लेजर प्रसंस्करण में विभिन्न लेजर के फायदे और नुकसान

लेजर को 20 वीं शताब्दी के सबसे महान आविष्कारों में से एक माना जाता है। तीन औद्योगिक क्रांतियों के अंत के साथ, लेजर चौथी औद्योगिक क्रांति का नेतृत्व करने के लिए महत्वपूर्ण होगा। लेजर के उद्भव ने उद्योग के विकास को बहुत बढ़ावा दिया है। लेज़र अपने फायदे जैसे उच्च शक्ति, आसान फ़ोकस, हाई ब्राइटनेस, और अच्छी डायरेक्टिविटी के कारण मशीनिंग में सबसे उन्नत और व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला साधन बन गया है। लेजर प्रसंस्करण में उच्च परिशुद्धता, उच्च गति और कम लागत के फायदे हैं। इसे कंप्यूटर प्रोग्रामिंग द्वारा स्वचालित रूप से नियंत्रित किया जा सकता है। यह एक जटिल आकार के साथ संरचना को संसाधित कर सकता है। क्योंकि यह गैर-संपर्क प्रसंस्करण है, यह सामग्री को नुकसान नहीं पहुंचाएगा और सुरक्षित और विश्वसनीय है।

लेजर प्रसंस्करण का वर्गीकरण और विशेषताएं

लेजर और पदार्थ के बीच बातचीत के तंत्र के अनुसार, लेजर प्रसंस्करण को दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: लेजर थर्मल प्रसंस्करण और गैर-थर्मल प्रसंस्करण। थर्मल प्रसंस्करण और गैर-थर्मल प्रसंस्करण में उपयोग किए जाने वाले लेजर के प्रकार अलग-अलग हैं। लंबे पल्स लेजर या निरंतर लेजर का उपयोग आमतौर पर थर्मल प्रसंस्करण में किया जाता है, और अल्ट्राशॉर्ट पल्स लेजर जैसे पिकोसेकंड और फेमटोसेकंड का उपयोग आमतौर पर गैर-थर्मल प्रसंस्करण में किया जाता है।

लेजर थर्मल प्रसंस्करण सामग्री के लेजर विकिरण की प्रक्रिया में उत्पादित थर्मल प्रभाव का उपयोग करता है। विकिरणित सामग्रियों की आणविक प्रणाली को लगातार लेजर विकिरण से ऊर्जा प्राप्त करने और इसे अपनी आंतरिक ऊर्जा में बदलने की आवश्यकता होती है। विकिरणित क्षेत्र का तापमान पिघलने बिंदु और सामग्री के क्वथनांक को प्राप्त करने, पिघलने और निकालने के लिए तेजी से बढ़ता है और प्रसंस्करण के उद्देश्य को प्राप्त करता है। क्योंकि लेजर की ऊर्जा को आणविक प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तित होने में लंबा समय लगता है, इसलिए लंबे पल्स लेजर का उपयोग अक्सर थर्मल प्रसंस्करण में किया जाता है। यह प्रसंस्करण विधि सरल और प्रत्यक्ष है और व्यापक रूप से औद्योगिक विनिर्माण में उपयोग किया गया है, जैसे कि लेजर कटिंग, लेजर एडिटिव विनिर्माण, आदि। हालांकि, प्रसंस्करण में अपरिहार्य थर्मल प्रसार के कारण, लेजर थर्मल प्रसंस्करण की सटीकता और खुरदरापन सीमित है।

