 355 nm ak tès longèdonn 266 nm.
Rezime
Konprann ak diminye fatig UV ak LIC ap vin de pli zan pli enpòtan paske anpil sistèm lazè gen tandans deplase nan longèdonn ki pi kout pou itilize pi wo enèji ak pi wo rezolisyon. Rezilta eksperimantal nan 355 nm yo te montre ke LIC ka rann optik lazè UV konplètman opak nan yon ti kras tankou yon semèn si konvansyonèl O-bag ak aliminyòm anodize yo te itilize nan sistèm nan. Erezman, efè sa yo ka siyifikativman bese lè w ranplase bag O yo ak sele endyòm, ranplase aliminyòm anodize a ak asye pur, epi fè anviwònman an pwòp ke posib. Lè w ap devlope yon sistèm lazè UV, pale ak founisè optik ou a pou chèche konnen kijan pou fè sistèm ou an pi rezistan ak fatig LIC ak UV jan sa dekri nan atik la.
