चित्रा 1: प्रयोगात्मक रूप से मापा गया गाऊसी बीम (बाएं) और शीर्ष टोपी बीम (दाएं) की तीव्रता वितरण।
अधिकांश लेजर बीम में गाऊसी तीव्रता वितरण होते हैं; हालांकि, कुछ अनुप्रयोगों में, गैर-गौसियन बीम का उपयोग करना अधिक फायदेमंद हो सकता है। एक गाऊसी बीम में एक तीव्रता वितरण क्रॉस-सेक्शन होता है जो केंद्र से बढ़ती दूरी के साथ सममित रूप से घट जाता है। इसके विपरीत, एक शीर्ष हैट बीम क्रॉस-सेक्शन में एक निरंतर तीव्रता वितरण को बनाए रखता है, जिससे प्रसंस्करण के दौरान लक्ष्य पर लगातार विकिरण की तीव्रता की अनुमति मिलती है (चित्र 1 देखें)। नतीजतन, सेमीकंडक्टर वेफर प्रोसेसिंग, अन्य सामग्री प्रसंस्करण और उच्च-शक्ति लेज़रों के लिए नॉनलाइनर फ्रीक्वेंसी रूपांतरण जैसे अनुप्रयोगों में अधिक सटीक और अनुमानित परिणाम प्राप्त किए जा सकते हैं।
टॉप हैट बीम गौसियन बीम की तुलना में क्लीनर कट और तेज किनारों का उत्पादन करते हैं, लेकिन टॉप हैट बीम उत्पन्न करने से अतिरिक्त सिस्टम लागत और जटिलता होती है। टॉप हैट बीम के लाभों को समझना और उन्हें उत्पन्न करने के विभिन्न तरीकों से लेजर सिस्टम इंटीग्रेटर्स को उनके प्रकार के एप्लिकेशन के लिए लेजर बीम का सही प्रकार का चयन करने में मदद मिल सकती है।
गौसियन बीम के लक्षण
गॉसियन लेजर अन्य बीम प्रकार के लेजर स्रोतों की तुलना में अधिक सामान्य और लागत प्रभावी हैं। अधिकांश उच्च गुणवत्ता वाले, एकल-मोड लेजर एक बीम का उत्सर्जन करते हैं जो एक कम-क्रम गौसियन विकिरण प्रोफ़ाइल का अनुसरण करता है, जिसे TEM 00 मोड के रूप में भी जाना जाता है। कम गुणवत्ता वाले स्रोतों में अन्य लेजर मोड के कुछ हद तक मौजूद होंगे, लेकिन आमतौर पर मान लें कि लेजर में सिस्टम मॉडलिंग को सरल बनाने के लिए एक वांछनीय गौसियन प्रोफ़ाइल है।
यदि गॉसियन बीम में शीर्ष हैट बीम के समान औसत ऑप्टिकल पावर है, तो गॉसियन बीम का पीक विकिरण शीर्ष हैट बीम से दोगुना होगा। जैसा कि एक गाऊसी बीम एक ऑप्टिकल सिस्टम के माध्यम से फैलता है, यह एक गाऊसी विकिरण प्रोफ़ाइल वितरण को बनाए रखता है, भले ही शिखर की तीव्रता या बीम आकार में परिवर्तन हो। इसका मतलब यह है कि गौसियन बीम स्थिर रहता है क्योंकि यह प्रचार करता है।
गाऊसी बीम के साथ क्या समस्याएं हैं?
गॉसियन बीम की अपनी कमियां हैं। उन अनुप्रयोगों में जहां केंद्र में बीम के उच्च तीव्रता वाले हिस्से का उपयोग किया जाता है, दोनों तरफ बीम का कम तीव्रता वाला हिस्सा (तथाकथित "पंख") अक्सर बर्बाद हो जाता है, क्योंकि लेजर की तीव्रता आवेदन के लिए आवश्यक दहलीज से अधिक होती है, चाहे वह सामग्री प्रसंस्करण, लेजर सर्जरी, या अन्य अनुप्रयोग हो।
इसके अलावा, गॉसियन बीम के पंख भी लक्ष्य क्षेत्र से परे क्षेत्रों को नुकसान पहुंचा सकते हैं, जिससे गर्मी प्रभावित क्षेत्र में वृद्धि होती है। यह लेजर सर्जरी और सटीक सामग्री प्रसंस्करण जैसे अनुप्रयोगों के लिए हानिकारक है, जहां उच्च परिशुद्धता और न्यूनतम गर्मी प्रभावित क्षेत्रों को प्राथमिकता दी जाती है। नतीजतन, गाऊसी बीम के साथ संसाधित सामग्री में विशेष रूप से चिकनी किनारे नहीं होंगे, इस प्रकार सिस्टम की सटीकता को कम करना होगा।
शीर्ष टोपी बीम का उपयोग क्यों करें?
