從微型鋸到納米鑽:激光脈沖可化身為工業級加工工具

據外媒報道,利用空間結構的超短激光脈沖可以實現亞微米尺度的工業級材料加工。如果光在時間和空間中強烈集中進而引發極高的光子密度,那麼它可以跟所有可能的材料相互作用。通過使用這些超短激光聚焦,即使是透明材料也可以被改性,即使它們通常不會相互作用。

從微型鋸到納米鑽:激光脈沖可化身為工業級加工工具

短而聚焦的激光脈沖可以克服這種透明度並允許能量實現完全無接觸沉積。材料對輻射的確切反應可能非常不同,從邊緣折射率變化到需要疏散整個地區的破壞性微尺度爆炸。

使用激光脈沖進行光學加工可以實現同等多樣化的材料改性,如使用相同的激光系統進行分離或連接。由於極短的曝光時間和低熱擴散度,鄰近區域完全不受影響,進而使得真正的微米尺度材料加工成為可能。

在Daniel Flamm等人提出的「超快激光微納米和納米加工的結構光」中,多種概念被展示用來操控激光在焦點上的空間分布從而能特別有效地應用工業上適用的加工策略。例如,定製的無衍射光束由全息軸產生,其可以用單次通道和高達每秒一米的進給速度來修改毫米尺度的玻璃片。這一概念在曲面襯底上的應用以及基於激光的玻璃管切割技術的發展是一個突破性進展。醫療工業長期以來則一直需要這種能力來製造注射器、小瓶和安瓿等玻璃物品。加工後的表面具有優良的邊緣品質、無微小碎片進而能夠滿足消費者和醫療行業的需求。

從微型鋸到納米鑽:激光脈沖可化身為工業級加工工具

本文還演示了一個新引入的3D分束器概念的潛力。在這里,原始焦點的13個相同副本分布在使用單一聚焦目標的三維工作容器中,服務於增加焊縫的有效體積。利用橫向泵浦探針顯微鏡直接測量了材料對脈沖的響應,研究人員確認了13個獨立吸收區成功的能量沉積。所進行的實驗代表了基於結構光概念的三維並行處理的一個主要例子及通過利用高功率、超短脈沖激光系統的性能證明了吞吐量的增加。

液晶顯示器的廣泛可及性及其在全息術光束整形中的應用也引導材料加工界採用結構光的概念。然而這些方法還沒有轉化為工業處理,主要是因為這些顯示器不能處理高光功率和能量以及構建數字全息圖所需的高編程工作量。

從微型鋸到納米鑽:激光脈沖可化身為工業級加工工具

不過這篇研究論文帶來了這方面的重大進展。在雙照明的概念下,液晶顯示器對照明光場的振幅和相位進行調制。通過應用數字振幅掩模可以生成任意的強度輪廓,這有利於形成高空間頻率、精細的金屬掩模。由於研究中提出的調整的平頂強度剖面生成並沒有使用復雜的傅立葉編碼策略,這使得這一概念有希望成為未來數字光學處理頭的候選。

來源:cnBeta