Gus na stuthan a leaghadh aig an aon àm air gach taobh den eadar-aghaidh agus ceangal meanbh-roinn àrd-neart a stèidheachadh, feumar fòcas an leusair a chuimseachadh gu mionaideach air an sampall, a tha a’ cur iarrtasan teann air cruinneas giollachd an t-siostaim tàthaidh. A bharrachd air an sin, air sgàth an ìre dian aiseach mòr den ghath Gaussian às deidh fòcas, tha teòthachd an raoin fòcas neo-chothromach, ga dhèanamh buailteach do lochdan meanbh- agus nano-bhalbh a chruthachadh anns an roinn air a bheil buaidh leis an leusair, a bheir buaidh air càileachd tàthaidh an t-sampall.
Faodar teicneòlas cumadh solais fànais a chleachdadh gus gathan Bessel òrdugh neoni a chruthachadh gus sgaoileadh dian raon fòcas an leusair a bharrachadh. Bidh an dòigh-obrach seo a’ lughdachadh an claonadh dian aiseach agus a’ leudachadh fad fòcas, agus mar sin a’ meudachadh co-mheas doimhneachd-gu-leud na sgìre buaidh teirmeach a chruthaicheas an leusair. Mar thoradh air an sin, bidh e a’ lughdachadh riatanasan cruinneas fòcas an t-siostam tàthaidh leusair, a’ leasachadh càileachd agus èifeachdas an tàthaidh.
1. Gineadh agus Dealbhadh Paramadair Bheamaichean Bessel Neo-Diffractach
Ann an 1987, mhol Durnin a’ chiad fhear gath Bessel den òrdugh neoni, a tha a’ nochdadh feartan sònraichte neo-dhifractaidh: chan eil atharrachadh sam bith air sgaoileadh dian raon solais thar-ghluasadach rè iomadachadh, agus tha meud a’ phuing mheadhanaich an-còmhnaidh faisg air crìoch an diffraction. A bharrachd air an sin, tha feart fèin-slànachaidh aig gathan Bessel cuideachd rè iomadachadh. Nuair a bhios am puing mheadhanach air a bhacadh, thig an solas mun cuairt còmhla a dh’ionnsaigh an ionaid gus am puing mheadhanach a “chàradh”. Is e an abairt matamataigeach airson sgaoileadh raon solais thar-ghluasadach gath Bessel den òrdugh neoni:
Anns an abairt:
- Tha J0 a’ riochdachadh gnìomh Bessel òrdugh neoni.
- ’S e r agus φ na h-eileamaidean co-òrdanachaidh radial agus ceàrnach, fa leth.
- 'S e z an t-astar sgaoilidh.
- ’S e Kr agus Kz na h-eileamaidean vectar tonn transverse agus longitudinal, fa leth.
Tha comas cuibhreachaidh làidir aig prìomh phuing meadhanach beam Bessel neoni-òrdugh, a’ leigeil le ìrean rèididheachd de òrdugh TW/cm² no nas àirde, a dh’ fhaodas gabhail neo-loidhneach a bhrosnachadh gu h-èifeachdach ann an stuthan. Nas cudromaiche, tha feart iomadachaidh neo-dhifractach beams Bessel neoni-òrdugh a’ toirt seachad doimhneachd fòcas nas motha agus caisead dian aiseach nas lugha, agus mar sin a’ cruthachadh raon teòthachd cha mhòr aonfhoirmeil agus a’ cur casg air cruthachadh lochdan tàthaidh.
Tha an dealbh a leanas a’ sealltainn coimeas eadar fad fòcas ghathan Bessel agus ghathan Gaussian fon aon chomas cuibhreachaidh thar-roinneil. Tha doimhneachd fòcas mòr aig ghathan Bessel agus iad a’ cumail trast-thomhas puing fòcas thar-roinneil aig ìre micron.