गॉसियन बीम की तुलना में, टॉप हैट बीम प्रोफाइल में विंग्ड सेक्शन नहीं होते हैं और होते हैं और स्टेटर एज ट्रांज़िशन होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अधिक कुशल तीव्रता हस्तांतरण और एक छोटी गर्मी प्रभावित क्षेत्र होता है। ]
चित्र।
टॉप हैट बीम का यह प्रमुख लाभ उन्हें कई अलग -अलग स्थितियों के लिए उपयुक्त बनाता है। लेजर-प्रेरित क्षति सीमा (LIDT) परीक्षण और अन्य मेट्रोलॉजी प्रणालियों में, शीर्ष टोपी बीम की समान तीव्रता वितरण माप अनिश्चितता और सांख्यिकीय विचरण को कम करता है। टॉप हैट बीम प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी, होलोग्राफी और इंटरफेरोमेट्री सिस्टम में भी फायदेमंद हैं।
यह आकलन करने का एक तरीका है कि क्या एक वास्तविक लेजर बीम एक आदर्श शीर्ष हैट बीम के करीब है, इसके फ्लैटनेस फैक्टर (Fη) का विश्लेषण करना है, जिसकी गणना बीम के अधिकतम विकिरण मूल्य द्वारा औसत विकिरण मूल्य को विभाजित करके की जाती है, जैसा कि आईएसओ 13694 मानक में वर्णित है।
शीर्ष टोपी बीम के नुकसान क्या हैं?
शीर्ष हैट बीम सभी अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त नहीं है। यह गॉसियन बीम के रूप में लागत प्रभावी नहीं है क्योंकि गॉसियन बीम को एक शीर्ष टोपी बीम में आकार देने के लिए एक अतिरिक्त बीम आकार देने वाले घटक की आवश्यकता होती है। यह घटक या तो सीधे लेजर स्रोत में बनाया जा सकता है या लेजर के बाहर एक सिस्टम में उपयोग किया जा सकता है। ये बीम आकार देने वाले घटक इनपुट बीम के आकार पर निर्भर करते हैं और XY विमान संरेखण के प्रति संवेदनशील होते हैं। इसके अलावा, गाऊसी बीम के विपरीत, शीर्ष हैट बीम प्रसार के दौरान स्थिर नहीं रहते हैं। इसका मतलब यह है कि एक घटना टॉप हैट बीम अपने शीर्ष टोपी के आकार को बनाए नहीं रखेगी क्योंकि यह सिस्टम के माध्यम से यात्रा करती है, और अंततः एक हवादार स्पॉट वितरण से मिलता -जुलता रहेगा।
एक शीर्ष टोपी बीम को कैसे महसूस किया जाता है?
यदि एक शीर्ष हैट बीम वांछित है, लेकिन सिस्टम की लागत बहुत सीमित है और प्रदर्शन को बहुत अधिक होने की आवश्यकता नहीं है, तो गौसियन बीम को एक छद्म-टॉप हैट प्रोफाइल बनाने के लिए एक छोटे एपर्चर का उपयोग करके शारीरिक रूप से काट दिया जा सकता है। यह विधि गौसियन बीम के दोनों पंखों से ऊर्जा को काटती है और अपशिष्ट करती है और बीम के केंद्र में तीव्रता के वितरण को भी बाहर नहीं करती है। यह विधि उपयोगी हो सकती है यदि कम लागत बनाए रखना एक प्रमुख कारक है।
उच्च-प्रदर्शन प्रणालियों के लिए, जिन्हें लेजर ऊर्जा के कुशल उपयोग की आवश्यकता होती है, बीम आकार देने वाले घटकों का उपयोग गाऊसी बीम को एक शीर्ष हेटेड बीम में आकार देने के लिए किया जा सकता है। कई अलग -अलग प्रकार के बीम आकार देने वाले घटक हैं, जिनमें अपवर्तक, चिंतनशील, होलोग्राफिक और विवर्तनिक उपकरण शामिल हैं। अपवर्तक बीम शेपिंग डिवाइस बीम के चरण को संशोधित करने के लिए फील्ड-मैप्ड एस्पेरिकल या फ्री-फॉर्म लेंस और अन्य अपवर्तक घटकों का उपयोग करते हैं (चित्र 2 देखें)। लाभ एक समान तीव्रता वितरण और एक फ्लैट चरण मोर्चा है। घटना बीम के आयाम और चरण को एक गैलिलियन या केप्लरियन लेंस असेंबली में ऑप्टिकल तत्वों द्वारा संशोधित किया जाता है। यह प्रक्रिया आमतौर पर अत्यधिक कुशल (96%से अधिक) और डिवाइस डिजाइनों की सीमा पर स्वतंत्र तरंग दैर्ध्य है। अपवर्तक बीम शेपर्स कोलाइमेटेड, टॉप हेटेड बीम का उत्पादन करते हैं जो विशेष रूप से उन अनुप्रयोगों के लिए अनुकूल हैं जो लंबी दूरी पर काम करते हैं, जैसे कि होलोग्राफिक इमेजिंग और माइक्रोस्कोपी सिस्टम।
