Laserinterferentieverwerking

Invoering

Eerdere hoofdstukken behandelen voornamelijk de verwerking van materialen met een enkele straal laser (zoals bij boren, snijden) of met meerdere balken uit verschillende laserbronnen (zoals bij lasersvorming). Nieuwe methoden voor materiaalverwerking kunnen zijnontwikkeld op basis van de interferentiepatronen geproduceerd door de superpositie van twee of meer laserstralen. Historisch gezien zijn interferentiefenomenen het middel geweest om de golfkarakter van het licht vast te stellen en hebben ze aanzienlijk praktisch gevondenToepassingen in spectroscopie en metrologie (geboren en Wolf 1980). Onlangs zijn de interferentiefenomenen gebruikt voor de oppervlakteverwerking van materialen in een breed scala van toepassingen zoals micromachining en biomedischToepassingen. Laser-interferentieverwerking is een relatief nieuwe techniek die een verhoogd gebruik van het gebied van oppervlakteverwerking van materialen van verlengde area vindt. Dit hoofdstuk bespreekt kort de theorie en de toepassingen vanLaser -interferentiesfenomenen bij oppervlakteverwerking van materialen.

Theorie van interferentie

Wanneer een lichtstraal wordt gedeeld door een geschikt apparaat in twee of meer stralen die vervolgens worden gesuperpeerd, toont de intensiteit in het gebied van superpositie de unieke variatie. De intensiteit in de regio Superpositievarieert van punt tot punt tussen de maxima (die de som van intensiteiten in de stralen overschrijden) en de minima (kan nul zijn). Deze superpositie van twee of meer stralen wordt aangeduid als interferentie. Interferentiepatronen worden over het algemeen verkregendoor de superpositie van stralen die coherent met elkaar zijn. De stralen die uit verschillende bronnen komen, zijn onderling onsamenhangend en er wordt in het algemeen geen interferentie waargenomen onder gemeenschappelijke experimentele toestand. Als de twee balken echterAfkomstig van dezelfde bron, zijn de schommelingen in de balk in het algemeen gecorreleerd en wordt gezegd dat de stralen volledig of gedeeltelijk coherent zijn. De superpositie van dergelijke coherente balken afkomstig uit dezelfde bron geeft aanleiding totinterferentiepatronen. Er zijn twee methoden voor het verkrijgen van balken uit een enkele bron: Divisie van Wave Front and Division of Amplitude. In de eerste methode wordt een straal gedeeld door doorgang door

Fig. 11.1 De basisexperimentele opstelling voor laserinterferentieverwerking met twee bundels.

(Herdrukt van Daniel et al. 2003. Met toestemming. Copyright Elsevier.)

Aangrenzende openingen. In de andere methode wordt een straal gedeeld door gedeeltelijk reflecterende oppervlakken waar een deel van het licht wordt weerspiegeld en het andere deel wordt overgedragen (geboren en Wolf 1980). In de meeste methoden voor laserinterferentieverwerking,Optische apparaten zoals bundelsplitters worden gebruikt die een lichtstraal in twee splitsen door een balk gedeeltelijk te reflecteren en te verzenden. In een vereenvoudigde opstelling bestaat een bundelsplitter uit twee driehoekige glazen prisma's die zijn samengevoegdsamen aan de basis met behulp van geschikte hars. In andere opstellingen kunnen dunne films afgezet op glazen oppervlakken die de reflectiviteit verbeteren, worden gebruikt als bundelsplitters. Een balksplitter in een interferometer verdeelt een invallende straal in tweestralen.

Typische experimentele opstelling voor materiaalverwerking met behulp van interferentietechniek met twee bundel wordt getoond in Fig. 11.1. De verschillende elementen van deze opstelling zijn de laserbron, interferometer en het beeldoppervlak (Daniel et al.2003).

De geometrie van de interferentiepatronen gevormd door de superpositie van twee of meer coherente en lineair gepolariseerde stralen hangt af van de golflengte en de hoek tussen de stralen.Waar ik de intensiteit van een laserstraal is, is ik de golflengte, Q is de hoek tussen de stralen en L is de periode. De superpositie van twee balken produceert een interferentiepatroon met een ruimtelijk gemoduleerd lichtveld met intensiteitdistributie oscillerend tussen nul en 4i.

11.3 Interferometrie voor oppervlakteverwerking van materialen 453

Fig. 11.2 Verschillende mogelijke eendimensionale en tweedimensionale geometrische structuren die kunnen worden geproduceerd door interferentie met drie bundels

Patronen door variërende hoek en intensiteit van laserstralen (herdrukt uit Mücklich et al. 2006. mettoestemming. Copyright Hanser.)

Tweedimensionale en driedimensionale periodieke patronen kunnen worden verkregen door het aantal stralen te vergroten. De intensiteitsverdeling als gevolg van de superpositie van vier stralen wordt gegeven door (Kondo et al. 2001).

De superpositie van vier stralen produceert het interferentiepatroon met tweedimensionaal gemoduleerd lichtveld oscillerend tussen nul en 16i en periodiciteit gelijk aan L2 (Kaganovskii et al. 2006). Inferentie met meerdere balkenVereist een gecompliceerde optische opstelling en de precieze aanpassing ervan is vaak moeilijk.

Figuur 11.2 presenteert het schema van de mogelijke eendimensionale en twodimensionale periodieke geometrische structuren geproduceerd door interferentiepatronen met drie bundel. Zoals aangegeven in de figuur periodieke lijn of puntpatronen kunnen worden geproduceerd doorInterferentie van de meerdere balken.

Interferometrie voor oppervlakteverwerking van materialen

Zoals eerder vermeld, zijn de drie belangrijke elementen van de interferentieregeling de laser-, interferometer- en beeldvormingsoppervlak van het materiaal. In de context van oppervlakteverwerking van materialen moet elk van deze elementenzorgvuldig worden overwogen tijdens het ontwerp van de interferometer.