Awọn ọna Apẹrẹ Bessel Beam

Láti yọ́ àwọn ohun èlò ní ẹ̀gbẹ́ méjèèjì ìsopọ̀ náà lẹ́ẹ̀kan náà kí a sì fi ìsopọ̀ àgbègbè kékeré alágbára gíga múlẹ̀, a gbọ́dọ̀ dojúkọ ibi ìfojúsùn lésà náà dáadáa, èyí tí ó ń béèrè fún ìpéye ìṣiṣẹ́ ti ètò ìsopọ̀ náà. Ní àfikún, nítorí ìpele gíga ti agbára axial ti Gaussian beam lẹ́yìn tí a bá fi ìfojúsùn sí i, ìwọ̀n otútù pápá focal kò dọ́gba, èyí tí ó mú kí ó lè ṣẹ̀dá àwọn àbùkù micro- àti nano-void ní agbègbè tí lésà náà ti kàn, èyí tí ó sì ní ipa lórí dídára ìsopọ̀ náà.

A le lo imọ-ẹrọ ìṣẹ̀dá ìmọ́lẹ̀ ààyè láti ṣe àwọn ìtànṣán Bessel tí kò ní ìpele kankan láti mú kí ìpínkiri agbára ti pápá ìfọ́kànsí léésà dára síi. Ọ̀nà yìí dín ìpele agbára axial kù ó sì fa gígùn ìfọ́kànsí gùn, nípa bẹ́ẹ̀ ó ń mú kí ìpíndọ́gba jíjìn sí ìwọ̀n ti agbègbè ipa ooru tí léésà ṣẹ̀dá pọ̀ sí i. Nítorí náà, ó ń dín àwọn ohun tí a nílò fún ìfọ́kànsí ti ètò ìfọ́kànsí léésà kù, ó sì ń mú kí dídára àti ìṣiṣẹ́ lílò sunwọ̀n síi.

1. Ìṣẹ̀dá àti Ìlànà Pàtàkì ti Àwọn Ìlà Bessel Tí Kò Ní Ìyàtọ̀

Ní ọdún 1987, Durnin kọ́kọ́ dábàá ìtànṣán Bessel tí ó ní ìpele òdo, èyí tí ó fi àwọn ànímọ́ aláìlẹ́gbẹ́ hàn: ìpínkiri agbára ìtànṣán ìmọ́lẹ̀ rẹ̀ kò yí padà nígbà ìtànṣán, àti pé ìwọ̀n àmì àárín náà máa ń sún mọ́ ààlà ìtànṣán. Ní àfikún, àwọn ìtànṣán Bessel tún máa ń fi agbára ìwòsàn ara-ẹni hàn nígbà ìtànṣán. Nígbà tí àmì àárín bá dí, ìmọ́lẹ̀ tí ó yí i ká yóò wọ́pọ̀ sí àárín láti “túnṣe” àmì àárín náà. Ìfihàn ìṣirò fún ìpínkiri pápá ìmọ́lẹ̀ tí ó ní ìpele òdo ni:

Nínú gbólóhùn náà:

• J0 dúró fún iṣẹ́ Bessel tí a yàn fún ìpele òdo.
• r àti φ ni àwọn èròjà ìṣọ̀kan radial àti angular, ní ìtẹ̀léra.
• z ni ijinna itankale.
• Kr àti Kz jẹ́ àwọn èròjà ìgbì omi onígun méjì àti onígun mẹ́rin, ní ìtẹ̀léra.

Ààmì pàtàkì àárín gbùngbùn ìtànṣán Bessel tí ó ní ìpele òdo ní agbára ìdènà tó lágbára, èyí tí ó fún ni láàyè láti gba ìpele ìtànṣán ní ìpele TW/cm² tàbí jù bẹ́ẹ̀ lọ, èyí tí ó lè mú kí ìfàmọ́ra tí kò ní ìlà nínú àwọn ohun èlò náà pọ̀ sí i. Èyí tí ó ṣe pàtàkì jùlọ ni pé, ìfàmọ́ra tí kò ní ìyàtọ̀ nínú ìtànṣán Bessel tí ó ní ìpele òdo ní ìjìnlẹ̀ ìfojúsùn àti ìpele agbára axial tí ó kéré síi, èyí tí ó ń ṣẹ̀dá pápá ìgbóná tí ó fẹ́rẹ̀ẹ́ dọ́gba tí ó sì ń dín ìṣẹ̀dá àwọn àbùkù ìsopọ̀mọ́ra kù.

