בעסעל שטראַל פּלאַן מעטאָדן

כדי צו גלייכצייטיג צעשמעלצן די מאַטעריאַלן אויף ביידע זייטן פון דער אינטערפייס און אויפשטעלן א הויך-שטאַרקייט מיקראָ-געגנט בונד, מוז דער לאַזער פאָקוס פּונקט זיין פּינקטלעך פאָקוסירט אויף דער מוסטער, וואָס שטעלט שטרענגע פאָדערונגען אויף דער פּראַסעסינג אַקיעראַסי פון דער וועַלדינג סיסטעם. דערצו, צוליב דעם גרויסן אַקסיאַל אינטענסיטעט גראַדיענט פון דעם גאַוסיאַן שטראַל נאָך פאָקוסירן, איז די פאָקוס פעלד טעמפּעראַטור נישט גלייך, מאַכנדיג עס פּראָנע צו פאָרמירן מיקראָ- און נאַנאָ-פּאָסט דעפעקטן אין דער לאַזער-אַפעקטירטער געגנט, וואָס אין קער אַפעקטירט די וועַלדינג קוואַליטעט פון דער מוסטער.

ראַימישע ליכט-פאָרמינג טעכנאָלאָגיע קען גענוצט ווערן צו דזשענערירן נול-אָרדענונג בעסעל שטראַלן צו אָפּטימיזירן די אינטענסיטעט פאַרשפּרייטונג פון די לאַזער פאָקאַל פעלד. דעם צוגאַנג ראַדוסירט די אַקסיאַל אינטענסיטעט גראַדיענט און פאַרלענגערט די פאָקאַל לענג, דערמיט פאַרגרעסערן די טיפקייַט-צו-ברייט פאַרהעלטעניש פון די טערמישע ווירקונג געגנט געשאפן דורך די לאַזער. ווי אַ רעזולטאַט, עס ראַדוסירט די פאָקוסינג אַקיעראַסי רעקווירעמענץ פון די לאַזער וועַלדינג סיסטעם, ימפּרוווינג ביידע וועַלדינג קוואַליטעט און עפעקטיווקייַט.

1. די דזשענעריישאַן און פּאַראַמעטער פּלאַן פון ניט-דיפראַקטינג בעסעל בימז

אין 1987, האט דורנין צום ערשטן מאָל פארגעשטעלט דעם נול-אָרדענונג בעסעל שטראַל, וואָס ווײַזט אייגענאַרטיקע נישט-דיפראַקטירנדיקע אייגנשאַפטן: זײַן טראַנסווערסאַלע ליכט-פעלד אינטענסיטעט פאַרשפּרייטונג בלייבט אומגעביטן בעת ​​פּראָפּאַגאַציע, און די גרייס פון דעם צענטראלן פלעק איז שטענדיק נאָענט צום דיפראַקציע גרענעץ. דערצו, בעסעל שטראַלן ווײַזן אויך אַ זיך-היילנדיקע אייגנשאַפט בעת פּראָפּאַגאַציע. ווען דער צענטראלער פלעק ווערט פארשטעלט, וועט די ארומיקע ליכט זיך צוזאַמענקומען צום צענטער צו "פאַרריכטן" דעם צענטראלן פלעק. דער מאַטעמאַטישער אויסדרוק פֿאַר דער טראַנסווערסאַלע ליכט-פעלד פאַרשפּרייטונג פון אַ נול-אָרדענונג בעסעל שטראַל איז:

אין דעם אויסדרוק:

• J0 רעפּרעזענטירט די נול-אָרדענונג בעסעל פונקציע.
• r און φ זענען די ראַדיאַלע און ווינקלדיקע קאָאָרדינאַט עלעמענטן, ריספּעקטיוולי.
• ז איז די פארשפרייטונג דיסטאַנץ.
• Kr און Kz זענען די טראַנסווערס און לאַנדזשאַטודאַנאַל כוואַליע-וועקטאָר עלעמענטן, ריספּעקטיוולי.

דער צענטראלער הויפט-פונקט פון א נול-ארדענונג בעסעל שטראל האט א שטארקע איינשליסונג-מעגלעכקייט, וואס ערלויבט באשטראלונג-לעוועלס פון דער ארדענונג פון TW/cm² אדער העכער, וואס קען עפעקטיוו אויפרעגן נישט-לינעארע אבסארפציע אין מאטעריאלן. נאך וויכטיגער, די נישט-דיפראקטירנדע פארשפרייטונג-כאראקטעריסטן פון נול-ארדענונג בעסעל שטראלן גיט א גרעסערע טיפקייט פון פאקוס און א קלענערן אקסיאלן אינטענסיטעט גראדיענט, אזוי שאפנדיג א כמעט איינהייטליכן טעמפעראטור-פעלד און אונטערדריקנדיג די פארמאציע פון ​​שווייס-דעפעקטן.

