Modhanna Dearaidh Bhíoma Bessel

Chun na hábhair ar an dá thaobh den chomhéadan a leá ag an am céanna agus nasc micrea-réigiún ard-neart a bhunú, ní mór pointe fócais an léasair a dhíriú go beacht ar an sampla, rud a chuireann éilimh dhian ar chruinneas próiseála an chórais táthúcháin. Ina theannta sin, mar gheall ar an ngrádán déine aiseach mór den bhíoma Gaussach tar éis díriú, bíonn teocht an réimse fócais míchothrom, rud a fhágann go bhfuil sé seans maith lochtanna micrea- agus nana-folúntais a fhoirmiú sa réigiún atá buailte ag an léasar, rud a théann i bhfeidhm ar cháilíocht táthúcháin an tsampla.

Is féidir teicneolaíocht mhúnlaithe solais spásúil a úsáid chun bhíomaí Bessel den ord nialasach a ghiniúint chun dáileadh déine réimse fócasach an léasair a bharrfheabhsú. Laghdaíonn an cur chuige seo an grádán déine aiseach agus síneann sé an fad fócasach, rud a mhéadaíonn an cóimheas doimhneachta-le-leithead den réigiún éifeacht theirmeach a chruthaíonn an léasar. Mar thoradh air sin, laghdaíonn sé riachtanais chruinneas fócais an chórais táthúcháin léasair, rud a fheabhsaíonn cáilíocht agus éifeachtúlacht an táthúcháin araon.

1. Giniúint agus Dearadh Paraiméadair Bhíomaí Bessel Neamh-Dhifreála

Sa bhliain 1987, mhol Durnin an chéad bhíoma Bessel den ord nialasach, a léiríonn airíonna uathúla neamh-dhífreáilte: fanann a dháileadh déine réimse solais trasnach gan athrú le linn iomadú, agus bíonn méid an phointe lárnaigh i gcónaí gar don teorainn difreáilte. Ina theannta sin, taispeánann bhíomaí Bessel airí féinleighis le linn iomadú. Nuair a chuirtear bac ar an spota lárnach, comhtháthóidh an solas máguaird i dtreo an ionaid chun an spota lárnach a "dheisiú". Is é an abairt mhatamaiticiúil do dháileadh réimse solais trasnach bhíoma Bessel den ord nialasach ná:

Sa léiriú:

• Léiríonn J0 an fheidhm Bessel den ord nialasach.
• Is iad r agus φ na heilimintí comhordanáide gathacha agus uilleacha, faoi seach.
• Is é z an fad iomadúcháin.
• Is iad Kr agus Kz na heilimintí veicteora tonnta trasnacha agus fadaimseartha, faoi seach.

Tá cumas láidir teorannaithe ag príomhspota lárnach bhíoma Bessel den ord nialasach, rud a cheadaíonn leibhéil radaíochta de TW/cm² nó níos airde, rud a fhéadann ionsú neamhlíneach a spreagadh go héifeachtach in ábhair. Níos tábhachtaí fós, soláthraíonn tréith iomadúcháin neamh-dhifreálach bhíomaí Bessel den ord nialasach doimhneacht fócais níos mó agus grádán déine aiseach níos lú, rud a chruthaíonn réimse teochta beagnach aonfhoirmeach agus a chuireann cosc ​​ar fhoirmiú lochtanna táthúcháin.

Taispeánann an figiúr seo a leanas comparáid idir fad fócasach bhíomaí Bessel agus bhíomaí Gaussacha faoin gcumas teorannaithe trasnach céanna. Tá doimhneacht fócais shuntasach ag bhíomaí Bessel agus trastomhas spota fócasach trasnach ar leibhéal micrón á choinneáil acu.

Tá roinnt modhanna ann chun bíomaí Bessel den ord nialasach a ghiniúint, agus is iad na trí phríomh-mhodh seo a leanas is coitianta:

Modh an Chró fáinneach: Mar a thugann an t-ainm le fios, baintear úsáid as scoilt fáinneach chun bíomaí Bessel a tháirgeadh leis an modh cró fáinneach. Ba é seo an chéad mhodh rathúil freisin chun bíomaí Bessel a ghiniúint. Léiríonn an léaráid thíos an modh cró fáinneach chun bíomaí Bessel a ghiniúint. Tagann tonn phlána go hingearach ar an scoilt fáinneach ón taobh clé agus tarlaíonn difreaction.