चित्रा 2: एडलोप्टिका πshaper टॉप हैट बीम शेपर का उपयोग करके एक गौसियन बीम को एक शीर्ष टोपी बीम में आकार देना, एडमंड ऑप्टिक्स के एडलोप्टिक्स से, वेवफ्रंट एबेशन और ऊर्जा संरक्षण की स्थिति जैसे परिचालन सिद्धांतों पर आधारित है।
अन्य प्रकार के अपवर्तक बीम शेपर्स जो गाऊसी बीम को एक अर्ध-स्ट्रेट हवादार स्पॉट में आकार देते हैं। इसका लाभ यह है कि हवादार स्पॉट, जब एक विवर्तन-सीमित लेंस सेट द्वारा ध्यान केंद्रित किया जाता है, एक शीर्ष टोपी प्रोफ़ाइल के साथ एक ध्यान केंद्रित बिंदु बनाता है। कई अनुप्रयोगों में जैसे कि माइक्रोमैचिनिंग, लिथोग्राफी और माइक्रोवेल्डिंग, फोकसिंग पॉइंट के लिए एक शीर्ष हैट प्रोफाइल की आवश्यकता होती है।
दूसरी ओर, डिफ्रेक्टिव बीम शेपर्स, अपवर्तन के बजाय विवर्तन का उपयोग करते हैं, घटना लेजर बीम की तीव्रता वितरण को बदलने के लिए। विशिष्ट माइक्रो- और नैनोस्ट्रक्चर एक सब्सट्रेट पर एक नक़्क़ाशी प्रक्रिया का उपयोग करके एक सब्सट्रेट पर तैयार किए जाते हैं, जो विवर्तनिक तत्वों को बनाने के लिए तैयार होते हैं। विवर्तनिक तत्व का प्रभाव और तरंग दैर्ध्य सीमा आमतौर पर संरचना की ऊंचाई और क्षेत्र रिक्ति पर निर्भर करती है। इसलिए, प्रदर्शन त्रुटियों से बचने के लिए डिज़ाइन किए गए तरंग दैर्ध्य रेंज के भीतर विवर्तनिक ऑप्टिकल तत्वों का उपयोग किया जाना चाहिए।
डिफ्रेक्टिव बीम शेपर्स अपवर्तक बीम शेपर्स की तुलना में विचलन कोण, संरेखण और बीम की स्थिति के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं। हालांकि, डिफ्रेक्टिव बीम शेपर्स को अंतरिक्ष-विवश लेजर सिस्टम में एक विशेष लाभ होता है, क्योंकि वे आमतौर पर कई अपवर्तक लेंस के बजाय एक एकल विवर्तनिक तत्व से होते हैं, और शीर्ष हैट बीम और हवादार दोनों स्पॉट बना सकते हैं।
लेजर बीम इंटीग्रेटर्स, या होमोजेनर, एक अन्य प्रकार के बीम शेपिंग घटक हैं। वे छोटे लेंस की एक सरणी से मिलकर बनते हैं जो घटना को प्रकाश को छोटे बीम में अलग करते हैं। एक फ़ोकसिंग लेंस तब लक्ष्य विमान पर छोटे बीम को सुपरइम्प करता है। अंतिम आउटपुट बीम सरणी में प्रत्येक छोटे लेंस द्वारा उत्पादित विवर्तन पैटर्न का योग है। वे घटना गाऊसी बीम को एक समान शीर्ष टोपी प्रोफ़ाइल में आकार दे सकते हैं। हालांकि, ये सिस्टम अक्सर यादृच्छिक विकिरण में उतार -चढ़ाव का सामना करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप आउटपुट बीम प्रोफ़ाइल होती है जो पूरी तरह से तीव्रता की समान नहीं होती है। तालिका 1 विभिन्न बीम शेपर्स की तुलना करती है।
टॉप हैट बीम विभिन्न प्रकार के लेजर सिस्टम के लिए उपयुक्त हैं जहां सटीकता और दक्षता लागत से अधिक महत्वपूर्ण हैं। बाजार में वर्तमान में अपवर्तक, विवर्तनिक और अन्य प्रकार के बीम शेपर्स के साथ, लेजर सिस्टम इंटीग्रेटर्स के पास बीम शेपर का चयन करते समय विभिन्न प्रकार के विकल्प होते हैं।
