Laserinterferenzverarbeitung

Einführung

Vorherige Kapitel befassen sich hauptsächlich mit der Verarbeitung von Materialien mit einem einzigen Laserstrahl (wie beim Bohren, Schneiden) oder mit mehreren Strahlen aus verschiedenen Laserquellen (wie bei der Laserformung). Neue Materialverarbeitungsmethoden können seinentwickelt basierend auf den Interferenzmustern, die durch die Überlagerung von zwei oder mehr Laserstrahlen erzeugt werden. Historisch gesehen waren Interferenzphänomene das Mittel, um die Wellen Natur des Lichts zu etablieren und signifikant praktisch zu findenAnwendungen in Spektroskopie und Metrologie (geboren und Wolf 1980). In jüngster Zeit wurden die Interferenzphänomene für die Oberflächenverarbeitung von Materialien in einer Vielzahl von Anwendungen wie Mikromaschinierung und BiomedizinAnwendungen. Die Laserinterferenzverarbeitung ist eine relativ neue Technik, die in den Bereichen der Oberflächenverarbeitung von Materialien erweiterter Materialien erhöht wird. In diesem Kapitel wird kurz die Theorie und die Anwendungen von erörtertLaserinterferenzphänomene bei der Oberflächenverarbeitung von Materialien.

Theorie der Interferenz

Wenn ein Lichtstrahl durch einen geeigneten Apparat in zwei oder mehr Strahlen unterteilt wird, die anschließend überlistet, zeigt die Intensität im Bereich der Überlagerung die einzigartige Variation. Die Intensität in der Region der Überlagerungvariiert von Punkt zu Punkt zwischen der Maxima (überschreitet die Summe der Intensitäten in den Strahlen) und der Minima (kann Null sein). Diese Überlagerung von zwei oder mehr Strahlen wird als Interferenz bezeichnet. Interferenzmuster werden im Allgemeinen erhaltendurch die Überlagerung von Strahlen, die miteinander kohärent sind. Die aus verschiedenen Quellen stammenden Strahlen sind gegenseitig inkohärent und es wird im Allgemeinen keine Interferenz unter gemeinsamem experimentellem Zustand beobachtet. Wenn die beiden Strahlen jedochAus derselben Quelle stammen, die Schwankungen im Strahl sind im Allgemeinen korreliert und die Strahlen sollen vollständig oder teilweise kohärent sind. Die Überlagerung solcher kohärenten Strahlen, die aus derselben Quelle stammenInterferenzmuster. Es gibt zwei Methoden, um Strahlen aus einer einzelnen Quelle zu erhalten: Teilung der Wellenfront und der Aufteilung der Amplitude. Bei der ersten Methode wird ein Strahl durch Durchgang durchlaufen

Abb. 11.1 Die grundlegende experimentelle Anordnung für die Verarbeitung von Laserinterferenzen mit zwei Strahlen.

(Nachdruck von Daniel et al. 2003. Mit Erlaubnis. Copyright Elsevier.)

Benachbarte Öffnungen. Bei der anderen Methode wird ein Strahl durch teilweise reflektierende Oberflächen geteilt, auf denen ein Teil des Lichts reflektiert wird und der andere Teil übertragen wird (Born and Wolf 1980). In den meisten Verarbeitungsmethoden für Laserinterferenz,,Es werden optische Geräte wie Strahlteiler verwendet, die einen Lichtstrahl in zwei Teile teilen, indem ein Strahl teilweise reflektiert und übertragen wird. In einer vereinfachten Anordnung besteht ein Strahlsplitter aus zwei dreieckigen Glasprismen, die verbunden sindzusammen mit geeignetem Harz an der Basis. In anderen Arrangements können dünne Filme, die auf Glasoberflächen abgelagert sind, die das Reflexionsvermögen verbessern, als Strahlteiler verwendet werden. Ein Strahlsplitter in einem Interferometer teilt einen einfallenden Strahl in zwei Teile aufBalken.

Die typische experimentelle Anordnung für die Materialverarbeitung unter Verwendung der Zweistrahl-Interferenztechnik ist in Abb. 11.1 dargestellt. Die verschiedenen Elemente dieser Anordnung sind die Laserquelle, die Interferometer und die Bildgebungsfläche (Daniel et al.2003).

Die Geometrie der Interferenzmuster, die durch die Überlagerung von zwei oder kohärenten und linear polarisierten Strahlen gebildet werden, hängt von der Wellenlänge und dem Winkel zwischen den Strahlen ab.Wo ich die Intensität eines Laserstrahls ist, ist ich die Wellenlänge, q ist der Winkel zwischen den Strahlen und l ist die Periode. Die Überlagerung von zwei Strahlen erzeugt ein Interferenzmuster mit räumlich moduliertem Lichtfeld mit IntensitätVerteilung zwischen Null und 4i.

11.3 Interferometrie zur Oberflächenverarbeitung von Materialien 453

Abb. 11.2 verschiedene mögliche eindimensionale und zweidimensionale geometrische Strukturen, die durch Drei-Strahl-Interferenz erzeugt werden können

Muster durch unterschiedliches Winkel und Intensität von Laserstrahlen (nachgedruckt von Mücklich et al. 2006. mitErlaubnis. Urheberrecht Hanser.)

Zweidimensionale und dreidimensionale periodische Muster können durch Erhöhen der Anzahl der Strahlen erhalten werden. Die durch die Überlagerung von vier Strahlen resultierende Intensitätsverteilung ist gegeben durch (Kondo et al. 2001).

Die Überlagerung von vier Strahlen erzeugt das Interferenzmuster mit zweidimensionalem moduliertem Lichtfeld, das zwischen Null und 16i und der Periodizität von L 2 oszillieren (Kaganovskii et al. 2006). Inferenz mit mehreren Strahlen jedochErfordert ein kompliziertes optisches Aufbau und seine genaue Anpassung ist oft schwierig.

Abbildung 11.2 zeigt das Schema der möglichen eindimensionalen und zweidimensionalen periodischen geometrischen Strukturen, die durch Drei-Strahl-Interferenzmuster erzeugt werden. Wie in der Abbildung angegeben, können periodische Linien- oder Punktmuster durch erzeugt werden vonEinmischung der mehreren Strahlen.

Interferometrie zur Oberflächenverarbeitung von Materialien

Wie bereits erwähnt, sind die drei wichtigen Elemente der Interferenzanordnung der Laser-, Interferometer- und Bildgebietsoberfläche des Materials. Im Zusammenhang mit der Oberflächenverarbeitung von Materialien muss jedes dieser Elementewährend des Entwurfs von Interferometer sorgfältig berücksichtigt werden.