የቤሰል ቢም ዲዛይን ዘዴዎች

በሁለቱም የመገናኛው ጎኖች ላይ ያሉትን ቁሳቁሶች በአንድ ጊዜ ለማቅለጥ እና ከፍተኛ ጥንካሬ ያለው ማይክሮ-ክልል ትስስር ለመፍጠር፣ የሌዘር ፎከስ ነጥብ በትክክል በናሙናው ላይ ማተኮር አለበት፣ ይህም የብየዳ ስርዓቱን የማቀነባበሪያ ትክክለኛነት ላይ ጥብቅ ጥያቄዎችን ያስገድዳል። በተጨማሪም፣ ከተተኮረ በኋላ በጋውሲያን ጨረር ትልቅ የአክሲያል ጥንካሬ ቅልመት ምክንያት፣ የፎከስ መስክ የሙቀት መጠኑ ያልተመጣጠነ ሲሆን በሌዘር በተጎዳው ክልል ውስጥ ጥቃቅን እና ናኖ-ባዶ ጉድለቶችን የመፍጠር ተጋላጭ ያደርገዋል፣ ይህም በተራው የናሙናውን የብየዳ ጥራት ይነካል።

የቦታ ብርሃን ቅርጽ ቴክኖሎጂ የሌዘር ፎካል መስክ የጥንካሬ ስርጭትን ለማመቻቸት ዜሮ-ቅደም ተከተል ያላቸው የቤሰል ጨረሮችን ለማመንጨት ጥቅም ላይ ሊውል ይችላል። ይህ አካሄድ የአክሲያል ጥንካሬ ቅልመትን ይቀንሳል እና የትኩረት ርዝመቱን ያራዝማል፣ በዚህም በሌዘር የተፈጠረውን የሙቀት ተጽእኖ ክልል ጥልቀት-እስከ-ስፋት ጥምርታ ይጨምራል። በዚህም ምክንያት የሌዘር ብየዳ ስርዓት የትኩረት ትክክለኛነት መስፈርቶችን ይቀንሳል፣ የብየዳ ጥራትንም ሆነ ቅልጥፍናን ያሻሽላል።

1. የማይነጣጠሉ የቤሴል ጨረሮች ትውልድ እና የፓራሜትር ዲዛይን

እ.ኤ.አ. በ1987 ዱርኒን ለመጀመሪያ ጊዜ ዜሮ-ቅደም ተከተል ያለው የቤሰል ጨረር ሀሳብ አቅርቧል፣ ይህም ልዩ የሆኑ የማይለያዩ ባህሪያትን ያሳያል፡- የተሻጋሪው የብርሃን መስክ ጥንካሬ ስርጭቱ በሚሰራጭበት ጊዜ ሳይለወጥ ይቆያል፣ እና የማዕከላዊው ቦታ መጠን ሁልጊዜ ከዲፍራክሽን ወሰን ጋር ቅርብ ነው። በተጨማሪም፣ የቤሰል ጨረሮች በሚሰራጭበት ጊዜ ራስን የመፈወስ ባህሪ ያሳያሉ። ማዕከላዊው ቦታ ሲዘጋ፣ በዙሪያው ያለው ብርሃን ማዕከላዊውን ቦታ "ለመጠገን" ወደ መሃል ይሰበሰባል። የዜሮ-ቅደም ተከተል የቤሰል ጨረር ተሻጋሪ የብርሃን መስክ ስርጭት የሂሳብ አገላለጽ የሚከተለው ነው፡

በአገላለጹ ውስጥ፦

• J0 የቤሰልን ዜሮ-ትዕዛዝ ተግባር ይወክላል።
• r እና φ በቅደም ተከተል ራዲያል እና አንግል ኮኦርዲየንት ኤለመንቶች ናቸው።
• z የስርጭት ርቀት ነው።
• ክሮ እና ክሮን ​በቅደም ተከተል የተሻጋሪ እና የቁመታዊ ሞገድ ቬክተር አካላት ናቸው።

የዜሮ-ደረጃ ቤሰል ጨረር ማዕከላዊ ዋና ቦታ ጠንካራ የመቆያ አቅም አለው፣ ይህም በቁሳቁሶች ውስጥ ቀጥተኛ ያልሆነ መምጠጥን ውጤታማ በሆነ መንገድ ሊያነቃቃ የሚችል TW/cm² ወይም ከዚያ በላይ የሆነ የጨረር መጠን እንዲኖር ያስችላል። ከሁሉም በላይ ደግሞ የዜሮ-ደረጃ ቤሰል ጨረሮች የማይለያይ የስርጭት ባህሪ ትልቅ የትኩረት ጥልቀት እና አነስተኛ የአክሲያል ጥንካሬ ቅልመትን ይሰጣል፣ በዚህም ተመሳሳይ የሆነ የሙቀት መስክ ይፈጥራል እና የብየዳ ጉድለቶች መፈጠርን ያግዳል።