Ina dhiaidh sin, déanann lionsa dearfach claochlú Fourier, rud a fhágann go bhfoirmítear bhíoma Bessel taobh thiar den lionsa. Tá an fad iomadúcháin neamh-dhifreálach Zmax gaolmhar le trastomhas d an sliotáin fáinneach agus cró uimhriúil an lionsa.

Cé gur féidir leis an modh seo bhíomaí Bessel den ord nialas a ghiniúint, tá an éifeachtúlacht chomhshó fuinnimh thar a bheith íseal, rud a fhágann go bhfuil sé deacair a chur i bhfeidhm i réimsí próiseála léasair.

Modh Modhnóra Solais Spásúil: Is próiseas é próiseas giniúna bhíoma Bessel nial-ord chun dáileadh céime an bhíoma a athrú go bunúsach. Dá bhrí sin, is féidir bhíoma Bessel nial-ord a ghiniúint freisin trí mhodhnóir solais spásúil a úsáid. Is cineál gléas modhnúcháin optúileictreonaigh é modhnóir solais spásúil a rialaíonn déine agus dáileadh céime an réimse solais trí chomharthaí leictreacha. Is féidir bhíoma Bessel nial-ord a ghiniúint tríd an gcéim lionsa cónúil, mar a thaispeántar sa fhigiúr thíos, a chur i bhfeidhm ar phainéal oibre an mhodhnóra solais spásúil.

Modh aiseachóin: Tá aiseachóin ar cheann de na heilimintí difractacha gloine-bhunaithe éighníomhacha is coitianta a úsáidtear chun bhíomaí Bessel a ghiniúint. Nuair a bhíonn bhíoma Gaussach ag teacht de ghnáth ar aiseachóin agus ag dul tríd, modhnaítear a dháileadh céime, rud a chlaochlaíonn ina bhíoma Bessel den ord nialasach é gan aon chaillteanas fuinnimh, mar a thaispeántar sa fhigiúr thíos.

Mar gheall ar an gcostas íseal, an éascaíocht úsáide, agus an tairseach ard damáiste léasair a bhaineann le haicseáin ghloine, chomh maith lena n-éifeachtúlacht úsáide fuinnimh thar a bheith ard, is iad na haicseáin an rogha is fearr chun bhíomaí Bessel ultra-ghearr a ghiniúint i réimse na próiseála léasair. Taispeánann an figiúr thíos scéimeach de chúngú agus tarchur bhíoma Bessel nialas-ord. Trí fhormhéadú agus treoshuíomh an chórais íomháithe 4f a choigeartú, is féidir an fad iomadúcháin neamh-dhifractach, an uillinn leathchóin, agus an uillinn chlaonta i dtreo iomadúcháin an bhíoma Bessel a rialú go héasca.

Nuair a théann bhíoma Bessel den ord nialasach le huillinn leathchóin de Ɵ1 agus achar iomadúcháin saor ó dhíraonta de Zmax trí chóras 4f atá comhdhéanta de lionsa (L1) agus lionsa oibiachtúil (L2), déanfar na toisí geoiméadracha a chomhbhrú tuilleadh. Tá an formhéadú cliathánach thart ar M=f1/f2=5, agus tá an formhéadú fadaimseartha thart ar M2=25. Dá bhrí sin, is féidir íomháú deiridh an bhíoma Bessel den ord nialasach taobh istigh den sampla a léiriú leis na paraiméadair gheoiméadracha seo a leanas:

Paraiméadair gheoiméadracha an bhíoma Bessel a íomháíodh taobh istigh de shampla gloine grianchloiche faoi uillinneacha cóin agus formhéaduithe comhbhrúite bhíoma éagsúla.

Dáileadh déine réimse fócais de bhíoma Bessel

• r agus z: Comhpháirteanna comhordanáidí gathacha agus aiseacha, faoi seach.
• λ: Tonnfhad lárnach an léasair.
• w: ga 1/e² den bhíoma Gaussach teagmhais.
• P0: Buaicchumhacht an léasair cuisle ultraghearr.
• β1: Uillinn leathchóin an bhíoma Bessel tar éis comhbhrú an bhíoma.
• k: Veicteoir tonnta.
• J0: Feidhm Bessel den ord nialasach.

