观察激光相互作用的新方法可以改善基于激光的制造

激光测量孔

(左下角)激光在材料中形成一个孔。(左上)测量激光的注量。(右下方)测量流量和孔深度叠加。(右上方)然后确定这些测量之间的关系,使得可以仅基于注量来计算孔深度。信用:©2021 sakurai等。

尽管过去几十年里对激光及其应用进行了大量的研究,但几乎没有什么方法可以准确、有效、直接地观察它们与材料相互作用的细节。研究人员首次发现了一种从生产激光中获取此类数据的方法,这种方法使用的低成本设备可以极大地改善激光准确性用激光切割或蚀刻的物品。鉴于激光器的无处不在,这可能在实验室,商业和工业应用中具有广泛的影响。

激光在现代世界的应用非常广泛。其中一个尤其重要的领域是制造业,原因是激光操作的精度远高于同等物理工具。然而,从理论上讲,这种精确度甚至可能更高,从而产生新一代尚未想象到的技术。不过,仍有一些障碍需要克服。提高激光精度的一个重要方法是,是否有更好的方法来获得激光与材料相互作用的反馈。这样,将有更大的控制和更少的不确定性的切割和蚀刻行动的生产激光。到目前为止,这个问题已经被证明是难以解决的。

“为了测量表面进入光泽,激光已经切割通常需要数十或数百个深度读数。这是快速,自动化激光的生产系统的大量障碍,“东京大学物理系Junji Yumoto教授说。“所以我们设计了一种新的方法来确定和预测基于单个观察而不是数百个由单个观察而产生的激光脉冲产生的孔的深度。这一发现是提高激光加工可控性方面的重要一步。“

Yumoto和他的团队想知道如何使用可能的信息量最小的信息来确定激光孔的深度。这导致它们看起来称为激光脉冲的流量,这是脉冲在给定区域上传递的光学能量。直到最近,需要昂贵的成像装置来观察这种注量,这通常缺乏足够的分辨率。但由于其他领域的电子和光学领域的发展,一个相对简单的覆盆子PI相机版本为这项工作已经证明了充足。

当他们的测试激光设备在蓝宝石上制造孔时,相机直接记录激光脉冲的流量分布。然后激光显微镜测量孔形状。通过叠加这两种结果并使用一些现代数值方法,该团队产生了一种大型可靠的数据集,可以准确地告诉您流量和孔深度之间的关系。

“这将与单一测量中的约250,000个数据点的提取相对应,”Yumoto表示。“我们的新方法可以有效为机器学习和新的数值模拟方法提供大数据,以提高制造激光加工的准确性和可控性。”

参考文献:Haruyuki Sakurai、Kuniaki Konishi、Hiroharu Tamaru、Junji Yumoto和Makoto Kuwata-Gonokami于2021年3月29日发表的《局部通量与单脉冲超短激光对消融形态的直接相关性》,通信材料
DOI:10.1038 / s43246-021-00138-x

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