பெசல் பீம் வடிவமைப்பு முறைகள்

இடைமுகத்தின் இருபுறமும் உள்ள பொருட்களை ஒரே நேரத்தில் உருக்கி, அதிக வலிமை கொண்ட நுண்-பகுதிப் பிணைப்பை ஏற்படுத்துவதற்கு, லேசரின் குவியப்புள்ளி மாதிரியின் மீது துல்லியமாகக் குவிக்கப்பட வேண்டும். இது, பற்றவைப்பு அமைப்பின் செயலாக்கத் துல்லியத்தின் மீது கடுமையான தேவைகளை விதிக்கிறது. மேலும், குவித்த பிறகு காஸியன் கற்றையின் பெரிய அச்சுச் செறிவுச் சரிவின் காரணமாக, குவியப் புல வெப்பநிலை சீரற்றதாகிறது. இதனால், லேசரால் பாதிக்கப்பட்ட பகுதியில் நுண் மற்றும் நானோ வெற்றிடக் குறைபாடுகள் உருவாக வாய்ப்புள்ளது. இது, மாதிரியின் பற்றவைப்புத் தரத்தையும் பாதிக்கிறது.

லேசரின் குவியப் புலத்தின் செறிவுப் பரவலை மேம்படுத்துவதற்காக, பூஜ்ஜிய-வரிசை பெசல் கற்றைகளை உருவாக்க இடஞ்சார்ந்த ஒளி வடிவமைப்புத் தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தலாம். இந்த அணுகுமுறை, அச்சுவழி செறிவுச் சரிவைக் குறைத்து, குவிய நீளத்தை நீட்டிக்கிறது. இதன் மூலம், லேசரால் உருவாகும் வெப்ப விளைவுப் பகுதியின் ஆழம்-அகல விகிதத்தை இது அதிகரிக்கிறது. இதன் விளைவாக, இது லேசர் பற்றவைப்பு அமைப்பின் குவியத் துல்லியத் தேவைகளைக் குறைத்து, பற்றவைப்பின் தரம் மற்றும் செயல்திறன் ஆகிய இரண்டையும் மேம்படுத்துகிறது.

1. ஒளிச்சிதறல் அற்ற பெசல் விட்டங்களின் உருவாக்கம் மற்றும் அளவுரு வடிவமைப்பு

1987-ல், டர்னின் முதன்முதலில் பூஜ்ஜிய-வரிசை பெசல் கற்றையை முன்மொழிந்தார். இது தனித்துவமான விளிம்பு விலகல் அற்ற பண்புகளைக் காட்டுகிறது: அதன் குறுக்கு ஒளிப்புலச் செறிவுப் பரவல், அது பரவும்போது மாறாமல் இருக்கும், மேலும் மையப் புள்ளியின் அளவு எப்போதும் விளிம்பு விலகல் வரம்பிற்கு அருகில் இருக்கும். கூடுதலாக, பெசல் கற்றைகள் பரவும்போது தன்னைத்தானே சரிசெய்துகொள்ளும் பண்பையும் வெளிப்படுத்துகின்றன. மையப் புள்ளி தடைபடும்போது, ​​சுற்றியுள்ள ஒளி மையத்தை நோக்கிக் குவிந்து, அந்த மையப் புள்ளியை "சரிசெய்யும்". ஒரு பூஜ்ஜிய-வரிசை பெசல் கற்றையின் குறுக்கு ஒளிப்புலப் பரவலுக்கான கணிதச் சமன்பாடு:

இந்த வெளிப்பாட்டில்:

• J0 என்பது பூஜ்ஜிய வரிசை பெசல் சார்பைக் குறிக்கிறது.
• r மற்றும் φ என்பன முறையே ஆர மற்றும் கோண ஆயத்தொலைவுக் கூறுகள் ஆகும்.
• z என்பது பரவல் தூரம்.
• Kr மற்றும் Kz ஆகியவை முறையே குறுக்கு மற்றும் நீள அலை திசையன் கூறுகள் ஆகும்.