Tha grunn dhòighean ann airson gathan Bessel neoni-òrdugh a chruthachadh, agus tha na trì prìomh dhòighean a leanas cumanta:
Modh Fosglaidh Fhàinneach: Mar a tha an t-ainm ag ràdh, tha an dòigh fosglaidh fhàinneach a’ toirt a-steach cleachdadh sliotan fhàinneach gus gathan Bessel a chruthachadh. B’ e seo cuideachd a’ chiad dhòigh soirbheachail airson gathan Bessel a chruthachadh. Tha an diagram gu h-ìosal a’ sealltainn an dòigh fosglaidh fhàinneach airson gathan Bessel a chruthachadh. Tha tonn rèidh a’ tuiteam gu dìreach air an t-sliotan fhàinneach bhon taobh chlì agus tha difraction a’ tachairt.
Às dèidh sin, bidh lionsa dheimhinneach a’ dèanamh cruth-atharrachadh Fourier, agus mar thoradh air sin bidh beam Bessel air a chruthachadh air cùl na lionsa. Tha an t-astar iomadachaidh neo-dhifractach Zmax co-cheangailte ri trast-thomhas d an t-sliseag fàinneach agus fosgladh àireamhach na lionsa.
Ged as urrainn don dòigh seo gathan Bessel òrdugh neoni a ghineadh, tha èifeachdas tionndaidh lùtha gu math ìosal, ga dhèanamh duilich a chur an sàs ann an raointean giollachd laser.
Modh Moduladair Solais Spàsail: Gu bunaiteach, tha am pròiseas gineadh gath Bessel òrdugh neoni na phròiseas airson sgaoileadh ìrean a’ ghath atharrachadh. Mar sin, faodar gath Bessel òrdugh neoni a chruthachadh cuideachd le bhith a’ cleachdadh moduladair solais spàsail. Tha moduladair solais spàsail na sheòrsa de inneal modulachaidh optoelectronic a bhios a’ cumail smachd air dian agus sgaoileadh ìrean an achaidh solais tro chomharran dealain. Faodar gath Bessel òrdugh neoni a chruthachadh le bhith a’ cur ìre lionsa cònail, mar a chithear san fhigear gu h-ìosal, an sàs ann am pannal obrach a’ mhodadair solais spàsail.
Modh Axicon: ’S e axicon aon de na h-eileamaidean diffractach stèidhichte air glainne fulangach as cumanta a thathas a’ cleachdadh airson gathan Bessel a chruthachadh. Nuair a bhios gathan Gaussian mar as trice a’ tuiteam air agus a’ dol troimhe, bidh an sgaoileadh ìrean aige air atharrachadh, ga thionndadh gu gathan Bessel òrdugh neoni gun chall lùtha sam bith, mar a chithear san fhigear gu h-ìosal.
Air sgàth cosgais ìseal, furasta an cleachdadh, agus stairsneach àrd milleadh laser axicons glainne, a bharrachd air an èifeachdas cleachdaidh lùtha air leth àrd, is iad axicons am prìomh roghainn airson gathan Bessel cuisle ultrashort a chruthachadh ann an raon giollachd laser. Tha an fhigear gu h-ìosal a’ sealltainn sgeama de chaolachadh agus tar-chur gathan Bessel òrdugh neoni. Le bhith ag atharrachadh meudachadh agus treòrachadh an t-siostam ìomhaighean 4f, faodar an astar iomadachaidh neo-diffractive, ceàrn leth-chòn, agus ceàrn claonadh ann an stiùireadh iomadachaidh gathan Bessel a smachdachadh gu furasta.