די פאלגענדע פיגור ווייזט א פארגלייך פון די פאקאל לענג פון בעסעל שטראלן און גאוסישע שטראלן אונטער דער זעלבער טראנסווערסאלער איינשליסונג מעגלעכקייט. בעסעל שטראלן פארמאגן א באדייטנדע טיפקייט פון פאקוס בשעת'ן אויפהאלטן א טראנסווערסאלן מיקראן-לעוועל פאקאל פלעק דיאמעטער.

עס זענען דא עטלעכע מעטאָדן צו שאַפֿן נול-אָרדענונג בעסעל שטראַלן, און די פֿאָלגנדיקע דריי הויפּט מעטאָדן זענען געוויינטלעך:

רינג-עפענונג מעטאָדע: די רינג-עפענונג מעטאָדע, ווי דער נאָמען זאָגט, באַשטייט פון ניצן אַ רינג-שפּאַלט צו פּראָדוצירן בעסעל שטראַלן. דאָס איז אויך געווען די ערשטע געלונגענע מעטאָדע פֿאַר דזשענערירן בעסעל שטראַלן. די דיאַגראַמע אונטן אילוסטרירט די רינג-עפענונג מעטאָדע פֿאַר דזשענערירן בעסעל שטראַלן. אַ פלאַך כוואַליע פאַלט פּערפּענדיקולאַר אויף דעם רינג-שפּאַלט פֿון לינקס און דיפֿראַקציע פּאַסירט.

דערנאך, פירט א פאזיטיווע לינז אויס א פוריע טראנספארמאציע, וואס רעזולטירט אין דער פארמאציע פון ​​א בעסעל שטראל הינטער דער לינז. די נישט-דיפראקטירנדע פארשפרייטונג דיסטאנץ Zmax איז פארבונדן מיטן דיאמעטער d פון דעם רינג-פארביגן שפּאַלט און דער נומערישער אפערטור פון דער לינז.

כאָטש די מעטאָדע קען דזשענערירן נול-אָרדענונג בעסעל שטראַלן, איז די ענערגיע קאַנווערזשאַן עפעקטיווקייט גאָר נידעריק, מאַכנדיג עס שווער צו צולייגן אין לאַזער פּראַסעסינג פעלדער.

ספעציעלע ליכט מאדולאטאר מעטאד: דער דזשענעריישאַן פּראָצעס פון אַ נול-אָרדענונג בעסעל שטראַל איז אין עסענץ אַ פּראָצעס פון ענדערן די פאַזע פאַרשפּרייטונג פון די שטראַל. דעריבער, אַ נול-אָרדענונג בעסעל שטראַל קען אויך דזשענערירט ווערן מיט אַ ספעציעלע ליכט מאדולאטאר. א ספעציעלע ליכט מאדולאטאר איז אַ טיפּ אָפּטאָעלעקטראָניש מאָדולאַציע מיטל וואָס קאָנטראָלירט די ליכט פעלד ס אינטענסיטי און פאַזע פאַרשפּרייטונג דורך עלעקטרישע סיגנאַלן. אַ נול-אָרדענונג בעסעל שטראַל קען דזשענערירט ווערן דורך אַפּלייינג די קאָנישע לינז פאַזע, ווי געוויזן אין די בילד אונטן, צו די אַרבעט פּאַנעל פון די ספעציעלע ליכט מאדולאטאר.

אַקסיקאָן מעטאָד: אַן אַקסיקאָן איז איינער פון די מערסט אָפט גענוצטע פּאַסיווע גלאָז-באַזירטע דיפראַקטיווע עלעמענטן פֿאַר דזשענערירן בעסעל שטראַלן. ווען אַ גאַוסיאַן שטראַל פאַלט נאָרמאַלערווייַז אויף און גייט דורך אַן אַקסיקאָן, ווערט זיין פאַזע פאַרשפּרייטונג מאָדולירט, טראַנספאָרמירנדיק עס אין אַ נול-אָרדענונג בעסעל שטראַל אָן קיין ענערגיע אָנווער, ווי געוויזן אין דער בילד אונטן.

