Ad simul materias utrinque interfaciei liquefaciendas et nexum microregionis magnae firmitatis constituendum, punctum focale laseris accurate in exemplum dirigendum est, quod severissimas postulationes in accuratione processus systematis soldadurae imponit. Praeterea, propter magnum gradientem intensitatis axialis fasciculi Gaussiani post concentrationem, temperatura campi focalis inaequalis est, ita ut pronus sit ad formanda defectus micro- et nano-vacui in regione lasere affecta, quod vicissim qualitatem soldadurae exempli afficit.
Technologia formationis lucis spatialis adhiberi potest ad generandos radios Bessel ordinis zero ut distributio intensitatis campi focalis laseris optimizetur. Haec methodus gradientem intensitatis axialis minuit et longitudinem focalem extendit, ita rationem profunditatis ad latitudinem regionis effectus thermalis a lasere formatae augens. Proinde, requisita accuratiae focalisationis systematis soldadurae laseris minuit, qualitatem et efficaciam soldadurae emendans.
1. Generatio et Designatio Parametrorum Trabium Bessel Non Diffractantium
Anno MCMLXXXVII, Durnin primus fasciculum Bessel ordinis zero proposuit, qui proprietates singulares non-diffractantes ostendit: distributio intensitatis campi lucis transversi immutata manet per propagationem, et magnitudo maculae centralis semper prope limitem diffractionis est. Praeterea, fasciculi Bessel etiam proprietatem sui ipsius sanationis per propagationem exhibent. Cum macula centralis obstruitur, lux circumdans versus centrum converget ad maculam centralem "reparandam". Expressio mathematica pro distributione campi lucis transversi fasciculi Bessel ordinis zero est:
In expressione:
- J₀ functionem Bessel ordinis zero repraesentat.
- r et φ sunt elementa coordinatarum radialium et angularium, respective.
- z est distantia propagationis.
- Kr et Kz sunt elementa vectoris undarum transversalis et longitudinalis respective.
Macula principalis centralis trabis Bessel ordinis zero facultatem continendi validam habet, permittentes gradus irradiationis ordinis TW/cm² vel maiores, qui absorptionem nonlinearem in materiis efficaciter excitare possunt. Magis autem interest quod proprietas propagationis non diffractivae trabium Bessel ordinis zero maiorem profunditatem foci et minorem gradientem intensitatis axialis praebet, ita campum temperaturae fere uniformem creans et formationem vitiorum soldadurae supprimens.
Figura sequens comparationem longitudinis focalis radiorum Bessel et radiorum Gaussianorum sub eadem capacitate coertionis transversalis ostendit. Radii Bessel profunditatem foci considerabilem habent, diametro maculae focalis transversae micron-secundum servantes.
Complures modi sunt generandi fasciculos Bessel ordinis zero, et hae tres principales modi communes sunt:
Methodus Aperturae Annularis: Methodus aperturae annularis, ut nomen indicat, fissura annulari ad radios Bessel producendos utitur. Haec etiam prima methodus prospera ad radios Bessel generandos fuit. Diagramma infra methodum aperturae annularis ad radios Bessel generandos illustrat. Unda plana perpendiculariter in fissuram annularem a sinistra incidit et diffractio fit.
Deinde, lens positiva transformationem Fourier perficit, quae efficit ut fasciculus Bessel post lentem formetur. Distantia propagationis non diffractiva Zmax diametro d fissurae annularis et apertura numerica lentis coniungitur.
Quamquam haec methodus fasciculos Bessel ordinis zero generare potest, efficientia conversionis energiae infima est, ita ut applicatio in campis processus laserici difficilis sit.