Nuair a thèid gath Bessel den òrdugh neoni le ceàrn leth-chòn de Ɵ1 agus astar sgaoilidh gun diffraction de Zmax tro shiostam 4f air a dhèanamh suas de lionsa (L1) agus lionsa amas (L2), thèid na tomhasan geoimeatrach a dhlùthadh nas fhaide. Tha am meudachadh taobhach timcheall air M=f1/f2=5, agus tha am meudachadh fad-ùine timcheall air M2=25. Mar sin, faodar an ìomhaigh dheireannach de ghath Bessel den òrdugh neoni taobh a-staigh an t-sampall a riochdachadh leis na paramadairean geoimeatrach:
Paramadairean geoimeatrach gath Bessel air an dealbh taobh a-staigh sampall glainne grianchloch fo dhiofar cheàrnan còn agus meudachadh teannachaidh gath.
| ceàrn bàrr aiseach α (°) | Raidius beam inntrigidh d(mm) | (um) | M=f1/f2 | Ɵ2 (°) | Zmax2 | |
| 0.5 | 3.8 | 1.03 | 20 | 3.1 | 3504 | 10.04 |
| 0.5 | 3.8 | 1.03 | 30 | 4.7 | 1555 | 6.7 |
| 0.5 | 3.8 | 1.03 | 40 | 6.2 | 873 | 5.02 |
| 0.5 | 3.8 | 1.03 | 50 | 7.8 | 558 | 4.02 |
| 1 | 3.8 | 1.03 | 20 | 6.2 | 1747 | 5.02 |
| 1 | 3.8 | 1.03 | 30 | 9.3 | 772 | 3.36 |
| 1 | 3.8 | 1.03 | 40 | 12.4 | 432 | 2.52 |
| 1 | 3.8 | 1.03 | 50 | 15.5 | 274 | 2.04 |
| 2.5 | 3.8 | 1.03 | 20 | 15.5 | 684 | 2.04 |
| 2.5 | 3.8 | 1.03 | 30 | 23.3 | 294 | 1.38 |
| 2.5 | 3.8 | 1.03 | 40 | 38.83 | 94.4 | 0.86 |
Sgaoileadh dian raon fòcais de beam Bessel
- r agus z: Co-phàirtean co-òrdanachaidh rèididheach agus aiseach, fa leth.
- λ: Tonn-fhaid meadhanach an leusair.
- w: radius 1/e² a’ ghathan Gaussian a tha a’ tighinn a-steach.
- P0: Cumhachd as àirde an leusair cuisle ultrashort.
- β1: Ceàrn leth-chòna beam Bessel an dèidh teannachadh a’ bhìma.
- k: Vector tonn.
- J0: Gnìomh Bessel den òrdugh neoni.
Sgaoileadh dian a’ ghathan Bessel òrdugh neoni taobh a-staigh glainne grian-chlach: Air an taobh chlì tha an sgaoileadh dùmhlachd cumhachd optigeach air feadh an stiùiridh iomadachaidh agus an sealladh thar-roinneil, agus air an làimh dheis tha an sgaoileadh dùmhlachd cumhachd optigeach air feadh an axis agus an sealladh thar-roinneil
2. Feartan Gath Bessel Pulse Femtosecond ann an Glainne Silica Leaghte
Tha Figear (a) a’ sealltainn nam micreagrafaichean den eadar-obrachadh eadar gathan Bessel le cuisle femtosecond agus glainne silica leaghte aig diofar lùths cuisle. Tha leud cuisle an leusair stèidhichte aig 220 fs, agus tha ceàrn leth-chòn gathan Bessel taobh a-staigh an t-sampall 12.4°. Chithear gu bheil structar loidhneach aon-thaobhach àbhaisteach aig an roinn air a bheil buaidh leis an leusair. Nuair a tha lùth cuisle an leusair nas lugha na 9.5 μJ, bidh clàr-amais ath-tharraingeach an stuth anns an roinn fhòcasach ag àrdachadh, a’ nochdadh mar roinn dhubh anns a’ mhicreagraf.