የሚከተለው ምስል የቤሴል ጨረሮች እና የጋውሲያን ጨረሮች የፎከስ ርዝመት በተመሳሳይ የትራንስቨርስ ክልከላ አቅም ንፅፅር ያሳያል። የቤሴል ጨረሮች ከፍተኛ የሆነ የትኩረት ጥልቀት ሲኖራቸው የትራንስቨርስ ማይክሮን-ደረጃ የፎከስ ስፖት ዲያሜትር አላቸው።

የቤሰል ጨረሮችን ዜሮ-ትዕዛዝ ለመፍጠር በርካታ ዘዴዎች አሉ፣ እና የሚከተሉት ሶስት ዋና ዋና ዘዴዎች የተለመዱ ናቸው፡

የአንኑላር ቀዳዳ ዘዴ፡- ስሙ እንደሚያመለክተው የአንኑላር ቀዳዳ ዘዴ የቤሴል ጨረሮችን ለማምረት የአንኑላር ቀዳዳ መጠቀምን ያካትታል። ይህ የቤሴል ጨረሮችን ለማመንጨት የመጀመሪያው ስኬታማ ዘዴም ነበር። ከታች ያለው ዲያግራም የቤሴል ጨረሮችን ለማመንጨት የአንኑላር ቀዳዳ ዘዴን ያሳያል። የፕላን ሞገድ በግራ በኩል ባለው የአንኑላር ቀዳዳ ላይ ቀጥ ብሎ የሚከሰት ክስተት ሲሆን ዲፍራክሽን ይከሰታል።

ከዚያ በኋላ፣ ፖዘቲቭ ሌንስ የፉሪየር ትራንስፎርም ያካሂዳል፣ ይህም ከሌንስ ጀርባ የቤሰል ጨረር እንዲፈጠር ያደርጋል። የማይለያይ የስርጭት ርቀት Zmax ከአንጸባራቂው ስሊት ዲያሜትር d እና ከሌንስ የቁጥር ቀዳዳ ጋር የተያያዘ ነው።

ይህ ዘዴ የቤሰል ጨረሮችን ዜሮ ቅደም ተከተል ሊያመነጭ ቢችልም፣ የኃይል ልወጣ ቅልጥፍና እጅግ በጣም ዝቅተኛ በመሆኑ በሌዘር ማቀነባበሪያ መስኮች ላይ ለመተግበር አስቸጋሪ ያደርገዋል።

የቦታ ብርሃን ሞዱላተር ዘዴ፡- የዜሮ-ቅደም ተከተል ቤሴል ጨረር የማመንጨት ሂደት በመሠረቱ የጨረሩን የደረጃ ስርጭት የመቀየር ሂደት ነው። ስለዚህ፣ የዜሮ-ቅደም ተከተል ቤሴል ጨረር በቦታ ብርሃን ሞዱላተር በመጠቀም ሊፈጠር ይችላል። የቦታ ብርሃን ሞዱላተር የብርሃን መስክ ጥንካሬን እና የደረጃ ስርጭትን በኤሌክትሪክ ምልክቶች የሚቆጣጠር የኦፕቶኤሌክትሮኒክ ሞዱላተር መሳሪያ አይነት ነው። የዜሮ-ቅደም ተከተል ቤሴል ጨረር ከታች ባለው ምስል ላይ እንደሚታየው የቦታ ብርሃን ሞዱላተር የስራ ፓነል ላይ በመተግበር ሊፈጠር ይችላል።

የአክሲኮን ዘዴ፡- የአክሲኮን የቤሴል ጨረሮችን ለማመንጨት በብዛት ጥቅም ላይ ከሚውሉት ተገብሮ የመስታወት-ተኮር ዲፍራክቲቭ ንጥረ ነገሮች አንዱ ነው። የጋውሲያን ጨረር በተለምዶ በአክሲኮን ላይ ሲከሰት እና ሲያልፍ፣ የደረጃ ስርጭቱ ይሻሻላል፣ ይህም ከዚህ በታች ባለው ምስል ላይ እንደሚታየው ምንም አይነት የኃይል ኪሳራ ሳይኖርበት ወደ ዜሮ-ደረጃ ቤሴል ጨረር ይለውጠዋል።