பூஜ்ஜிய-வரிசை பெசல் கற்றையின் மைய முதன்மைப் புள்ளி, வலுவான கட்டுப்படுத்தும் திறனைக் கொண்டுள்ளது. இது TW/cm² அல்லது அதற்கும் அதிகமான கதிர்வீச்சு அளவுகளை அனுமதிக்கிறது, இதன் மூலம் பொருட்களில் நேரியல் அல்லாத உறிஞ்சுதலைத் திறம்படத் தூண்ட முடியும். மிக முக்கியமாக, பூஜ்ஜிய-வரிசை பெசல் கற்றைகளின் விளிம்பு விலகாத பரவல் பண்பானது, ஒரு பெரிய குவிய ஆழத்தையும் ஒரு சிறிய அச்சுச் செறிவுச் சரிவையும் வழங்குகிறது. இதன் மூலம், ஏறக்குறைய சீரான வெப்பநிலைப் புலத்தை உருவாக்கி, பற்றவைப்புக் குறைபாடுகள் உருவாவதைத் தடுக்கிறது.

பின்வரும் படம், ஒரே குறுக்குவாட்டு கட்டுப்படுத்தும் திறனின் கீழ், பெசல் கற்றைகள் மற்றும் காஸியன் கற்றைகளின் குவிய நீளத்தின் ஒப்பீட்டைக் காட்டுகிறது. பெசல் கற்றைகள், ஒரு குறுக்குவாட்டு மைக்ரான்-நிலை குவியப் புள்ளி விட்டத்தைப் பராமரிக்கும் அதே வேளையில், கணிசமான குவிய ஆழத்தையும் கொண்டுள்ளன.

பூஜ்ஜிய வரிசை பெசல் கற்றைகளை உருவாக்குவதற்குப் பல முறைகள் உள்ளன, மேலும் பின்வரும் மூன்று முக்கிய முறைகள் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன:

வளையத் துளை முறை: வளையத் துளை முறையானது, அதன் பெயருக்கு ஏற்றவாறே, பெசல் கற்றைகளை உருவாக்க ஒரு வளையப் பிளவைப் பயன்படுத்துகிறது. பெசல் கற்றைகளை உருவாக்குவதற்கான முதல் வெற்றிகரமான முறையும் இதுவே ஆகும். கீழேயுள்ள வரைபடம், பெசல் கற்றைகளை உருவாக்குவதற்கான வளையத் துளை முறையை விளக்குகிறது. ஒரு தள அலை இடதுபுறத்திலிருந்து வளையப் பிளவின் மீது செங்குத்தாக விழும்போது விளிம்பு விளைவு ஏற்படுகிறது.

அதன்பிறகு, ஒரு நேர்மின் வில்லை ஃபோரியர் உருமாற்றத்தைச் செய்கிறது, அதன் விளைவாக வில்லைக்குப் பின்னால் ஒரு பெசல் கற்றை உருவாகிறது. விளிம்பு விலகலற்ற பரவல் தூரமான Zmax, வளையப் பிளவின் விட்டம் d மற்றும் வில்லையின் எண் துளை ஆகியவற்றுடன் தொடர்புடையது.

இந்த முறையால் பூஜ்ஜிய-வரிசை பெசல் கற்றைகளை உருவாக்க முடிந்தாலும், ஆற்றல் மாற்றத் திறன் மிகவும் குறைவாக இருப்பதால், இதனை லேசர் செயலாக்கத் துறைகளில் பயன்படுத்துவது கடினமாக உள்ளது.