Nuair a bhios lùth cuisle an leusair nas àirde na 9.5 μJ, bidh clàr-amais ath-tharraingeach an stuth anns an roinn fhòcasach a’ lùghdachadh, a’ nochdadh mar roinn gheal anns a’ mhicreagraf, agus bidh fad na roinne geala ag àrdachadh le lùth cuisle a’ sìor fhàs. Le bhith a’ lìomhadh an t-sampall, chunnaic sinn feartan morf-eòlach na roinne geala aig lùth cuisle de 15.4 μJ fo mhicreasgop dealanach sganaidh, mar a chithear ann am Figear (b). Faodar a cho-dhùnadh gu bheil nanopore le trast-thomhas de mu 200 nm air a chruthachadh anns an roinn le clàr-amais ath-tharraingeach nas lugha.
Tro bhith a’ cleachdadh gràbhaladh le beam ian agus siostaman amhairc le miocroscop sganaidh dealanach in-situ, dhearbh sinn tuilleadh gu robh an nanopore ann (Figear c). Mar sin, gus lughdachadh a dhèanamh air uireasbhaidhean a thig bho leusair, cha bu chòir don lùth cuisle singilte a bhith nas àirde na 9.5 μJ rè tàthadh leusair.
3. A’ coileanadh meanbh-thàthadh àrd-inbhe eadar glainneachan silica leaghte le bhith a’ cleachdadh laser cuisle ultrashort Bessel.
Tha Figear (a) a’ sealltainn micrograf sealladh-àrd de uachdar tàthaidh an t-sampall. Chithear gu bheil an loidhne tàthaidh leusair èideadh agus rèidh. Ged a tha beagan lochdan micropore air an sgaoileadh air thuaiream fhathast anns an raon tàthaichte, san fharsaingeachd, tha e gu math nas fheàrr na an loidhne tàthaidh leusair Gaussian. Tha tomhais a’ sealltainn gu bheil leud na loidhne tàthaidh timcheall air 18 μm, agus gu bheil an t-astar eadar loidhnichean tàthaidh 40 μm. Tha Figear (b) a’ sealltainn micrograf sealladh-taobh de loidhne tàthaidh an t-sampall.
Chithear gu bheil am beàrn eadar na sampallan a’ dol à bith gu tur às dèidh giollachd leusair, agus tha an stuth faisg air an eadar-aghaidh air a bhith na aon eintiteas às dèidh dha a bhith air a dhol tro phròiseas leaghadh is fuarachadh teirmeach. Tha tomhais a’ sealltainn gu bheil doimhneachd na sgìre leaghadh teirmeach air a bhrosnachadh le leusair a’ ruighinn suas ri 227 μm. Tha seo a’ nochdadh, rè tàthadh leusair leis na paramadairean sin, gum faod doimhneachd aiseach an t-suidheachaidh fhòcais ruighinn suas ri 227 μm, a tha ceithir uiread nas motha na tàthadh leusair Gaussian fo na h-aon chumhachan.
4. Càite an ceannaich thu lionsan Bessel?
Tha Wavelength Opto-Electronic a’ tabhann lionsan Bessel àrd-inbhe a thathas a’ cleachdadh ann an tagraidhean giullachd laser. ’S e comas doimhneachd fòcas a’ ghatha toraidh atharrachadh le bhith ag atharrachadh meud trast-thomhas a’ ghatha cuir a-steach am feart as tarraingiche den t-siostam optigeach ghatha Bessel seo.
| Àireamh na Pàirt | Tonn-fhad (nm) | Astar Obrach (mm) | Trast-thomhas Beam Cuir-a-steach as Motha (mm) | Doimhneachd Fòcais Dealbhaichte (mm) | Fad Iomlan (mm) |
|---|---|---|---|---|---|
| BESL-355-D10-T1 | 355 | 15.50 | 10 | 1.0 | 377.00 |
| BESL-532-10-D10 | 532 | 11.86 | 10 | 1.5 | 202.84 |
| BESL-1064-D10-T2 | 1064 | 10.80 | 10 | 2.0 | 238.00 |
| BESL-1064-D20-T12 | 1064 | 15.00 | 20 | 12.0 | 315.05 |
Àm puist: 10 Dàmhair 2024