Methodus Modulatoris Lucis Spatialis: Processus generationis fasciculi Bessel ordinis zero essentialiter processus mutationis distributionis phasis fasciculi est. Ergo, fasciculus Bessel ordinis zero etiam generari potest utens modulatore lucis spatiali. Modulator lucis spatialis est genus instrumenti modulationis optoelectronicae quod intensitatem et distributionem phasis campi lucis per signa electrica moderatur. Fasciculus Bessel ordinis zero generari potest applicando phasem lentis conicae, ut in figura infra monstratur, ad tabulam operantem modulatoris lucis spatialis.
Methodus Axiconis: Axicon est unum ex elementis diffractivis passivis vitreis usitatissimis ad generandos radios Bessel. Cum radius Gaussianus normaliter in axiconem incidit et per eum transit, distributio phasis eius modulatur, eum transformans in radium Bessel ordinis zero sine ulla iactura energiae, ut in figura infra demonstratur.
Ob pretium vile, facilitatem usus, et limen damni laseris altum axiconorum vitreorum, necnon efficaciam usus energiae exceptionaliter altam, axicona sunt electio primaria ad generandos fasciculos Bessel pulsus brevissimos in campo processus laseris. Figura infra schema ostendit coarctationis et transmissionis fasciculi Bessel ordinis zero. Adaptando amplificationem et orientationem systematis imaginandi 4f, distantia propagationis non diffractiva, angulus semiconi, et angulus inclinationis in directione propagationis fasciculi Bessel facile regi possunt.
Cum fasciculus Bessel ordinis zero cum angulo semiconi Ɵ1 et distantia propagationis sine diffractione Zmax per systema 4f ex lente (L1) et lente obiectiva (L2) compositum transit, dimensiones geometricae ulterius comprimuntur. Amplificatio lateralis est circiter M=f1/f2=5, et amplificatio longitudinalis est circiter M2=25. Ergo, imago finalis fasciculi Bessel ordinis zero intra specimen repraesentari potest per parametros geometricos:
Parametri geometrici fasciculi Bessel intra specimen vitri quarzosi sub variis angulis coni et magnificationibus compressionis fasciculi depicti.
| angulus apicis axialis α (°) | Radius fasciculi ingressus d(mm) | (um) | M=f1/f2 | Ɵ2 (°) | Zmax2 | |
| 0.5 | 3.8 | 1.03 | 20 | 3.1 | 3504 | 10.04 |
| 0.5 | 3.8 | 1.03 | 30 | 4.7 | MDLV | 6.7 |
| 0.5 | 3.8 | 1.03 | 40 | 6.2 | DCCCLXXIII | 5.02 |
| 0.5 | 3.8 | 1.03 | 50 | 7.8 | 558 | 4.02 |
| 1 | 3.8 | 1.03 | 20 | 6.2 | MDCCXLVII | 5.02 |
| 1 | 3.8 | 1.03 | 30 | 9.3 | DCCCLXXII | 3.36 |
| 1 | 3.8 | 1.03 | 40 | 12.4 | 432 | 2.52 |
| 1 | 3.8 | 1.03 | 50 | 15.5 | 274 | 2.04 |
| 2.5 | 3.8 | 1.03 | 20 | 15.5 | DCCLXXXIV | 2.04 |
| 2.5 | 3.8 | 1.03 | 30 | 23.3 | 294 | 1.38 |
| 2.5 | 3.8 | 1.03 | 40 | 38.83 | 94.4 | 0.86 |
Distributio intensitatis campi focalis radiorum Bessel
- r et z: Partes coordinatarum radialis et axialis, respective.
- λ: Longitudo undae centralis laseris.
- w: radius 1/e² radiorum Gaussiani incidentium.
- P0: Potentia maxima laseris impulsus brevissimi.
- β1: Angulus semiconi trabis Bessel post compressionem trabis.
- k: Vector undae.
- J0: Functio Besseliana ordinis zero.
Distributio intensitatis fasciculi Bessel ordinis zero intra vitrum quartzosum: A sinistra sunt distributio densitatis potentiae opticae secundum directionem propagationis et prospectus sectionis transversalis, a dextra autem sunt distributio densitatis potentiae opticae secundum axem et prospectus sectionis transversalis.