צוליב דעם נידעריקן פרייז, גרינגקייט פון באַניץ, און הויכן לייזער שאָדן שוועל פון גלאָז אַקסיקאָנס, ווי אויך זייער אויסערגעוויינלעך הויכן ענערגיע נוצן עפעקטיווקייט, זענען אַקסיקאָנס די ערשטיקע ברירה פֿאַר דזשענערירן אַלטראַקורס פּולס בעסעל שטראַלן אין דעם פעלד פון לייזער פּראַסעסינג. די פיגור אונטן ווייזט אַ סכעמאַטיש פון די שטראַל נעראָוינג און טראַנסמיסיע פון ​​אַ נול-סדר בעסעל שטראַל. דורך אַדזשאַסטינג די מאַגניפיקאַטיאָן און אָריענטירונג פון די 4f בילדגעבונג סיסטעם, קען די ניט-דיפראַקטיוו פּראַפּאַגיישאַן דיסטאַנסע, די האַלב-קאָן ווינקל, און די טילט ווינקל אין די פּראַפּאַגיישאַן ריכטונג פון די בעסעל שטראַל לייכט קאָנטראָלירט ווערן.

ווען אַ נול-אָרדענונג בעסעל שטראַל מיט אַ האַלב-קאָן ווינקל פון Ɵ1 און אַ דיפראַקציע-פֿרייער פּראָפּאַגאַציע דיסטאַנס פון Zmax גייט דורך אַ 4f סיסטעם צוזאַמענגעשטעלט פון אַ לינז (L1) און אַן אָביעקטיוו לינז (L2), וועלן די געאָמעטרישע דימענסיעס ווערן ווייטער קאָמפּרעסט. די לאַטעראַלע פֿאַרגרעסערונג איז אַפּראָקסימאַטלי M=f1/f2=5, און די לאַנדזשאַטודאַנאַל פֿאַרגרעסערונג איז אַפּראָקסימאַטלי M2=25. אַזוי, די לעצטע בילדגעבונג פון די נול-אָרדענונג בעסעל שטראַל אין דעם מוסטער קען זיין רעפּרעזענטירט דורך די געאָמעטרישע פּאַראַמעטערס:

געאמעטרישע פאראמעטערס פון די בעסעל שטראל אפגעמאלן אינעווייניק פון א קוואַרץ גלאז מוסטער אונטער פארשידענע קאנוס ווינקלען און שטראל קאמפרעשאן פארגרעסערונגען.

פאָקוס פעלד אינטענסיטי פאַרשפּרייטונג פון אַ בעסעל שטראַל

• r און z: ראַדיאַלע און אַקסיאַלע קאָאָרדינאַט קאָמפּאָנענטן, ריספּעקטיוולי.
• λ: צענטראלע כוואַליע לענג פון די לאַזער.
• w: 1/e² ראַדיוס פֿון דעם אינצידענטן גאַוסישן שטראַל.
• P0: שפּיץ מאַכט פון די אולטראַקורץ פּולס לאַזער.
• β1: האַלב-קאָן ווינקל פון די בעסעל שטראַל נאָך שטראַל קאַמפּרעשאַן.
• k: כוואַליע וועקטאָר.
• J0: נול-אָרדענונג בעסעל פונקציע.

אינטענסיטעט פארטיילונג פון די נול-ארדענונג בעסעל שטראל אינעווייניק קוואַרץ גלאז: אויף די לינקע זייט זענען די אָפּטישע מאַכט געדיכטקייט פארטיילונג צוזאמען די פּראַפּאַגיישאַן ריכטונג און די קראָס-סעקשאַנאַל מיינונג, און אויף די רעכטע זייט זענען די אָפּטישע מאַכט געדיכטקייט פארטיילונג צוזאמען די אַקס און די קראָס-סעקשאַנאַל מיינונג.

2. קעראַקטעריסטיקס פון די פېמטאָסעקונד פּולס בעסעל שטראַל אין פאַרשמאָלצן סיליקאַ גלאָז

פיגור (א) ווייזט די מיקראָגראַפס פון דער אינטעראַקציע צווישן פېמטאָסעקונד פּולס בעסעל שטראַלן און געשמאָלצן סיליקאַ גלאָז ביי פאַרשידענע פּולס ענערגיעס. די לאַזער פּולס ברייט איז פיקסירט ביי 220 fs, און דער האַלב-קאָן ווינקל פון די בעסעל שטראַל אינעווייניק פון דער מוסטער איז 12.4°. מען קען באַמערקן אַז די לאַזער-באַטראָפענע געגנט ווייזט אַ טיפּישע איין-דימענסיאָנאַלע לינעאַרע סטרוקטור. ווען די לאַזער פּולס ענערגיע איז ווייניקער ווי 9.5 μJ, פאַרגרעסערט זיך דער רעפראַקטיווער אינדעקס פון דעם מאַטעריאַל אין דער פאָקאַלער געגנט, דערשיינענדיק ווי אַ שוואַרצע געגנט אין דער מיקראָגראַף.