Àwòrán tó tẹ̀lé yìí fi ìfiwéra gígùn ìfọ́mọ́ra àwọn ìpọ́mọ́ra Bessel àti àwọn ìpọ́mọ́ra Gaussian hàn lábẹ́ agbára ìdènà ìfàsẹ́yìn kan náà. Àwọn ìpọ́mọ́ra Bessel ní ìjìnlẹ̀ ìfọ́mọ́ra tó pọ̀ nígbà tí wọ́n ń pa ìwọ̀n ìlà ojú ìfọ́mọ́ra oníwọ̀n ìpele kan mọ́.

Ọ̀pọ̀lọpọ̀ ọ̀nà ló wà láti ṣe àwọn igi Bessel tí a kò fi bẹ́ẹ̀ tò, àti àwọn ọ̀nà pàtàkì mẹ́ta wọ̀nyí ló wọ́pọ̀:

Ọ̀nà Ìlànà Ìlànà: Gẹ́gẹ́ bí orúkọ rẹ̀ ṣe sọ, ọ̀nà ìlànà ìlànà ìlànà ìlànà ìlànà jẹ́ lílo ìlànà ìlànà ìlànà láti ṣe àwọn ìlànà Bessel. Èyí tún ni ọ̀nà àkọ́kọ́ tí ó ṣe àṣeyọrí fún ṣíṣe àwọn ìlànà Bessel. Àwòrán tí ó wà ní ìsàlẹ̀ yìí ṣàfihàn ọ̀nà ìlànà ...

Lẹ́yìn náà, lẹ́ńsì rere kan ṣe àyípadà Fourier, èyí tí yóò yọrí sí ìṣẹ̀dá ìtànṣán Bessel kan lẹ́yìn lẹ́ńsì náà. Ìjìnnà ìtànṣán tí kò yàtọ̀ síra Zmax ní í ṣe pẹ̀lú ìwọ̀n d ti slit annular àti ihò nọ́mbà ti lẹ́ńsì náà.

Bó tilẹ̀ jẹ́ pé ọ̀nà yìí lè mú kí àwọn ìtànṣán Bessel tí kò ní ìpele tó yẹ jáde, agbára ìyípadà agbára kéré gan-an, èyí tó mú kó ṣòro láti lò ó ní àwọn pápá iṣẹ́ lílo lésà.

Ọ̀nà Ìmúdàgba Ìmọ́lẹ̀ Àyíká: Ìlànà ìṣẹ̀dá ìmọ́lẹ̀ Bessel tí ó ní ìpele òdo jẹ́ ìlànà pàtàkì láti yí ìpínkiri ìpele ìmọ́lẹ̀ náà padà. Nítorí náà, a lè ṣe ìmúdàgba ìmọ́lẹ̀ Bessel tí ó ní ìpele òdo nípa lílo ohun èlò ìmúdàgba ìmọ́lẹ̀ àyíká. Ohun èlò ìmúdàgba ìmọ́lẹ̀ àyíká jẹ́ irú ohun èlò ìmúdàgba ìmọ́lẹ̀ optoelectronic tí ó ń ṣàkóso agbára pápá ìmọ́lẹ̀ àti ìpínkiri ìpele nípasẹ̀ àwọn àmì iná mànàmáná. A lè ṣe ìmúdàgba Bessel tí ó ní ìpele òdo nípa lílo ìpele lẹnsi conical, gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn nínú àwòrán ìsàlẹ̀, sí ibi iṣẹ́ ti ohun èlò ìmúdàgba ìmọ́lẹ̀ àyíká.

