லேசர் பொருள் இடைவினை – திறவுகோல் துளை விளைவு

திறவுகோல் துளைகளின் உருவாக்கம் மற்றும் வளர்ச்சி:

சாவித்துளை வரையறை: கதிர்வீச்சுச் செறிவு 10^6W/cm^2-ஐ விட அதிகமாக இருக்கும்போது, ​​லேசரின் செயல்பாட்டின் கீழ் பொருளின் மேற்பரப்பு உருகி ஆவியாகிறது. ஆவியாதல் வேகம் போதுமான அளவு அதிகமாக இருக்கும்போது, ​​உருவாகும் நீராவிப் பின்னுதைப்பு அழுத்தம், திரவ உலோகத்தின் மேற்பரப்பு இழுவிசை மற்றும் திரவ ஈர்ப்பு விசையைத் தாண்டிச் செல்லப் போதுமானதாக இருக்கிறது. இதனால், திரவ உலோகத்தின் ஒரு பகுதி இடம்பெயர்ந்து, தூண்டல் மண்டலத்தில் உள்ள உருகிய குளம் அமிழ்ந்து சிறிய பள்ளங்களை உருவாக்குகிறது; ஒளிக்கற்றை நேரடியாக அந்தச் சிறிய பள்ளத்தின் அடிப்பகுதியில் செயல்படுவதால், உலோகம் மேலும் உருகி வாயுவாக மாறுகிறது. உயர் அழுத்த நீராவி, பள்ளத்தின் அடிப்பகுதியில் உள்ள திரவ உலோகத்தை உருகிய குளத்தின் விளிம்பை நோக்கிப் பாயத் தொடர்ந்து கட்டாயப்படுத்துகிறது, இது சிறிய துளையை மேலும் ஆழமாக்குகிறது. இந்தச் செயல்முறை தொடர்கிறது, இறுதியில் திரவ உலோகத்தில் ஒரு சாவித்துளை போன்ற துளையை உருவாக்குகிறது. சிறிய துளையில் லேசர் கற்றையால் உருவாக்கப்படும் உலோக நீராவி அழுத்தம், திரவ உலோகத்தின் மேற்பரப்பு இழுவிசை மற்றும் ஈர்ப்பு விசையுடன் சமநிலையை அடையும்போது, ​​சிறிய துளை மேலும் ஆழமடைவதை நிறுத்தி, ஆழம் நிலையான ஒரு சிறிய துளையை உருவாக்குகிறது, இது "சிறிய துளை விளைவு" என்று அழைக்கப்படுகிறது.

வேலைப் பொருளைப் பொறுத்து லேசர் கற்றை நகரும்போது, ​​சிறிய துளையின் முன்பகுதி சற்றே பின்னோக்கி வளைந்தும், பின்பகுதியில் தெளிவாகச் சாய்ந்த தலைகீழ் முக்கோண வடிவத்திலும் காணப்படுகிறது. சிறிய துளையின் முன் விளிம்பு லேசரின் செயல்பாட்டுப் பகுதியாகும், அங்கு அதிக வெப்பநிலையும் அதிக ஆவி அழுத்தமும் உள்ளன. அதே சமயம், பின் விளிம்பில் வெப்பநிலை ஒப்பீட்டளவில் குறைவாகவும் ஆவி அழுத்தம் குறைவாகவும் உள்ளது. இந்த அழுத்தம் மற்றும் வெப்பநிலை வேறுபாட்டின் கீழ், உருகிய திரவமானது சிறிய துளையைச் சுற்றி முன் முனையிலிருந்து பின் முனை வரை பாய்ந்து, அதன் பின் முனையில் ஒரு சுழலை உருவாக்கி, இறுதியாகப் பின் விளிம்பில் திடமாகிறது. லேசர் உருவகப்படுத்துதல் மற்றும் உண்மையான பற்றவைப்பு மூலம் பெறப்பட்ட சாவித் துளையின் இயக்க நிலை, வெவ்வேறு வேகங்களில் பயணிக்கும்போது சிறிய துளைகளின் உருவமைப்பு மற்றும் சுற்றியுள்ள உருகிய திரவத்தின் ஓட்டம் ஆகியவை மேலே உள்ள படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளன.

