Jan 02, 2016
OBRADA MATERIJALA LASEROM
Micromachining Bušenje, sečenje, varenje,
markiranje Obrada površina (...šaranje) Modifikovanje osobina površine
(kaljenje) Čišćenje i dekontaminacija Sterilizacija
KARAKTERISTIKE DEJSTVA fs LASERSKOG IMPULSA
Impulsi su toliko kratki, da se završe pre nego što bilo kakvi relaksacioni procesi otpočnu.
Visoki intenziteti koji mogu da izazovu nelinearnu apsorpciju.
KRATKI IMPULSI
200 fs
1 ps
10 ps
100 ps – 100 ns
LASER --- elektron
elektron --- elektron
elektron --- rešetka
rešetka --- rešetka
Impulsi su toliko kratki, da se završe pre nego što bilo kakvi relaksacioni procesi otpočnu.
Energija lasera se apsorbuje tako da se zagreju samo elektroni, dok joni rešetke ostaju hladni.
VISOKI INTENZITET> 1012 W/cm2
I pri malim energijama impulsa, dostižu se intenziteti koji mogu da pokrenu nelinearne mehanizme apsorpcije.Berov zakon ne važi, a može da dođe i do apsorpcije u materijalima koji tu talasnu dužinu inače ne apsorbuju.
Trodimenzionalno graviranje
ABLACIJA (OŠTEĆENJE)
200 fs
1 ps
10 ps
100 ps – 100 ns
LASER --- elektron
elektron --- rešetka
rešetka --- rešetka
elektron --- elektron
Visok intenzitetMala energija “čista” ablacija
Čista ablacija(bez kolateralne štete) Elektroni su “pregrejani”
Oni su odgovorni za ablaciju: stvaraju plazmu i vrše pritisak na rešetku...... razaraju je.
Ablacija sa kolateralnom štetomElektroni NISU pregrejani. Predaju energiju rešetki, pa ona vrši
ablaciju.
Kolateralna šteta od:topljenja,isparavanja,hidrodinamičkih efekata
Prag oštećenja Fth
Fth = fluens praga oštećenjaρ= gustinaΩ= spec. toplota isparavanjaα= koeficijent apsorpcijeNe zavisi od dužine impulsa!
Femtosekundni:
Nanosekundni:
D= koeficijent difuzijeτ= vreme trajanja impulsa
Otvori manji od širine snopa
Kontrolisano bušenje slojeva
Al2O3
TiAlN
čelik
200 fs; 1,7 μ J
Profilometrijska analiza
200 fs, 10 μJ
Oštar prag po dubini
1,7 μJ 1,2 μJ
Bušenje visokom repeticijom .......
Šaranje (patterning)
Paralelne površinske strukture (PSS, ripples)
Uzrok formiranja ?
Talasi su normalni na vektor polarizacije.
Period d proporcionalan je talasnoj dužini lasera λ:
η = efektivni indeks prelamanjaθ= upadni ugao snopa
Teorija o interakciji rasejanih zraka sa upadnim laserom
Sub-λ periode
Talasna dužina lasera λ
Period šara d
1064 nm 800 nm
532 nm 400 nm
266 nm 200 nm
Laser: 40 ps
Teorija: interakcija površinskih plazmona sa upadnim laserom.
Sa većim brojem impulsaperioda se smanjuje.
Skeniranje laserom
Steel OCR 60 - AISI 440B (Cr) and scan with 200 fs pulses at 755 nm, 2 kHzScan speed s = 0.05, 0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 and 1 cm/s(denoted 1-7)Energy per pulse Ep=0.9, 1.25, 1.75, 2.7, 3.6 µJFluence: 0.84, 0.116, 0.163, 0.251, 0.335 J/cm2
(denoted A,B,C,D, E)Average power density 0.5 I 36.7 W/cm2
Spot diameter = 37 m (1/e2)
Es
Steel AISI 440B (Cr) and scan with 200 fs pulses at 755 nm, 2 kHz
Steel AISI 440B (Cr) and scan with 200 fs pulses at 755 nm, 2 kHz
Periodičnost u funkciji energije i broja impulsa
energija [J]
period [m]v = 0.5 mm/s
period [m]v = 1 mm/s
period [m]v = 2 mm/s
period [m]v = 4 mm/s
period [m]v = 6 mm/s
period [m]v = 8 mm/s
period [m]v = 10 mm/s
0.9 - - - - - - -
1.2 0.309 0.328 0.148 0.108 (naziru se) - - -
1.7 0.354 0.336 0.343 0.632 (udvojene) - - -
2.7 0.372 0.342 0.377 0.554 0.634 0.651 0.655
3.6 0.413 0.432 0.565(udvojene) 0.581 0.603 0.609 0.627
Impulsa N = 148 N= 74 N=37 N=18.5 N=12.3 N=9 N=7.4
AFM slike slojevite strukture (Al/Ti)x8/Si posle 200 laserskih impulsa od 150 ps.
AFM images
• Period: ~ 0.7 - 1.4 m• Amplitude: 40 - 120 nm
Upotreba za holografsko markiranje ?
Tim
dr Suzana Petrovićdr Jelena Stašićdr Davor Peruškomr Dubravka Milovanovićdr Peter Panjan et al. (SLO)dr Ion Mihailescu et al. (RO)dr Dmitri Batani et al. (IT)dr Aleksandar Krmpotdr Brana Jelenkovićdr Aleksandar Kovačević...