የመስታወት አክሰኮኖች ዝቅተኛ ዋጋ፣ የአጠቃቀም ቀላልነት እና ከፍተኛ የሌዘር ጉዳት ገደብ እንዲሁም እጅግ በጣም ከፍተኛ የኃይል አጠቃቀም ቅልጥፍናቸው ምክንያት፣ አክሰኮኖች በሌዘር ማቀነባበሪያ መስክ እጅግ በጣም አጭር የልብ ምት የቤሰል ጨረሮችን ለማመንጨት ዋና ምርጫ ናቸው። ከታች ያለው ምስል የቤሰል ጨረሮችን መጥበብ እና ዜሮ-ትዕዛዝ ያለው የቤሰል ጨረር ስርጭት ንድፍ ያሳያል። የ4f ምስል ስርዓትን ማጉላት እና አቅጣጫ በማስተካከል፣ በቤሰል ጨረሮች ስርጭት አቅጣጫ ላይ ያለው የማይለያይ የስርጭት ርቀት፣ የግማሽ ሾን አንግል እና የማዘንበል አንግል በቀላሉ ሊቆጣጠሩ ይችላሉ።

የዜሮ-ቅደም ተከተል ያለው የቤሰል ጨረር ከ Ɵ1 ግማሽ-ኮን አንግል እና የZmax ዲፍራክሽን-ነጻ የስርጭት ርቀት በሌንስ (L1) እና በተጨባጭ ሌንስ (L2) በተዋቀረ የ4f ስርዓት ውስጥ ሲያልፍ፣ የጂኦሜትሪክ ልኬቶች የበለጠ ይጨመቃሉ። የጎን ማጉላት በግምት M=f1/f2=5 ሲሆን የቁመታዊ ማጉላት ደግሞ በግምት M2=25 ነው። ስለዚህ፣ በናሙናው ውስጥ ያለው የዜሮ-ቅደም ተከተል የቤሰል ጨረር የመጨረሻ ምስል በጂኦሜትሪክ መለኪያዎች ሊወከል ይችላል፡

የቤሰል ጨረር ጂኦሜትሪክ መለኪያዎች በተለያዩ የኮን ማዕዘኖች እና የጨረር መጭመቂያ ማጉላት ስር በኳርትዝ ​​ብርጭቆ ናሙና ውስጥ ተቀርፀዋል።

የቤሴል ጨረር የትኩረት መስክ ጥንካሬ ስርጭት

• r እና z፡ ራዲያል እና አክሲያል ኮኦርዲየንት ክፍሎች፣ በቅደም ተከተል።
• λ: የሌዘር ማዕከላዊ የሞገድ ርዝመት።
• w: የጋውሲያን ጨረር ክስተት 1/e² ራዲየስ።
• P0: የከፍተኛ አጭር የልብ ምት ሌዘር ከፍተኛ ኃይል።
• β1: የቤሰል ጨረር ከጨረር መጭመቂያ በኋላ የግማሽ ኮን አንግል።
• k: የሞገድ ቬክተር።
• J0: የቤሰል ተግባር ዜሮ-ትዕዛዝ።

የዜሮ-ደረጃ ቤሴል ጨረር በኳርትዝ ​​መስታወት ውስጥ የክብደት ስርጭት፡ በግራ በኩል በማሰራጫ አቅጣጫው ላይ የኦፕቲካል ኃይል ጥግግት ስርጭት እና የመስቀለኛ ክፍል እይታ፣ እና በቀኝ በኩል ደግሞ በዘንጉ ላይ የኦፕቲካል ኃይል ጥግግት ስርጭት እና የመስቀለኛ ክፍል እይታ ይገኛሉ።

2. በተቀላቀለ ሲሊካ መስታወት ውስጥ የፌምቶሴኮንድ ፐልስ ቤሰል ቢም ባህሪያት

ምስል (ሀ) በፌምቶሴኮንድ pulse ቤሰል ጨረሮች እና በተዋሃዱ የሲሊካ ብርጭቆዎች መካከል ያለውን መስተጋብር ማይክሮግራፎችን በተለያዩ የ pulse ኢነርጂዎች ያሳያል። የሌዘር pulse ስፋት በ220 fs ላይ የተስተካከለ ሲሆን በናሙናው ውስጥ ያለው የቤሰል ጨረሩ ግማሽ-ኮን አንግል 12.4° ነው። በሌዘር የተጎዳው ክልል የተለመደ አንድ-ልኬት መስመራዊ መዋቅር እንዳለው ማስተዋል ይቻላል። የሌዘር pulse ኃይል ከ9.5 μJ በታች ሲሆን፣ በፎካል ክልል ውስጥ ያለው የቁስ ነጸብራቅ ኢንዴክስ ይጨምራል፣ በማይክሮግራፍ ውስጥ እንደ ጥቁር ክልል ይታያል።