Dáileadh déine an bhíoma Bessel den ord nialasach taobh istigh de ghloine grianchloch: Ar chlé tá an dáileadh dlús cumhachta optúil feadh an treo iomadúcháin agus an radharc trasghearrthach, agus ar dheis tá an dáileadh dlús cumhachta optúil feadh an ais agus an radharc trasghearrthach

2. Saintréithe an Bhíoma Bessel Pulse Feimtosoicind i nGloine Shílice Comhleáite

Taispeánann Fíor (a) na micreagraif den idirghníomhaíocht idir bhíomaí Bessel cuisle femtosoicind agus gloine shilice comhleáite ag fuinnimh cuisle éagsúla. Tá leithead cuisle an léasair socraithe ag 220 fs, agus is é 12.4° uillinn leathchóin an bhíoma Bessel taobh istigh den sampla. Is féidir a fheiceáil go léiríonn an réigiún atá buailte ag an léasar struchtúr líneach aon-toiseach tipiciúil. Nuair a bhíonn fuinneamh cuisle an léasair níos lú ná 9.5 μJ, méadaíonn innéacs athraonta an ábhair sa réigiún fócasach, ag feiceáil mar réigiún dubh sa mhicreagraf.

Nuair a sháraíonn fuinneamh cuisle an léasair 9.5 μJ, laghdaíonn innéacs athraonta an ábhair sa réigiún fócasach, agus feictear é mar réigiún bán sa mhicreagraf, agus méadaíonn fad an réigiúin bháin de réir mar a mhéadaíonn fuinneamh cuisle. Trí an sampla a snasú, bhreathnaíomar ar shaintréithe moirfeolaíocha an réigiúin bháin ag fuinneamh cuisle de 15.4 μJ faoi mhicreascóp leictreon scanála, mar a thaispeántar i bhFíor (b). Is féidir a thabhairt i gcrích go bhfoirmítear nana-phor le trastomhas de thart ar 200 nm sa réigiún a bhfuil innéacs athraonta laghdaithe aige.

Trí ghreanadh le bhíoma ian agus córais bhreathnóireachta micreascóp leictreon scanála in-situ, dheimhnigh muid láithreacht an nana-phoir (Fíor c). Dá bhrí sin, chun laghdú a dhéanamh ar ghiniúint lochtanna léasair-spreagtha, níor cheart go mbeadh an fuinneamh cuisle aonair níos mó ná 9.5 μJ le linn táthú léasair.

3. Micrea-tháthú Ardchaighdeáin a Bhaint Amach Idir Gloiní Sileaice Comhleáite ag Úsáid Léasar Pulse Ultraghearr Bessel.

Taispeánann Fíor (a) micreagraf radharc barr de dhromchla táthúcháin an tsampla. Is léir go bhfuil an líne táthúcháin léasair aonfhoirmeach agus réidh. Cé go bhfuil roinnt lochtanna micreaphoir fós dáilte go randamach sa limistéar táthaithe, ar an iomlán, tá sé i bhfad níos fearr ná an líne táthúcháin léasair Gaussach. Léiríonn tomhais go bhfuil leithead na líne táthúcháin thart ar 18 μm, agus go bhfuil an spásáil idir línte táthúcháin 40 μm. Taispeánann Fíor (b) micreagraf radharc taobh de líne táthúcháin an tsampla.

Is léir go n-imíonn an bhearna idir na samplaí go hiomlán tar éis próiseála léasair, agus go bhfuil an t-ábhar in aice leis an gcomhéadan comhleáite ina aonán amháin tar éis dó dul tríd an bpróiseas leá-fuaraithe teirmeach. Léiríonn tomhais go sroicheann doimhneacht an réigiúin leá teirmeach spreagtha ag léasar suas le 227 μm. Léiríonn sé seo gur féidir le doimhneacht aiseach an tsuímh fhócasaigh suas le 227 μm a bhaint amach le linn táthú léasair leis na paraiméadair seo, atá ceithre huaire níos mó ná doimhneacht táthú léasair Gaussach faoi na coinníollacha céanna.

4. Cá háit le Lionsaí Bessel a Cheannach?

Cuireann Wavelength Opto-Electronic lionsaí Bessel ardchaighdeáin ar fáil a úsáidtear in iarratais próiseála léasair. Is í an ghné is tarraingtí den chóras optúil bhíoma Bessel seo ná an inchoigeartú ar dhoimhneacht fócais an bhíoma aschuir trí mhéid thrastomhas an bhíoma ionchuir a choigeartú.