சிறிய துளைகள் இருப்பதால், லேசர் கற்றை ஆற்றல் பொருளின் உட்புறத்தில் ஊடுருவி, இந்த ஆழமான மற்றும் குறுகிய பற்றவைப்புப் பட்டையை உருவாக்குகிறது. லேசர் ஆழ் ஊடுருவல் பற்றவைப்புப் பட்டையின் வழக்கமான குறுக்குவெட்டுத் தோற்றம் மேலே உள்ள படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளது. பற்றவைப்புப் பட்டையின் ஊடுருவல் ஆழம், சாவித் துளையின் ஆழத்திற்கு நெருக்கமாக உள்ளது (துல்லியமாகச் சொல்வதானால், உலோகவியல் அடுக்கு சாவித் துளையை விட 60-100 மைக்ரோமீட்டர் ஆழமானது, அதாவது ஒரு திரவ அடுக்கு குறைவு). லேசர் ஆற்றல் அடர்த்தி அதிகமாக இருந்தால், சிறிய துளை ஆழமாக இருக்கும், மேலும் பற்றவைப்புப் பட்டையின் ஊடுருவல் ஆழமும் அதிகமாக இருக்கும். உயர்-சக்தி லேசர் பற்றவைப்பில், பற்றவைப்புப் பட்டையின் அதிகபட்ச ஆழம்-அகல விகிதம் 12:1-ஐ எட்டக்கூடும்.

உறிஞ்சுதலின் பகுப்பாய்வுலேசர் ஆற்றல்சாவித் துளை மூலம்

சிறிய துளைகள் மற்றும் பிளாஸ்மா உருவாவதற்கு முன்பு, லேசரின் ஆற்றல் முக்கியமாக வெப்பக் கடத்தல் மூலம் வேலைப் பொருளின் உட்புறத்திற்கு அனுப்பப்படுகிறது. இந்தப் பற்றவைப்பு செயல்முறை கடத்தல் பற்றவைப்பு வகையைச் சேர்ந்தது (0.5 மிமீக்கும் குறைவான ஊடுருவல் ஆழத்துடன்), மேலும் இதில் லேசரை பொருள் உறிஞ்சும் விகிதம் 25-45% வரை இருக்கும். சாவித் துளை உருவானவுடன், லேசரின் ஆற்றல் முக்கியமாக சாவித் துளை விளைவின் மூலம் வேலைப் பொருளின் உட்புறத்தால் உறிஞ்சப்படுகிறது, மேலும் இந்தப் பற்றவைப்பு செயல்முறை ஆழ் ஊடுருவல் பற்றவைப்பாக (0.5 மிமீக்கும் அதிகமான ஊடுருவல் ஆழத்துடன்) மாறுகிறது. இதன் உறிஞ்சும் விகிதம் 60-90%க்கும் அதிகமாக இருக்கக்கூடும்.

லேசர் பற்றவைத்தல், வெட்டுதல் மற்றும் துளையிடுதல் போன்ற செயலாக்கங்களின் போது லேசரின் உறிஞ்சுதலை அதிகரிப்பதில் திறவுகோல் துளை விளைவு மிகவும் முக்கிய பங்கு வகிக்கிறது. திறவுகோல் துளைக்குள் நுழையும் லேசர் கற்றையானது, துளையின் சுவரில் ஏற்படும் பலமுறை பிரதிபலிப்புகள் மூலம் ஏறக்குறைய முழுமையாக உறிஞ்சப்படுகிறது.

சாவித் துளைக்குள் லேசரின் ஆற்றல் உறிஞ்சும் பொறிமுறையானது, தலைகீழ் உறிஞ்சுதல் மற்றும் ஃப்ரெஸ்னல் உறிஞ்சுதல் ஆகிய இரண்டு செயல்முறைகளை உள்ளடக்கியதாகப் பொதுவாக நம்பப்படுகிறது.

சாவித் துளைக்குள் அழுத்தச் சமநிலை

லேசர் ஆழ் ஊடுருவல் பற்றவைப்பின் போது, ​​பொருள் கடுமையான ஆவியாதலுக்கு உள்ளாகிறது, மேலும் உயர்-வெப்பநிலை நீராவியால் உருவாக்கப்படும் விரிவாக்க அழுத்தம் திரவ உலோகத்தை வெளியேற்றி, சிறிய துளைகளை உருவாக்குகிறது. பொருளின் ஆவி அழுத்தம் மற்றும் அரிப்பு அழுத்தம் (ஆவியாதல் எதிர்வினை விசை அல்லது பின்னுதைப்பு அழுத்தம் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது) ஆகியவற்றுடன், மேற்பரப்பு இழுவிசை, புவியீர்ப்பால் ஏற்படும் திரவ நிலை அழுத்தம், மற்றும் சிறிய துளைக்குள் உருகிய பொருளின் ஓட்டத்தால் உருவாக்கப்படும் பாய்ம இயக்கவியல் அழுத்தம் ஆகியவையும் உள்ளன. இந்த அழுத்தங்களில், நீராவி அழுத்தம் மட்டுமே சிறிய துளையின் திறப்பை நிலைநிறுத்துகிறது, மற்ற மூன்று விசைகளும் சிறிய துளையை மூட முயற்சிக்கின்றன. பற்றவைப்புச் செயல்பாட்டின் போது துளையின் நிலைத்தன்மையைப் பராமரிக்க, ஆவி அழுத்தம் மற்ற எதிர்ப்புகளைச் சமாளித்து சமநிலையை அடைய போதுமானதாக இருக்க வேண்டும், இது துளையின் நீண்டகால நிலைத்தன்மையைப் பராமரிக்கிறது. எளிமைக்காக, துளையின் சுவரில் செயல்படும் விசைகள் முக்கியமாக அரிப்பு அழுத்தம் (உலோக ஆவி பின்னுதைப்பு அழுத்தம்) மற்றும் மேற்பரப்பு இழுவிசை என்று பொதுவாக நம்பப்படுகிறது.