የሌዘር pulse ኢነርጂ ከ9.5 μJ ሲበልጥ፣ በፎካል ክልል ውስጥ ያለው የቁስ ሪፍራክቲቭ ኢንዴክስ ይቀንሳል፣ በማይክሮግራፍ ውስጥ እንደ ነጭ ክልል ይታያል፣ እና የነጭው ክልል ርዝመት እየጨመረ በሚሄድ የpulse ኢነርጂ ይጨምራል። ናሙናውን በማጥራት፣ በምስል (ለ) ላይ እንደሚታየው በስካኒንግ ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፕ ስር የነጭውን ክልል ሞርፎሎጂያዊ ባህሪያት ተመልክተናል። በግምት 200 nm ዲያሜትር ያለው ናኖፖሬ በክልሉ ውስጥ የተቀነሰ የሪፍራክቲቭ ኢንዴክስ ያለው መፈጠሩን መደምደም ይቻላል።

በአዮን ጨረር ኢቺንግ እና በቦታው ቅኝት የኤሌክትሮን ማይክሮስኮፕ ምልከታ ስርዓቶች አማካኝነት፣ የናኖፖሬው መኖርን የበለጠ አረጋግጠናል (ምስል ሐ)። ስለዚህ፣ በሌዘር ምክንያት የሚመጡ ጉድለቶችን ማመንጨት ለመቀነስ፣ በሌዘር ብየዳ ወቅት የአንድ ምት ኃይል ከ9.5 μJ መብለጥ የለበትም።

3. በቤሰል አልትራሾርት ፐልስ ሌዘር በመጠቀም በተዋሃዱ የሲሊካ ብርጭቆዎች መካከል ከፍተኛ ጥራት ያለው ማይክሮ-ብየዳ ማግኘት።

ምስል (ሀ) የናሙናውን የብየዳ ወለል የላይኛው እይታ ማይክሮግራፍ ያሳያል። የሌዘር ብየዳ መስመር ወጥ እና ለስላሳ መሆኑን ማየት ይቻላል። በተበየደው አካባቢ አሁንም ጥቂት በዘፈቀደ የተከፋፈሉ የማይክሮፖሬ ጉድለቶች ቢኖሩም፣ በአጠቃላይ ከጋውሲያን ሌዘር ብየዳ መስመር በእጅጉ የተሻለ ነው። መለኪያዎች እንደሚያሳዩት የብየዳ መስመር ስፋት በግምት 18 μm ሲሆን በብየዳ መስመሮች መካከል ያለው ክፍተት ደግሞ 40 μm ነው። ምስል (ለ) የናሙናውን የብየዳ መስመር የጎን እይታ ማይክሮግራፍ ያሳያል።

በናሙናዎቹ መካከል ያለው ክፍተት በሌዘር ሂደት በኋላ ሙሉ በሙሉ እንደሚጠፋ እና በይነገጹ አቅራቢያ ያለው ቁሳቁስ የሙቀት ማቅለጫ-ማቀዝቀዣ ሂደቱን ካደረገ በኋላ ወደ አንድ አካል እንደተዋሃደ ማየት ይቻላል። መለኪያዎች እንደሚያሳዩት በሌዘር የሚፈጠረው የሙቀት ማቅለጫ ክልል ጥልቀት እስከ 227 μm ይደርሳል። ይህ የሚያመለክተው በእነዚህ መለኪያዎች በሌዘር ብየዳ ወቅት የትኩረት አቀማመጥ የዘንግ ጥልቀት እስከ 227 μm ሊደርስ ይችላል፣ ይህም በተመሳሳይ ሁኔታዎች ውስጥ ካለው የጋውሲያን ሌዘር ብየዳ አራት እጥፍ ነው።

4. የቤሴል ሌንሶችን የት መግዛት ይቻላል?

የሞገድ ርዝመት ኦፕቶ-ኤሌክትሮኒክስ በሌዘር ማቀነባበሪያ አፕሊኬሽኖች ውስጥ ጥቅም ላይ የሚውሉ ከፍተኛ ጥራት ያላቸውን የቤሴል ሌንሶችን ያቀርባል። የግብዓት ጨረር ዲያሜትር መጠንን በማስተካከል የውጤት ጨረር የትኩረት ጥልቀት ተለዋዋጭነት የዚህ የቤሴል ጨረር ኦፕቲካል ሲስተም በጣም ማራኪ ባህሪ ነው።