Elaborazione delle interferenze laser

introduzione

I capitoli precedenti si occupano principalmente della lavorazione di materiali con un singolo raggio di laser (come nella perforazione, il taglio) o con raggi multipli da diverse fonti laser (come nella modellatura del laser). Possono essere nuovi metodi di elaborazione dei materialiSviluppato in base ai modelli di interferenza prodotti dalla sovrapposizione di due o più raggi laser. Storicamente, i fenomeni di interferenza sono stati i mezzi per stabilire la natura d'onda della luce e hanno trovato pratico significativoApplicazioni in spettroscopia e metrologia (Born and Wolf 1980). Recentemente, i fenomeni di interferenza sono stati utilizzati per l'elaborazione superficiale dei materiali in una vasta gamma di applicazioni come micromachining e biomedicoapplicazioni. L'elaborazione delle interferenze laser è una tecnica relativamente nuova che trova un aumento dell'utilizzo nelle aree di elaborazione superficiale dell'area estesa dei materiali. Questo capitolo discute brevemente la teoria e le applicazioni diFenomeni di interferenza laser nella lavorazione superficiale dei materiali.

Teoria dell'interferenza

Quando un raggio di luce è diviso per un apparato adatto in due o più raggi che sono successivamente sovrapposti, l'intensità nella regione di sovrapposizione mostra la variazione unica. L'intensità nella regione di sovrapposizionevaria da un punto all'altro tra i massimi (superando la somma delle intensità nei raggi) e i minimi (può essere zero). Questa sovrapposizione di due o più travi viene definita interferenza. I modelli di interferenza sono generalmente ottenutidalla sovrapposizione di raggi che sono coerenti tra loro. I raggi provenienti da diverse fonti sono reciprocamente incoerenti e non si osserva generalmente alcuna interferenza in condizioni sperimentali comuni. Tuttavia, se le due traviOriginano dalla stessa fonte, le fluttuazioni nel raggio sono generalmente correlate e si dice che i raggi siano completamente o parzialmente coerenti. La sovrapposizione di tali raggi coerenti provenienti dalla stessa fonte dà origine aschemi di interferenza. Esistono due metodi per ottenere raggi da una singola fonte: divisione del fronte d'onda e divisione di ampiezza. Nel primo metodo, un raggio è diviso per passaggio attraverso

Fig. 11.1 La disposizione sperimentale di base per l'elaborazione delle interferenze laser a due fasce.

(Ristampato da Daniel et al. 2003. Con il permesso. Copyright Elsevier.)

Aperture adiacenti. Nell'altro metodo, un raggio è diviso per riflettere parzialmente superfici in cui una parte della luce viene riflessa e l'altra parte viene trasmessa (Born e Wolf 1980). Nella maggior parte dei metodi di elaborazione delle interferenze laser,Vengono utilizzati dispositivi ottici come splitter a fascio che hanno diviso un raggio di luce in due riflettendo parzialmente e trasmettendo un raggio. In una disposizione semplificata, uno splitter di raggio è costituito da due prismi di vetro triangolare che sono unitiinsieme alla base usando resina adatta. In altre disposizioni, i film sottili depositati su superfici di vetro che migliorano la riflettività possono essere utilizzati come splitter di raggio. Uno splitter di raggio in un interferometro divide un raggio incidente in dueraggi.

La tipica disposizione sperimentale per l'elaborazione dei materiali mediante tecnica di interferenza a due fasce è mostrata in Fig. 11.1. I vari elementi di questa disposizione sono la sorgente laser, l'interferometro e la superficie di imaging (Daniel et al.2003).

La geometria dei modelli di interferenza formati dalla sovrapposizione di due o più raggi potenti e linearmente polarizzati dipende dalla lunghezza d'onda e dall'angolo tra i raggi.Dove sono l'intensità di un raggio laser, i è la lunghezza d'onda, Q è l'angolo tra i raggi e L è il periodo. La sovrapposizione di due raggi produce un modello di interferenza con campo luminoso modulato spazialmente con intensitàdistribuzione oscillante tra zero e 4i.

11.3 Interferometria per l'elaborazione superficiale dei materiali 453

Fig. 11.2 Varie strutture geometriche monodimensionali e bidimensionali che possono essere prodotte dall'interferenza a tre raggi

Modelli per angolo variabile e intensità dei raggi laser (ristampato da Mücklich et al. 2006. conautorizzazione. Copyright Hanser.)

I modelli periodici bidimensionali e tridimensionali possono essere ottenuti aumentando il numero di raggi. La distribuzione dell'intensità risultante dalla sovrapposizione di quattro raggi è data da (Kondo et al. 2001).

La sovrapposizione di quattro raggi produce il modello di interferenza con un campo di luce modulato bidimensionale oscillante tra zero e 16i e periodicità pari a L 2 (Kaganovskii et al. 2006). Tuttavia, inferenza con più traviRichiede una complicata configurazione ottica e il suo adeguamento preciso è spesso difficile.

La Figura 11.2 presenta lo schema delle possibili strutture geometriche periodiche monodimensionali e twodimensionali prodotte da modelli di interferenza a tre raggi. Come indicato nella figura di linea periodica o modelli di punti possono essere prodottiinterferenza dei raggi multipli.

Interferometria per la lavorazione superficiale dei materiali

Come accennato in precedenza, i tre elementi importanti della disposizione delle interferenze sono il laser, l'interferometro e la superficie di imaging del materiale. Nel contesto della trasformazione superficiale dei materiali, ciascuno di questi elementi deveessere tenuto in considerazione durante la progettazione dell'interferometro.