Ọ̀nà Axicon: Axicon jẹ́ ọ̀kan lára ​​àwọn èròjà diffractive tí a sábà máa ń lò jùlọ láti mú àwọn ìtànṣán Bessel jáde. Nígbà tí ìtànṣán Gaussian bá ń ṣẹlẹ̀ lórí rẹ̀ tí ó sì ń kọjá nínú axicon, a máa ń ṣe àtúnṣe ìpínkiri rẹ̀, a sì máa ń yí i padà sí ìtànṣán Bessel tí kò ní ìpele kankan láìsí àdánù agbára, gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn nínú àwòrán ní ìsàlẹ̀ yìí.

Nítorí iye owó tí ó kéré, ìrọ̀rùn lílò, àti ìbàjẹ́ léṣà gíga ti àwọn axicon gilasi, àti bí wọ́n ṣe ń lo agbára wọn lọ́nà gíga, àwọn axicon ni àṣàyàn àkọ́kọ́ fún ṣíṣe àwọn ultrashort pulse bells Bessel nínú iṣẹ́ ṣíṣe léṣà. Àwòrán tí ó wà ní ìsàlẹ̀ yìí fi àwòrán bí straining beals ṣe dínkù àti transmission ti zero-order beam Bessel. Nípa ṣíṣe àtúnṣe ìgbéga àti ìtọ́sọ́nà ti ètò àwòrán 4f, a lè ṣàkóso ijinna ìdàgbàsókè tí kò ní diffractive, igun half-cone, àti igun títẹ̀ ní ìtọ́sọ́nà ìdàgbàsókè ti Bessel beam ní ìrọ̀rùn.

Nígbà tí ìró Bessel tí ó ní ìpele òdo pẹ̀lú igun ìdajì konu ti Ɵ1 àti ijinna ìdàgbàsókè tí kò ní ìyípadà ti Zmax bá kọjá nípasẹ̀ ètò 4f tí ó ní lẹ́ńsì (L1) àti lẹ́ńsì objective (L2), àwọn ìwọ̀n onígun mẹ́rin náà yóò túbọ̀ jẹ́ kí a tẹ̀ síwájú. Ìtóbi ẹ̀gbẹ́ jẹ́ bíi M=f1/f2=5, ìtóbi gígùn sì jẹ́ bíi M2=25. Nítorí náà, àwòrán ìkẹyìn ti ìró Bessel tí ó ní ìpele òdo nínú àpẹẹrẹ náà lè jẹ́ àfihàn nípasẹ̀ àwọn pàrámítà onígun mẹ́rin:

Àwọn pàrámítà onípele-ẹ̀rọ ti Bessel beam tí a yàwòrán nínú àpẹẹrẹ gilasi quartz lábẹ́ oríṣiríṣi igun konu àti àwọn ìgbéga ìfúnpọ̀ beam.

Pínpín agbára pápá ìfojúsùn ti ìró Bessel kan

• r àti z: Àwọn ẹ̀yà ara ìṣọ̀kan radial àti axial, lẹ́sẹẹsẹ.
• λ: Iwọ̀n gígùn àárín ti lésà.
• w: rédíọ̀mù 1/e² ti ìṣẹ̀lẹ̀ náà. Ìlà Gaussian.
• P0: Agbara giga ti lesa pulse ultrashort.
• β1: Igun idaji-konu ti bessel beam lẹhin titẹku beam.
• k: Fẹ́kítà ìgbì.
• J0: Iṣẹ́ Bessel tí a yàn fún òdo.

Pínpín kíkankíkan ti ìpele odo Bessel beam inu gilasi quartz: Ni apa osi ni pinpin iwuwo agbara opitika wa ni itọsọna itankale ati wiwo apa agbelebu, ati ni apa otun ni pinpin iwuwo agbara opitika wa ni apa axis ati wiwo apa agbelebu

2. Àwọn Àbùdá Femtosecond Pulse Bessel Beam nínú Fúsed Silica Gilasi

Àwòrán (a) fi àwọn micrographs ti ìbáṣepọ̀ láàárín femtosecond pulse beams Bessel àti fused silica glass hàn ní oríṣiríṣi agbára pulse. Fífẹ̀ pulse lesa náà dúró ní 220 fs, àti igun ààbọ̀-kónú ti pulse Bessel nínú àyẹ̀wò náà jẹ́ 12.4°. A lè ṣàkíyèsí pé agbègbè tí laser náà ní ipa lórí fi ìṣètò onípele kan hàn. Nígbà tí agbára pulse lesa bá kéré sí 9.5 μJ, àtọ́ka refractive ti ohun èlò ní agbègbè focal pọ̀ sí i, ó sì farahàn gẹ́gẹ́ bí agbègbè dúdú nínú micrograph náà.