गैर-थर्मल प्रसंस्करण सामग्री के इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम की गड़बड़ी, इलेक्ट्रॉन अवशोषण फोटॉनों के संक्रमण और आयनीकरण के माध्यम से भौतिक और रासायनिक गुणों के माध्यम से गैर-रैखिक प्रभाव (जैसे कि नॉनलाइनियर आयनीकरण, सतह बिखरना, आदि) का उपयोग करना है। सामग्रियों को बदलने के लिए प्रेरित किया जाता है, इस प्रकार कुछ उपन्यास प्रभाव (जैसे दो-फोटोन पोलीमराइजेशन, लेजर स्व-असेंबली, आदि) की पीढ़ी की ओर जाता है, इन उपन्यास प्रभावों का उपयोग करके वृद्धि को प्राप्त करने के लिए मशीनिंग सटीकता और अनुकूलन का उद्देश्य है। क्योंकि इलेक्ट्रॉन प्रणाली और लेजर के बीच ऊर्जा विनिमय एक पल में पूरा हो सकता है, गैर-थर्मल प्रसंस्करण आमतौर पर एक अल्ट्राशॉर्ट पल्स लेजर का उपयोग करता है। इस पद्धति में उच्च परिशुद्धता और विभिन्न प्रसंस्करण विधियां हैं, जो लेजर प्रसंस्करण के क्षेत्र में अनुसंधान हॉटस्पॉट में से एक है।

पारंपरिक फेमटोसेकंड लेजर प्रसंस्करण के फायदे और नुकसान

अल्ट्रा-हाई पीक पावर और अल्ट्रा शॉर्ट पल्स पीरियड फेमटोसेकंड लेजर के दो मुख्य फायदे हैं। अल्ट्रा-हाई पीक पावर विभिन्न प्रकार के नॉनलाइनियर प्रभावों को प्रेरित करने के लिए पर्याप्त है, जो लेजर प्रसंस्करण विधियों को समृद्ध करता है। अल्ट्रा-फास्ट टाइम विशेषताओं में फीमेलोसेकंड लेजर और सामग्रियों के बीच बातचीत की प्रक्रिया भी बहुत कम होती है। लेजर विकिरण क्षेत्र द्वारा अवशोषित प्रकाश ऊर्जा को अन्य क्षेत्रों में भी स्थानांतरित नहीं किया जा सकता है, ताकि यह सुनिश्चित करने के लिए कि लेजर ऊर्जा विकिरण रेंज में सटीक रूप से जमा हो सके और अल्ट्रा-फाइन प्रोसेसिंग का एहसास कर सके।

वर्तमान में, फेमटोसेकंड लेजर का व्यापक रूप से सूक्ष्म और नैनो प्रसंस्करण के क्षेत्र में उपयोग किया गया है, जिसमें मुख्य रूप से लेजर प्रत्यक्ष लेखन और लेजर मास्क शामिल हैं। हालांकि, मशीनिंग प्रणाली की विवर्तन सीमा के कारण, सीमा के बिना लेजर विकिरण क्षेत्र को कम करना असंभव है, जो मशीनिंग सटीकता के आगे सुधार को सीमित करता है। एक ही समय में, विभिन्न सामग्रियों की अलग-अलग अरेखीय विशेषताओं के कारण, फीटोसेकंड लेजर प्रसंस्करण की सामग्री पर एक मजबूत निर्भरता है। एक ही प्रसंस्करण विधि अक्सर विभिन्न सामग्रियों के लिए अलग-अलग प्रसंस्करण प्रभाव दिखाती है।

पराबैंगनी femtosecond लेजर प्रसंस्करण के लाभ

आधुनिक उद्योग के विकास के साथ, मशीनिंग सटीकता की आवश्यकता बढ़ रही है, और लेजर मशीनिंग सटीकता को प्रभावित करने वाले मुख्य कारकों में से एक मशीनिंग प्रणाली की विवर्तन सीमा है। विवर्तन सीमा एक भौतिक पैरामीटर है जो किसी ऑप्टिकल सिस्टम की इमेजिंग या प्रसंस्करण सटीकता का वर्णन करता है। विवर्तन सीमा जितनी छोटी होती है, प्रसंस्करण सटीकता उतनी ही अधिक होती है। आम तौर पर, विवर्तन की सीमा घटना प्रकाश की तरंग दैर्ध्य के सीधे आनुपातिक होती है, इसलिए लेज़र तरंग दैर्ध्य को कम करना विवर्तन की सीमा में सुधार के लिए सबसे सीधा और प्रभावी साधन बन जाता है। उदाहरण के लिए, वर्तमान उद्योग में व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली यूवी लिथोग्राफी तकनीक लेजर तरंग दैर्ध्य को कम करके प्रसंस्करण सटीकता में सुधार करना है।

