En ny måde at observere laserinteraktioner på kan forbedre laserbaseret fremstilling

På trods af den enorme mængde forskning gennem årtier i laser og deres applikationer, forskere har svært ved nøjagtigt og direkte at observere fine detaljer om deres interaktioner med materialer. For første gang, forskere har fundet en måde at erhverve sådanne data fra en produktionslaser ved hjælp af billigt udstyr. Teknikken kan i høj grad forbedre nøjagtigheden af ​​genstande, der er skåret eller ætset med lasere. I betragtning af laserens allestedsnærværende, dette kan have vidtrækkende konsekvenser i laboratoriet, kommercielle og industrielle applikationer.

Lasere bruges i en overordentlig bred vifte af applikationer i den moderne verden. Især et område, der bliver stadig vigtigere, er fremstilling, da præcisionsniveauet, hvormed en laser kan fungere, er langt større end tilsvarende fysiske værktøjer. Imidlertid, dette præcisionsniveau kunne være endnu højere i teorien, fører til en ny generation af endnu uanede teknologier. En væsentlig måde, hvorpå laserpræcisionen kan forbedres, er et bedre middel til at få feedback på den måde, laseren interagerer med et materiale. Det ville give større kontrol og mindre usikkerhed ved skæring og ætsning af en produktionslaser. Dette problem har vist sig overraskende svært at tackle indtil nu.

"At måle, hvor langt ind i en overflade en laser har skåret, kræver ofte titalls eller hundredvis af dybdeaflæsninger. Dette er en betydelig barriere for hurtige, automatiserede laserbaserede produktionssystemer, "sagde professor Junji Yumoto fra Institut for Fysik ved University of Tokyo." Så vi har udtænkt en ny måde at bestemme og forudsige dybden af ​​et hul, der frembringes af laserpulser baseret på en enkelt observation frem for tiere eller hundredvis. Denne opdagelse er et vigtigt skridt fremad i forbedringen af ​​kontrollerbarheden af ​​laserbehandling. "

Yumoto og hans team forsøgte at bestemme dybden af ​​et laserhul ved hjælp af den minimale mængde information. Dette fik dem til at se på det, der er kendt som en laserpuls fluens, som er den optiske energi, pulsen afgiver over et givet område. Indtil for nylig, dyrt billeddannelsesudstyr var påkrævet for at observere denne fluence, og manglede tilstrækkelig opløsning. Men takket være udviklingen inden for andre områder inden for elektronik og optik, et relativt simpelt Raspberry Pi kamera Version 2 viste sig egnet til jobbet.

Da deres testlaserapparat lavede et hul på safir, kameraet registrerede direkte fluensfordelingen af ​​en laserpuls. Derefter målte et lasermikroskop hulformen. Ved at overlejre disse to resultater og bruge moderne numeriske metoder, teamet producerede et stort og pålideligt datasæt, der nøjagtigt kunne producere forholdet mellem fluens og huldybde.

"Dette ville svare til ekstraktionen af ​​omkring 250, 000 datapunkter fra en enkelt måling, "sagde Yumoto." Vores nye metode kunne effektivt levere store data til maskinlæring og nye numeriske simuleringsmetoder for at forbedre nøjagtigheden og kontrollerbarheden af ​​laserbehandling til fremstilling. "