பூட்டுத் துளையின் நிலைத்தன்மையின்மை

பின்னணி: லேசர் பொருட்களின் மேற்பரப்பில் செயல்படும்போது, ​​அதிக அளவு உலோகம் ஆவியாகிறது. பின்னிழுக்கும் அழுத்தம் உருகிய குளத்தின் மீது கீழ்நோக்கி அழுத்தி, திறப்புத்துளைகளையும் பிளாஸ்மாவையும் உருவாக்குகிறது, இதன் விளைவாக உருகும் ஆழம் அதிகரிக்கிறது. நகரும் செயல்பாட்டின் போது, ​​லேசர் திறப்புத்துளையின் முன் சுவரில் மோதுகிறது, மேலும் லேசர் பொருளைத் தொடும் இடத்தில், அந்தப் பொருள் கடுமையாக ஆவியாகிறது. அதே நேரத்தில், திறப்புத்துளையின் சுவர் நிறை இழப்பைச் சந்திக்கும், மேலும் இந்த ஆவியாதல் ஒரு பின்னிழுக்கும் அழுத்தத்தை உருவாக்கும். இந்த அழுத்தம் திரவ உலோகத்தின் மீது கீழ்நோக்கி அழுத்துவதால், திறப்புத்துளையின் உள் சுவர் கீழ்நோக்கி அசைந்து, திறப்புத்துளையின் அடிப்பகுதியைச் சுற்றி உருகிய குளத்தின் பின்புறத்தை நோக்கி நகர்கிறது. திரவ உருகிய குளம் முன் சுவரிலிருந்து பின் சுவருக்கு அசைவதால், திறப்புத்துளையின் உள்ளே உள்ள கன அளவு தொடர்ந்து மாறுகிறது. அதற்கேற்ப திறப்புத்துளையின் உள் அழுத்தமும் மாறுகிறது, இது வெளியேற்றப்படும் பிளாஸ்மாவின் கன அளவில் மாற்றத்திற்கு வழிவகுக்கிறது. பிளாஸ்மாவின் கன அளவில் ஏற்படும் மாற்றம், லேசர் ஆற்றலின் தடுப்பு, ஒளிவிலகல் மற்றும் உறிஞ்சுதலில் மாற்றங்களை ஏற்படுத்துகிறது. இதன் விளைவாக, பொருளின் மேற்பரப்பை அடையும் லேசரின் ஆற்றலில் மாற்றங்கள் ஏற்படுகின்றன. இந்த முழு செயல்முறையும் இயங்குநிலை மற்றும் காலமுறைத் தன்மை கொண்டது. இறுதியில், இது ரம்பப்பல் வடிவ மற்றும் அலை போன்ற உலோக ஊடுருவலை ஏற்படுத்துகிறது, மேலும் மென்மையான, சமமான ஊடுருவல் பற்றவைப்பு எதுவும் ஏற்படுவதில்லை. மேலே உள்ள படம், பற்றவைப்பின் மையத்திற்கு இணையாக நீளவாக்கில் வெட்டுவதன் மூலம் பெறப்பட்ட பற்றவைப்பின் மையத்தின் குறுக்குவெட்டுத் தோற்றத்தையும், அத்துடன் துளை ஆழ மாறுபாட்டின் நிகழ்நேர அளவீட்டையும் காட்டுகிறது.ஐபிஜி-LDD சான்றாக.