Nígbà tí agbára ìlù lésà bá ju 9.5 μJ lọ, àmì ìtúnṣe ti ohun èlò tí ó wà ní agbègbè ìfọ́kànsí dínkù, ó farahàn gẹ́gẹ́ bí agbègbè funfun nínú micrograph, gígùn agbègbè funfun náà sì ń pọ̀ sí i pẹ̀lú agbára ìlù tí ń pọ̀ sí i. Nípa dídán àpẹẹrẹ náà, a kíyèsí àwọn ànímọ́ ìrísí ti agbègbè funfun ní agbára ìlù tí ó jẹ́ 15.4 μJ lábẹ́ microscope electron scanning, gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn nínú Àwòrán (b). A lè parí èrò sí pé nanopore kan tí ó ní ìwọ̀n ìlà-oòrùn tó tó 200 nm ni a ṣẹ̀dá ní agbègbè náà pẹ̀lú àtọ́ka ìlù tí ó dínkù.

Nípasẹ̀ ìtẹ̀síwájú ion beam àti àwọn ètò ìwòye electron microscope in-situ, a tún fìdí rẹ̀ múlẹ̀ pé nanopore náà wà (Àwòrán c). Nítorí náà, láti dín ìṣẹ̀dá àwọn àbùkù tí laser fa kù, agbára ìlù kan ṣoṣo kò gbọdọ̀ ju 9.5 μJ lọ nígbà tí a bá ń hun án.

3. Ṣíṣe àṣeyọrí Micro-Welding Didara-giga láàrin àwọn Gíláàsì Silica tí a fi sí ara wọn nípa lílo Bessel Ultrashort Pulse Laser.

Àwòrán (a) fi àwòrán onígun mẹ́rin tí a fi ń wo ojú ìsopọ̀mọ́ra àyẹ̀wò hàn. A lè rí i pé ìlà onísopọ̀mọ́ra lésà náà dọ́gba, ó sì mọ́lẹ̀. Bó tilẹ̀ jẹ́ pé àwọn àbùkù onígun mẹ́rin díẹ̀ ṣì wà ní agbègbè onísopọ̀mọ́ra, ní gbogbogbòò, ó dára ju ìlà onísopọ̀mọ́ra lésà Gaussian lọ. Àwọn ìwọ̀n fihàn pé ìwọ̀n ìlà onísopọ̀mọ́ra náà tó nǹkan bí 18 μm, àti pé àlàfo láàrín àwọn ìlà onísopọ̀mọ́ra náà jẹ́ 40 μm. Àwòrán (b) fi àwòrán onígun mẹ́rin tí a fi ń wo ojú ìsopọ̀mọ́ra àyẹ̀wò hàn.

A le rii pe aafo laarin awọn ayẹwo naa parẹ patapata lẹhin sisẹ lesa, ati pe ohun elo ti o wa nitosi wiwo naa ti dapọ mọ ohun kan ṣoṣo lẹhin ti o ti kọja ilana itutu ooru-yo. Awọn wiwọn fihan pe ijinle agbegbe yo ooru ti lesa fa de to 227 μm. Eyi tọka si pe lakoko alurinmorin lesa pẹlu awọn paramita wọnyi, ijinle ipo idojukọ le de to 227 μm, eyiti o jẹ igba mẹrin ti alurinmorin lesa Gaussian labẹ awọn ipo kanna.

4. Nibo ni a le ra awọn lẹnsi Bessel?

Opto-Electronic Wavelength ní àwọn lẹ́nsì Bessel tó ga tí a ń lò nínú iṣẹ́ ṣíṣe lésà. Ìyípadà ìjìnlẹ̀ ìfọkànsí ti ìbújáde nípa ṣíṣe àtúnṣe ìwọ̀n ìbújáde náà ni ohun tó fani mọ́ra jùlọ nínú ètò optíkì Bessel yìí.