இடஞ்சார்ந்த ஒளி பண்பேற்றி முறை: ஒரு பூஜ்ஜிய-வரிசை பெசல் கற்றையை உருவாக்கும் செயல்முறை என்பது அடிப்படையில் கற்றையின் கட்டப் பரவலை மாற்றும் ஒரு செயல்முறையாகும். எனவே, ஒரு இடஞ்சார்ந்த ஒளி பண்பேற்றியைப் பயன்படுத்தியும் பூஜ்ஜிய-வரிசை பெசல் கற்றையை உருவாக்க முடியும். இடஞ்சார்ந்த ஒளி பண்பேற்றி என்பது ஒரு வகையான ஒளியியல்-மின்னணு பண்பேற்றக் கருவியாகும், இது மின் சமிக்ஞைகள் மூலம் ஒளிப்புலத்தின் செறிவு மற்றும் கட்டப் பரவலைக் கட்டுப்படுத்துகிறது. கீழே உள்ள படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, இடஞ்சார்ந்த ஒளி பண்பேற்றியின் வேலை செய்யும் பலகத்தில் கூம்பு வில்லைக் கட்டத்தைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் ஒரு பூஜ்ஜிய-வரிசை பெசல் கற்றையை உருவாக்க முடியும்.

ஆக்சிகான் முறை: பெசல் கற்றைகளை உருவாக்குவதற்காகப் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் செயலற்ற கண்ணாடி அடிப்படையிலான விளிம்பு விலகல் கூறுகளில் ஆக்சிகானும் ஒன்றாகும். கீழே உள்ள படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, ஒரு காஸியன் கற்றையானது ஆக்சிகான் மீது செங்குத்தாகப் பட்டு அதன் வழியே செல்லும்போது, ​​அதன் கட்டப் பரவல் பண்பேற்றம் அடைந்து, எந்த ஆற்றல் இழப்பும் இன்றி அதனை ஒரு பூஜ்ஜிய-வரிசை பெசல் கற்றையாக மாற்றுகிறது.

கண்ணாடி ஆக்சிகான்களின் குறைந்த விலை, எளிதான பயன்பாடு, உயர் லேசர் சேத வரம்பு மற்றும் அவற்றின் மிக உயர்ந்த ஆற்றல் பயன்பாட்டுத் திறன் ஆகியவற்றின் காரணமாக, லேசர் செயலாக்கத் துறையில் மீச்சிறு துடிப்பு பெசல் கற்றைகளை உருவாக்குவதற்கு ஆக்சிகான்களே முதன்மைத் தேர்வாக உள்ளன. கீழேயுள்ள படம், ஒரு பூஜ்ஜிய-வரிசை பெசல் கற்றையின் கற்றைச் சுருக்கம் மற்றும் ஊடுருவலின் திட்ட வரைபடத்தைக் காட்டுகிறது. 4f பிம்ப அமைப்பின் உருப்பெருக்கம் மற்றும் திசையமைப்பைச் சரிசெய்வதன் மூலம், பெசல் கற்றையின் பரவல் திசையில் உள்ள விளிம்பு விலகலற்ற பரவல் தூரம், அரைக்கூம்பு கோணம் மற்றும் சாய்வுக் கோணம் ஆகியவற்றை எளிதாகக் கட்டுப்படுத்த முடியும்.

Ɵ1 என்ற அரைக்கூம்பு கோணத்தையும், Zmax என்ற விளிம்பு விளைவற்ற பரவல் தூரத்தையும் கொண்ட ஒரு பூஜ்ஜிய-வரிசை பெசல் கற்றையானது, ஒரு வில்லை (L1) மற்றும் ஒரு புறவில்லை (L2) ஆகியவற்றால் ஆன 4f அமைப்பு வழியாகச் செல்லும்போது, ​​வடிவியல் பரிமாணங்கள் மேலும் சுருக்கப்படும். பக்கவாட்டு உருப்பெருக்கம் தோராயமாக M=f1/f2=5 ஆகவும், நீளவாட்டு உருப்பெருக்கம் தோராயமாக M2=25 ஆகவும் இருக்கும். இவ்வாறு, மாதிரியின் உள்ளே பூஜ்ஜிய-வரிசை பெசல் கற்றையின் இறுதிப் பிம்பமாக்கலை பின்வரும் வடிவியல் அளவுருக்களால் குறிப்பிடலாம்:

வெவ்வேறு கூம்பு கோணங்கள் மற்றும் கற்றை அமுக்க உருப்பெருக்கங்களின் கீழ், குவார்ட்ஸ் கண்ணாடி மாதிரியின் உள்ளே படமாக்கப்பட்ட பெசல் கற்றையின் வடிவியல் அளவுருக்கள்.