यूवी लेजर से तात्पर्य उस लेजर से है जिसकी तरंग दैर्ध्य 380 एनएम से कम है। आमतौर पर फीमेलोसेकंड लेजर (मुख्य रूप से दृश्य प्रकाश बैंड, 380 nm-760nm) में उपयोग किए जाने वाले तरंग दैर्ध्य की तुलना में, यूवी फीटोसेकेंड लेजर की प्रसंस्करण सटीकता अधिक है। एक ही समय में, पराबैंगनी फेमटोसेकंड लेजर की लघु तरंग दैर्ध्य और एक एकल फोटॉन की बड़ी ऊर्जा के कारण, फोटॉन सीधे अणुओं या परमाणुओं के बंधन बंधन को काट सकते हैं, जो मूल रूप से एक फोटोकैमिकल प्रतिक्रिया है, मूल रूप से पिघलने की घटना के बिना। थर्मल प्रभाव के प्रभाव को सीमित करना। दूसरी ओर, यूवी बैंड कई पॉलिमर का संवेदनशील बैंड है, जैसे कि फोटोरिस्ट। ये पॉलिमर अल्ट्रावॉयलेट फेमटोसेकंड लेजर के विकिरण के तहत दो-फोटॉन पोलीमराइजेशन प्रभाव का उत्पादन करेंगे, जो बहने वाली कोलाइड पॉलीमराइज़ को उच्च यांत्रिक शक्ति के साथ एक ठोस में बनाता है। प्रसंस्करण के बाद, फोटोरिस्ट को धोया जाएगा, और वांछित संरचना प्राप्त की जा सकती है। इस सिद्धांत का उपयोग करके, सुपर ठीक 3 डी संरचना प्रसंस्करण किया जा सकता है।

वेक्टर और भंवर क्षेत्रों में femtosecond मशीनिंग के लक्षण और फायदे

पारंपरिक फेमटोसेकंड लेजर प्रोसेसिंग मुख्य रूप से लेजर की ऊर्जा विशेषताओं पर केंद्रित है। सामग्री के गैर-प्रभाव को फीमेलोसेकंड लेजर क्षेत्र की अल्ट्रा-उच्च-ऊर्जा द्वारा प्रेरित किया जाता है, ताकि प्रसंस्करण के उद्देश्य को प्राप्त किया जा सके। प्रकाश और पदार्थ के बीच बातचीत की प्रक्रिया में, न केवल ऊर्जा का अवशोषण होता है, बल्कि गति का भी आदान-प्रदान होता है, जिसका अर्थ है कि नया लेज़र मोड फेमटोसेकंड प्रसंस्करण के क्षेत्र में अपने फायदे के लिए पूरा खेल दे सकता है।