சாவித் துளையின் நிலைத்தன்மை திசையை மேம்படுத்தவும்

லேசர் ஆழ் ஊடுருவல் பற்றவைப்பின் போது, ​​துளைக்குள் இருக்கும் பல்வேறு அழுத்தங்களின் இயக்கச் சமநிலையால் மட்டுமே சிறிய துளையின் நிலைத்தன்மையை உறுதி செய்ய முடியும். இருப்பினும், துளைச் சுவரால் லேசர் ஆற்றலை உறிஞ்சுதல், பொருட்களின் ஆவியாதல், சிறிய துளைக்கு வெளியே உலோக நீராவி வெளியேற்றப்படுதல், மற்றும் சிறிய துளை மற்றும் உருகிய குளத்தின் முன்னோக்கிய இயக்கம் ஆகிய அனைத்தும் மிகவும் தீவிரமான மற்றும் வேகமான செயல்முறைகளாகும். குறிப்பிட்ட செயல்முறை நிலைமைகளின் கீழ், பற்றவைப்புச் செயல்பாட்டின் போது சில தருணங்களில், சிறிய துளையின் நிலைத்தன்மை உள்ளூர் பகுதிகளில் சீர்குலைந்து, பற்றவைப்புக் குறைபாடுகளுக்கு வழிவகுக்கும் வாய்ப்புள்ளது. இவற்றில் மிகவும் பொதுவான மற்றும் வழக்கமானவை, சிறிய துளை வகை நுண்துளைக் குறைபாடுகள் மற்றும் திறப்புத்துளை சரிவினால் ஏற்படும் சிதறல்கள் ஆகும்.

அப்படியானால், பூட்டுத் துளையை எப்படி நிலைப்படுத்துவது?

துளைப் பாய்மத்தின் ஏற்ற இறக்கம் ஒப்பீட்டளவில் சிக்கலானது மற்றும் பல காரணிகளை (வெப்பநிலை புலம், பாய்வு புலம், விசைப் புலம், ஒளியியல்-மின்னணு இயற்பியல்) உள்ளடக்கியது. இவற்றை எளிமையாக இரண்டு வகைகளாகச் சுருக்கலாம்: மேற்பரப்பு இழுவிசைக்கும் உலோக ஆவியின் பின்னுதைப்பு அழுத்தத்திற்கும் இடையிலான தொடர்பு; உலோக ஆவியின் பின்னுதைப்பு அழுத்தம் துளைகளின் உருவாக்கத்தில் நேரடியாகச் செயல்படுகிறது, இது துளைகளின் ஆழம் மற்றும் கன அளவுடன் நெருங்கிய தொடர்புடையது. அதே நேரத்தில், பற்றவைப்புச் செயல்பாட்டில் மேல்நோக்கி நகரும் ஒரே உலோக ஆவிப் பொருளாக இருப்பதால், இது சிதறல் ஏற்படுவதோடும் நெருங்கிய தொடர்புடையது; மேற்பரப்பு இழுவிசை உருகிய குளத்தின் பாய்வைப் பாதிக்கிறது;

எனவே, நிலையான லேசர் பற்றவைப்பு செயல்முறையானது, உருகிய திரவக் குளத்தில் உள்ள மேற்பரப்பு இழுவிசையின் பரவல் சாய்வை, அதிக ஏற்ற இறக்கமின்றிப் பராமரிப்பதைப் பொறுத்து அமைகிறது. மேற்பரப்பு இழுவிசையானது வெப்பநிலை பரவலுடன் தொடர்புடையது, மற்றும் வெப்பநிலை பரவலானது வெப்ப மூலத்துடன் தொடர்புடையது. ஆகையால், கலப்பு வெப்ப மூலம் மற்றும் ஊசல் பற்றவைப்பு ஆகியவை நிலையான பற்றவைப்பு செயல்முறைக்கான சாத்தியமான தொழில்நுட்ப வழிமுறைகளாகும்;

உலோக ஆவி மற்றும் திறப்புப் பகுதியின் கனஅளவைக் கருத்தில் கொள்ளும்போது, ​​பிளாஸ்மா விளைவு மற்றும் திறப்புப் பகுதியின் அளவு ஆகியவற்றில் கவனம் செலுத்த வேண்டும். திறப்புப் பகுதி எவ்வளவு பெரியதாக இருக்கிறதோ, திறப்புப் பகுதியும் அவ்வளவு பெரியதாக இருக்கும். மேலும், உருகிய குளத்தின் அடிப்பகுதியில் ஏற்படும் புறக்கணிக்கத்தக்க ஏற்ற இறக்கங்கள், ஒட்டுமொத்த திறப்புப் பகுதியின் கனஅளவு மற்றும் உள் அழுத்த மாற்றங்களில் ஒப்பீட்டளவில் சிறிய தாக்கத்தையே ஏற்படுத்துகின்றன; எனவே, சரிசெய்யக்கூடிய வளைய முறை லேசர் (வளையப் புள்ளி), லேசர் வில் மறுசேர்க்கை, அதிர்வெண் பண்பேற்றம் போன்றவை விரிவாக்கப்படக்கூடிய திசைகளாகும்.