பெசல் கற்றையின் குவியப் புலச் செறிவுப் பரவல்

• r மற்றும் z: முறையே ஆர மற்றும் அச்சு ஆயத்தொலைவுக் கூறுகள்.
• λ: லேசரின் மைய அலைநீளம்.
• w: படுகின்ற காஸியன் கற்றையின் 1/e² ஆரம்.
• P0: மீச்சிறு துடிப்பு லேசரின் உச்சபட்ச ஆற்றல்.
• β1: கற்றை அமுக்கத்திற்குப் பிறகு பெசல் கற்றையின் அரைக்கூம்புக் கோணம்.
• k: அலை திசையன்.
• J0: பூஜ்ஜிய வரிசை பெசல் சார்பு.

குவார்ட்ஸ் கண்ணாடிக்குள் பூஜ்ஜிய-வரிசை பெசல் கற்றையின் செறிவுப் பரவல்: இடதுபுறத்தில், பரவல் திசையிலான ஒளி ஆற்றல் அடர்த்திப் பரவல் மற்றும் குறுக்குவெட்டுத் தோற்றம் ஆகியவையும், வலதுபுறத்தில், அச்சின் வழியான ஒளி ஆற்றல் அடர்த்திப் பரவல் மற்றும் குறுக்குவெட்டுத் தோற்றம் ஆகியவையும் காட்டப்பட்டுள்ளன.

2. உருகிய சிலிக்கா கண்ணாடியில் உள்ள ஃபெம்டோசெகண்ட் துடிப்பு பெசல் கற்றையின் பண்புகள்

படம் (அ) வெவ்வேறு துடிப்பு ஆற்றல்களில், ஃபெம்டோசெகண்ட் துடிப்பு பெசல் கற்றைகளுக்கும் உருகிய சிலிக்கா கண்ணாடிக்கும் இடையிலான இடைவினையின் நுண்ணுருவப் படங்களைக் காட்டுகிறது. லேசர் துடிப்பின் அகலம் 220 fs ஆக நிலையாக வைக்கப்பட்டுள்ளது, மேலும் மாதிரியின் உள்ளே உள்ள பெசல் கற்றையின் அரைக்கூம்புக் கோணம் 12.4° ஆகும். லேசரால் பாதிக்கப்பட்ட பகுதி ஒரு வழக்கமான ஒரு-பரிமாண நேரியல் அமைப்பைக் கொண்டிருப்பதைக் காணலாம். லேசர் துடிப்பு ஆற்றல் 9.5 μJ-க்கும் குறைவாக இருக்கும்போது, ​​குவியப் பகுதியில் உள்ள பொருளின் ஒளிவிலகல் குறியீடு அதிகரித்து, நுண்ணுருவப் படத்தில் ஒரு கருப்புப் பகுதியாகத் தோன்றுகிறது.

லேசர் துடிப்பு ஆற்றல் 9.5 μJ-ஐத் தாண்டும்போது, ​​குவியப் பகுதியில் உள்ள பொருளின் ஒளிவிலகல் குறியீடு குறைந்து, நுண்ணோக்கிப் படத்தில் ஒரு வெள்ளைப் பகுதியாகத் தோன்றுகிறது, மேலும் துடிப்பு ஆற்றல் அதிகரிக்கும்போது அந்த வெள்ளைப் பகுதியின் நீளமும் அதிகரிக்கிறது. மாதிரியை மெருகூட்டுவதன் மூலம், படம் (b)-இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, 15.4 μJ துடிப்பு ஆற்றலில் அந்த வெள்ளைப் பகுதியின் உருவவியல் பண்புகளை ஒரு ஸ்கேனிங் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியின் கீழ் நாங்கள் ஆய்வு செய்தோம். குறைக்கப்பட்ட ஒளிவிலகல் குறியீடு கொண்ட பகுதியில் சுமார் 200 nm விட்டம் கொண்ட ஒரு நானோத்துளை உருவாகியுள்ளது என்று முடிவு செய்யலாம்.