ווען די לאַזער פּולס ענערגיע איז העכער ווי 9.5 μJ, פאַרקלענערט זיך דער רעפראַקטיווער אינדעקס פון דעם מאַטעריאַל אין דער פאָקאַלער געגנט, און ערשיינט ווי אַ ווייסע געגנט אין דער מיקראָגראַף, און די לענג פון דער ווייסער געגנט פאַרגרעסערט זיך מיט דער פאַרגרעסערונג פון דער פּולס ענערגיע. דורך פּאָלירן דעם מוסטער, האָבן מיר באַאָבאַכטעט די מאָרפאָלאָגישע כאַראַקטעריסטיקס פון דער ווייסער געגנט ביי אַ פּולס ענערגיע פון ​​15.4 μJ אונטער אַ סקאַנינג עלעקטראָן מיקראָסקאָפּ, ווי געוויזן אין פיגור (b). מען קען אויספירן אַז אַ נאַנאָפּאָר מיט אַ דיאַמעטער פון אַרום 200 נם ווערט געפאָרמט אין דער געגנט מיט אַ פאַרקלענערטן רעפראַקטיוון אינדעקס.

דורך יאָן שטראַל עטשינג און אין-סיטו סקאַנינג עלעקטראָן מיקראָסקאָפּ אָבסערוואַציע סיסטעמען, האָבן מיר ווייטער באַשטעטיקט די בייַזייַן פון די נאַנאָפּאָר (פיגור ג). דעריבער, כּדי צו מינאַמייז די דזשענעריישאַן פון לאַזער-ינדוסט חסרונות, זאָל די איין פּולס ענערגיע נישט יקסיד 9.5 μJ בעת לאַזער וועַלדינג.

3. דערגרייכן הויך-קוואַליטעט מיקראָ-וועלדינג צווישן פאַרשמאָלצן סיליקאַ גלעזער ניצן בעסעל ולטראַשאָרט פּולס לאַזער.

פיגור (א) ווייזט א מיקראָגראַף פון אויבן אויף דער שוועיס-איבערפלאַך פון דער מוסטער. מען קען זען אז די לאַזער-שוועיס-ליניע איז איינהייטלעך און גלאַט. כאָטש עס זענען נאָך דאָ אַ פּאָר צופֿעליק פֿאַרטיילטע מיקראָפּאָרע-דעפֿעקטן אין דער געשוועיסטער געגנט, איז עס בכלל באַדייטנד בעסער ווי די גאַוסישע לאַזער-שוועיס-ליניע. מעסטונגען ווייַזן אז די ברייט פון דער שוועיס-ליניע איז אַרום 18 מיקראָמעטער, און די אָפּשטאַנד צווישן די שוועיס-ליניעס איז 40 מיקראָמעטער. פיגור (ב) ווייזט א מיקראָגראַף פון דער מוסטער'ס שוועיס-ליניע פון ​​זייט אויף דער זייט.

מען קען זען אז דער שפאלט צווישן די מוסטערן פארשווינדט אינגאנצן נאך לייזער באארבעטונג, און דער מאטעריאל לעבן דעם אינטערפייס האט זיך צוזאמענגעשמאָלצן אין איין איינציקער ענטיטי נאך דעם דורכגיין דעם טערמישן צעשמעלץ-קילונג פראצעס. מעסטונגען ווייזן אז די טיפקייט פון דער לייזער-אינדוצירטער טערמישער צעשמעלץ געגנט דערגרייכט ביז 227 מיקראָמעטער. דאס ווייזט אז בעת לייזער וועַלדינג מיט די פאראמעטערס, קען די פאקוס פאזיציע'ס אקסיאלע טיפקייט דערגרייכן ביז 227 מיקראָמעטער, וואס איז פיר מאל אזויפיל ווי גאוסיש לייזער וועַלדינג אונטער די זעלבע באדינגונגען.

4. וואו קען מען קויפן בעסעל לענסעס?

וועוולענגט אָפּטאָ-עלעקטראָניק אָפפערט הויך-קוואַליטעט בעסעל לענסעס וואָס ווערן גענוצט אין לאַזער פּראַסעסינג אַפּלאַקיישאַנז. די טונאַביליטי פון די טיפקייַט פון פאָקוס פון די אַוטפּוט שטראַל דורך אַדזשאַסטינג די גרייס פון די אַרייַנגאַנג שטראַל דיאַמעטער איז די מערסט אַטראַקטיוו שטריך פון דעם בעסעל שטראַל אָפּטיש סיסטעם.