वेक्टर क्षेत्र और भंवर क्षेत्र दो सबसे विशिष्ट नए लेजर मोड हैं। ध्रुवीकरण और चरण की उनकी स्थानिक सामयिक विशेषताओं में क्षेत्र के कुछ विशेष भौतिक गुण हैं। उदाहरण के लिए, वेक्टर क्षेत्र विवर्तन सीमा से परे फोकल स्पॉट में परिवर्तित हो सकता है, जो आकार में छोटा होता है, इसलिए मशीनिंग की सटीकता अधिक होती है। दूसरी ओर, क्षेत्र द्वारा किए गए फोटोन कोणीय गति स्वयं ही मामले के साथ गति का आदान-प्रदान कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, सर्पिल चरण संरचना के साथ भंवर प्रकाश क्षेत्र फोटॉन ऑर्बिटल कोणीय गति को वहन करता है, जो निश्चित अक्ष के चारों ओर घूमने के लिए कणों को ड्राइव करता है; बाएं हाथ या दाएं हाथ से गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश फोटॉन स्पिन कोणीय गति को वहन करता है, जो कणों को घुमाने के लिए प्रेरित कर सकता है; वेक्टर प्रकाश क्षेत्र जिसकी ध्रुवीकरण स्थिति स्थानिक स्थिति के साथ बदलती है, कोणीय गति के बीच बातचीत दिखा सकती है। उसी तरह, वेक्टर और भंवर क्षेत्रों की गति विशेषताओं का उपयोग फेमटोसेकंड लेजर प्रसंस्करण में भी किया जा सकता है, जैसे कि चिरल संरचनाओं को प्रेरित करने के लिए भंवर क्षेत्रों का उपयोग, जटिल पैटर्न और इतने पर प्रेरित करने के लिए वेक्टर क्षेत्रों का उपयोग।

पारंपरिक फेमटोसेकंड लेजर प्रसंस्करण के साथ तुलना में, वेक्टर और भंवर क्षेत्र फीमटोसेकंड लेजर प्रसंस्करण जो कि उच्च-शक्ति पराबैंगनी लेजर प्रणाली द्वारा नियंत्रणीय स्थान-समय विशेषताओं के साथ निर्मित होता है, प्रसंस्करण संरचना को विविध और जटिल बनाता है। प्रकाश क्षेत्र के चरण और ध्रुवीकरण वितरण को डिजाइन करके, हम विभिन्न प्रकार के सतह पैटर्न और यहां तक ​​कि जटिल त्रि-आयामी टोपोलॉजी प्राप्त कर सकते हैं। टाइम-डोमेन प्रकाश आवृत्ति प्रौद्योगिकी और स्पेस-टाइम फ़ोकसिंग तकनीक के साथ संयुक्त डोमेन और फ़्रीक्वेंसी डोमेन में अल्ट्राफास्ट लेजर पल्स को मॉडिफाई करने के लिए फीमोटोसेकंड लेजर पल्स शेपिंग तकनीक का उपयोग करना, और विभिन्न सामग्रियों में तीन आयामी माइक्रो-नैनो प्रसंस्करण और व्यावहारिक अनुप्रयोग का एहसास करना। । इन प्रौद्योगिकियों से नए एकीकृत प्रकाशिकी और माइक्रो नैनो-ऑप्टिक्स में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाने की उम्मीद है।

पराबैंगनी, वेक्टर और भंवर femtosecond प्रकाश क्षेत्रों के लाभ और संभावित अनुप्रयोग

उद्योग के निरंतर विकास के साथ, पारंपरिक फेमटोसेकंड लेजर प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी बढ़ती औद्योगिक मांग को पूरा नहीं कर सकती है, इसलिए इसे विकसित और अनुकूलित किया जाना चाहिए। यूवी फेमटोसेकंड लेजर प्रोसेसिंग तकनीक प्रसंस्करण सटीकता में सुधार करने का एक प्रभावी तरीका है और औद्योगिक विनिर्माण में महान अनुप्रयोग मूल्य है। वेक्टर और भंवर क्षेत्र की फेमटोसेकंड लेजर प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी ने पारंपरिक एकल प्रसंस्करण मोड को बदल दिया है, जिससे लेजर प्रसंस्करण अधिक लचीला और विविध हो गया है। इसके अलावा, यूवी वेक्टर और भंवर femtosecond लेजर प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी भी प्रकाश और पदार्थ के बीच बातचीत के सिद्धांत का अभ्यास और सत्यापन है, जो गहरे भौतिक तंत्र को प्रकट करने में सहायक है और इसका सकारात्मक वैज्ञानिक महत्व है।