அயனி கற்றை பொறித்தல் மற்றும் நிகழ்விட ஸ்கேனிங் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி கண்காணிப்பு அமைப்புகள் மூலம், நானோ துளையின் இருப்பை நாங்கள் மேலும் உறுதிப்படுத்தினோம் (படம் c). எனவே, லேசர் தூண்டப்பட்ட குறைபாடுகள் உருவாவதைக் குறைப்பதற்காக, லேசர் பற்றவைப்பின் போது ஒற்றைத் துடிப்பு ஆற்றல் 9.5 μJ-க்கு மிகாமல் இருக்க வேண்டும்.

3. பெசல் மீச்சிறு துடிப்பு லேசரைப் பயன்படுத்தி, உருகிய சிலிக்கா கண்ணாடிகளுக்கு இடையில் உயர்தர நுண்பற்றவைப்பைச் செய்தல்.

படம் (அ) மாதிரியின் பற்றவைப்புப் பரப்பின் மேல் தோற்ற நுண்ணுருவப் படத்தைக் காட்டுகிறது. லேசர் பற்றவைப்புக் கோடு சீராகவும் மென்மையாகவும் இருப்பதைக் காணலாம். பற்றவைக்கப்பட்ட பகுதியில் இன்னும் சில சீரற்ற முறையில் பரவியுள்ள நுண்துளைக் குறைபாடுகள் இருந்தாலும், ஒட்டுமொத்தமாக, இது காஸியன் லேசர் பற்றவைப்புக் கோட்டை விட குறிப்பிடத்தக்க அளவு சிறப்பாக உள்ளது. அளவீடுகளின்படி, பற்றவைப்புக் கோட்டின் அகலம் தோராயமாக 18 μm ஆகவும், பற்றவைப்புக் கோடுகளுக்கு இடையேயான இடைவெளி 40 μm ஆகவும் உள்ளது. படம் (ஆ) மாதிரியின் பற்றவைப்புக் கோட்டின் பக்கவாட்டுத் தோற்ற நுண்ணுருவப் படத்தைக் காட்டுகிறது.

லேசர் செயலாக்கத்திற்குப் பிறகு மாதிரிகளுக்கு இடையேயான இடைவெளி முற்றிலுமாக மறைந்துவிடுவதையும், இடைமுகத்திற்கு அருகிலுள்ள பொருள் வெப்ப உருகுதல்-குளிரூட்டல் செயல்முறைக்குப் பிறகு ஒரே பொருளாக உருகிவிடுவதையும் காணலாம். லேசரால் தூண்டப்பட்ட வெப்ப உருகுதல் பகுதியின் ஆழம் 227 μm வரை அடைகிறது என்று அளவீடுகள் வெளிப்படுத்துகின்றன. இந்த அளவுருக்களுடன் கூடிய லேசர் பற்றவைப்பின் போது, ​​குவிய நிலையின் அச்சு ஆழம் 227 μm வரை அடைய முடியும் என்பதை இது குறிக்கிறது, இது அதே நிலைமைகளின் கீழ் காஸியன் லேசர் பற்றவைப்பை விட நான்கு மடங்கு அதிகமாகும்.

4. பெசல் லென்ஸ்களை எங்கே வாங்குவது?

வேவ்லென்த் ஆப்டோ-எலக்ட்ரானிக், லேசர் செயலாக்கப் பயன்பாடுகளில் பயன்படுத்தப்படும் உயர்தர பெசல் லென்ஸ்களை வழங்குகிறது. உள்ளீட்டுக் கற்றையின் விட்டத்தின் அளவைச் சரிசெய்வதன் மூலம் வெளியீட்டுக் கற்றையின் குவிய ஆழத்தை மாற்றியமைக்க முடியும் என்பதே இந்த பெசல் கற்றை ஒளியியல் அமைப்பின் மிகவும் கவர்ச்சிகரமான அம்சமாகும்.