معالجة التداخل بالليزر

مقدمة

تتعامل الفصول السابقة في الغالب مع معالجة المواد ذات شعاع واحد من الليزر (كما هو الحال في الحفر ، القطع) أو مع حزم متعددة من مصادر ليزر مختلفة (كما في تشكيل الليزر). يمكن أن تكون طرق معالجة المواد الجديدةتم تطويره بناءً على أنماط التداخل الناتجة عن تراكب عوارض ليزر أو أكثر. تاريخيا ، كانت ظواهر التداخل وسيلة لإثبات طبيعة الموجة للضوء ووجدت عملية عملية مهمةالتطبيقات في التحليل الطيفي والقياس (من مواليد وولف 1980). في الآونة الأخيرة ، تم استخدام ظواهر التداخل للمعالجة السطحية للمواد في مجموعة واسعة من التطبيقات مثل micromachining والطبية الحيويةالتطبيقات. تعد معالجة التداخل بالليزر تقنية جديدة نسبيًا تجد استخدامًا متزايدًا في مناطق معالجة سطح المناطق الممتدة للمواد. يناقش هذا الفصل بإيجاز النظرية وتطبيقاتظواهر التداخل بالليزر في معالجة السطح للمواد.

نظرية التدخل

عندما يتم تقسيم حزمة من الضوء بواسطة جهاز مناسب إلى حزم أو أكثر يتم تراكبها لاحقًا ، تُظهر شدة منطقة التراكب التباين الفريد. شدة في منطقة التراكبيختلف من نقطة إلى نقطة بين الحد الأقصى (تجاوز مجموع الشدة في الحزم) والحد الأدنى (قد يكون صفر). يشار إلى هذا التراكب من اثنين أو أكثر من الحزم على أنه تداخل. يتم الحصول على أنماط التداخل بشكل عاممن خلال تراكب الحزم المتماسكة مع بعضها البعض. الحزم القادمة من مصادر مختلفة غير متماسكة بشكل متبادل ولا يتم ملاحظة أي تداخل بشكل عام في حالة تجريبية شائعة. ومع ذلك ، إذا كان الحزمانتنشأ من نفس المصدر ، ترتبط التقلبات في الحزمة عمومًا ويقال إن الحزم متماسكة تمامًا أو جزئيًا. إن تراكب هذه الحزم المتماسكة التي تنشأ من نفس المصدر تؤدي إلى ظهورأنماط التداخل. هناك طريقتان للحصول على عوارض من مصدر واحد: تقسيم الموجة الأمامية وتقسيم السعة. في الطريقة الأولى ، يتم تقسيم الحزمة عن طريق المرور من خلال

الشكل 11.1 الترتيب التجريبي الأساسي لمعالجة التداخل بالليزر ثنائية الشرقات.

(أعيد طبعه من دانيال وآخرون 2003. بإذن. حقوق الطبع والنشر Elsevier.)

الفتحات المجاورة. في الطريقة الأخرى ، يتم تقسيم شعاع على الأسطح العاكسة جزئيًا حيث ينعكس جزء من الضوء ويتم نقل الجزء الآخر (ولد وولف 1980). في معظم طرق معالجة التداخل بالليزر ،يتم استخدام الأجهزة البصرية مثل انقسامات الشعاع التي تقسم شعاع الضوء إلى اثنين من خلال الانعكاس جزئيا ونقل شعاع. في ترتيب مبسط ، يتكون خائن الشعاع من منظورين زجاجيتين ثلاثي اللاعبين ينضم إليهمامعا في القاعدة باستخدام راتنج مناسب. في الترتيبات الأخرى ، يمكن استخدام الأفلام الرقيقة المودعة على الأسطح الزجاجية التي تعزز الانعكاس كقائد شعاع. يقسم الخائن في مقياس التداخل شعاع الحادث إلى قسمينأشعة.

يوضح الشكل 11.1 ترتيبًا تجريبيًا نموذجيًا لمعالجة المواد باستخدام تقنية تداخل ثنائي الشرقات. العناصر المختلفة لهذا الترتيب هي مصدر الليزر ، مقياس التداخل ، وسطح التصوير (Daniel et al.2003).

تعتمد هندسة أنماط التداخل التي تشكلها تراكب الحزم المتماسكة والمستقطبة خطيًا على الطول الموجي والزاوية بين الحزم.عندما أكون شدة شعاع الليزر ، أنا الطول الموجي ، Q هي الزاوية بين الحزم ، و L هي الفترة. ينتج عن تراكب حزمين نمط تداخل مع حقل ضوء معدّل مكانيًا بكثافةالتوزيع المتأرجح بين الصفر و 4i.

11.3 قياس التداخل للمعالجة السطحية للمواد 453

الشكل 11.2 مختلف الهياكل الهندسية أحادية البعد وثنائي الأبعاد يمكن إنتاجها عن طريق تداخل ثلاثي الشعاع

أنماط بزاوية متفاوتة وشدة عوارض الليزر (أعيد طبعها من Mücklich et al. 2006. معإذن. حقوق الطبع والنشر هانسر.)

يمكن الحصول على أنماط دورية ثنائية الأبعاد وثلاثية الأبعاد عن طريق زيادة عدد الحزم. يتم إعطاء توزيع الكثافة الناتج عن تراكب أربعة عوارض بواسطة (Kondo et al. 2001).

ينتج عن تراكب أربعة عوارض نمط التداخل مع حقل الضوء المعدل ثنائي الأبعاد يتأرجح بين الصفر و 16i والدورة المساوية لـ L 2 (Kaganovskii et al. 2006). ومع ذلك ، الاستدلال مع عوارض متعددةيتطلب إعدادًا بصريًا معقدًا وغالبًا ما يكون تعديله الدقيق صعبًا.

يعرض الشكل 11.2 تخطيطيًا للهياكل الهندسية الدورية أحادية البعد وذات الأبعاد المحتملة التي تنتجها أنماط تداخل ثلاث حزم. كما هو موضح في الشكل الدوري أو أنماط DOT يمكن إنتاجها بواسطةتدخل الحزم المتعددة.

التداخل للمعالجة السطحية للمواد

كما ذكرنا سابقًا ، فإن العناصر الثلاثة المهمة لترتيب التداخل هي السطح بالليزر ، مقياس التداخل ، وسطح التصوير للمادة. في سياق المعالجة السطحية للمواد ، يحتاج كل عنصر من هذه العناصر إلىيتم إعطاؤها بعناية أثناء تصميم مقياس التداخل.