2. Characteres Fasciculi Bessel Pulsus Femtosecundarii in Vitro Siliceo Fuso
Figura (a) micrographas interactionis inter fasciculos Bessel pulsatiles femtosecundarios et vitrum siliceum fusum sub diversis energiis pulsatilibus ostendit. Latitudo pulsatilitatis laseris fixa est ad 220 fs, et angulus semiconi fasciculi Bessel intra specimen est 12.4°. Observari potest regionem lasere affectam structuram linearem unidimensionalem typicam exhibere. Cum energia pulsatilitatis laseris minor est quam 9.5 μJ, index refractionis materiae in regione focali augetur, ut regio nigra in micrographa apparens.
Cum energia impulsuum laseris 9.5 μJ excedit, index refractionis materiae in regione focali decrescit, ut regio alba in micrographia apparens, et longitudo regionis albae cum crescente energia impulsuum crescit. Poliendo exemplum, notas morphologicas regionis albae ad energiam impulsuum 15.4 μJ sub microscopio electronico perlustrante observavimus, ut in Figura (b) demonstratur. Concludi potest nanoporum diametro circiter 200 nm in regione cum indice refractionis reducto formari.
Per corrosionem fasciculi ionici et observationem microscopii electronici in situ, praesentiam nanopori ulterius confirmavimus (Figura c). Quapropter, ut generatio vitiorum laser-inductorum minuatur, energia pulsus singularis non excedere debet 9.5 μJ durante soldadura laserica.
3. Micro-soldatura altae qualitatis inter vitra silicae fusae utens lasere impulsuum ultrabrevium Bessel adhibito.
Figura (a) micrographiam superficiei suturae exempli e conspectu superiore ostendit. Videtur lineam suturae lasericae uniformem et lenem esse. Quamquam nonnulla vitia micropororum in area suturata fortuito distributa adhuc exstant, in universum, linea suturae lasericae Gaussiana significanter melior est. Mensurae ostendunt latitudinem lineae suturae circiter 18 μm esse, et spatium inter lineas suturae 40 μm esse. Figura (b) micrographiam lateralem lineae suturae exempli ostendit.
Parere potest hiatum inter exempla post processum lasericum omnino evanescere, et materiam prope interfaciem in unum corpus coalescere postquam processum fusionis-refrigerationis thermalis subiit. Mensurae ostendunt profunditatem regionis fusionis thermalis lasere inductae usque ad 227 μm pervenire. Hoc indicat, durante soldadura laserica his parametris, profunditatem axialem positionis focalis usque ad 227 μm pervenire posse, quod quadruplum est altiorem quam soldadura laserica Gaussiana sub eisdem condicionibus.
4. Ubi lentes Bessel emere possumus?
Societas Opto-Electronic secundum longitudinem undae lentes Bessel optimae qualitatis offert, quae in applicationibus lasericis adhibentur. Adaptatio profunditatis foci radiorum emissorum per adaptationem magnitudinis diametri radiorum ingressorum est proprietas pulcherrima huius systematis optici radiorum Bessel.
| Numerus Partis | Longitudo undae (nm) | Distantia Operativa (mm) | Diametros Maximus Fasciculi Input (mm) | Profunditas Focus Designata (mm) | Longitudo Totalis (mm) |
|---|---|---|---|---|---|
| BESL-355-D10-T1 | 355 | 15.50 | 10 | 1.0 | 377.00 |
| BESL-532-10-D10 | 532 | 11.86 | 10 | 1.5 | 202.84 |
| BESL-1064-D10-T2 | 1064 | 10.80 | 10 | 2.0 | 238.00 |
| BESL-1064-D20-T12 | 1064 | 15.00 | 20 | 12.0 | 315.05 |
Tempus publicationis: Oct-X-MMXXIV