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从微型锯到纳米钻:激光脉冲可化身为工业级加工工具

  据外媒报道,利用空间结构的超短激光脉冲可以实现亚微米尺度的工业级材料加工。如果光在时间和空间中强烈集中进而引发极高的光子密度,那么它可以跟所有可能的材料相互作用。通过使用这些超短激光聚焦,即使是透明材料也可以被改性,即使它们通常不会相互作用。

  短而聚焦的激光脉冲可以克服这种透明度并允许能量实现完全无接触沉积。材料对辐射的确切反应可能非常不同,从边缘折射率变化到需要疏散整个地区的破坏性微尺度爆炸。

  使用激光脉冲进行光学加工可以实现同等多样化的材料改性,如使用相同的激光系统进行分离或连接。由于极短的曝光时间和低热扩散度,邻近区域完全不受影响,进而使得真正的微米尺度材料加工成为可能。

  在Daniel Flamm等人提出的“超快激光微纳米和纳米加工的结构光”中,多种概念被展示用来操控激光在焦点上的空间分布从而能特别有效地应用工业上适用的加工策略。例如,定制的无衍射光束由全息轴产生,其可以用单次通道和高达每秒一米的进给速度来修改毫米尺度的玻璃片。这一概念在 曲面 衬底上的应用以及基于激光的玻璃管切割技术的发展是一个突破性进展。医疗工业长期以来则一直需要这种能力来制造注射器、小瓶和安瓿等玻璃物品。加工后的表面具有优良的边缘品质、无微小碎片进而能够满足消费者和医疗行业的需求。

  本文还演示了一个新引入的3D分束器概念的潜力。在这里,原始焦点的13个相同副本分布在使用单一聚焦目标的三维工作容器中,服务于增加焊缝的有效体积。利用横向泵浦探针显微镜直接测量了材料对脉冲的响应,研究人员确认了13个独立吸收区成功的能量沉积。所进行的实验代表了基于结构光概念的三维并行处理的一个主要例子及通过利用高功率、超短脉冲激光系统的性能证明了吞吐量的增加。

  液晶显示器的广泛可及性及其在全息术光束整形中的应用也引导材料加工界采用结构光的概念。然而这些方法还没有转化为工业处理,主要是因为这些显示器不能处理高光功率和能量以及构建数字全息图所需的高编程工作量。

  不过这篇研究论文带来了这方面的重大进展。在双照明的概念下,液晶显示器对照明光场的振幅和相位进行调制。通过应用数字振幅掩模可以生成任意的强度轮廓,这有利于形成高空间频率、精细的金属掩模。由于研究中提出的调整的平顶强度剖面生成并没有使用复杂的傅立叶编码策略,这使得这一概念有希望成为未来数字光学处理头的候选。

  【来源:cnBeta.COM】

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