Mengapa Menggunakan Sinar Laser Top Hat/Flat Top?

Sebagian besar sinar laser adalah Gaussian, tetapi dalam beberapa kasus mungkin bermanfaat untuk memiliki profil radiasi non-Gaussian. Distribusi radiasi simetris dari berkas Gaussian berkurang dengan bertambahnya jarak dari pusat penampang sinar laser. Balok flat-top atau top-hat memiliki distribusi radiasi yang konstan di seluruh penampang sinar laser (Gambar 1). Beberapa aplikasi yang mendapat manfaat dari intensitas konstan pada area tertentu meliputi pemrosesan wafer semikonduktor, konversi frekuensi nonlinear pada tingkat daya tinggi, dan pemrosesan material. Balok bagian atas datar biasanya menghasilkan hasil yang lebih akurat dan dapat diprediksi, seperti potongan yang lebih tajam dan tepi yang lebih tajam, daripada balok Gaussian, tetapi dilengkapi dengan kerumitan dan biaya sistem tambahan.

Gambar 1: Balok Gaussian membuang energi melalui energi berlebih yang lebih tinggi dari ambang yang diperlukan untuk aplikasi dan energi yang lebih rendah dari ambang di bagian luar balok gaussian. Top hat/flat top beams lebih efisien karena melebihi ambang batas sambil meminimalkan energi yang terbuang.

 

 

Balok Gaussian
Laser mode tunggal berkualitas tinggi menghasilkan distribusi radiasi gaussian orde rendah, mode TEM00. Sinar gaussian dengan daya optik rata-rata yang sama dengan sinar laser top hat/flat top memiliki kerapatan energi puncak dua kali lipat dari sinar laser top hat/flat top (gambar 2). Balok gaussian tetap konstan di bawah transformasi; oleh karena itu, saat balok merambat melalui sistem, profil balok tetap terdistribusi gaussian bahkan jika ukuran balok berubah. Ini karena transformasi fourier dari fungsi gaussian adalah fungsi gaussian lainnya. Cahaya mengalami transformasi fourier dengan merambat hingga tak terhingga atau dengan memfokuskan melalui lensa sempurna. Untuk mempelajari lebih lanjut tentang mode laser seperti TEM00, kunjungi catatan aplikasi mode resonator laser kami.

Gambar 2: Balok atas Gaussian dan datar pada kekuatan optik yang sama, menunjukkan intensitas puncak balok Gaussian adalah dua kali lipat dari balok atas datar.

Laser Gaussian lebih umum dan hemat biaya daripada laser lainnya, tetapi memiliki beberapa kelemahan, seperti "sayap" atau daerah intensitas rendah yang memanjang dari pusat sinar yang dapat digunakan. Jika intensitas sayap balok Gaussian di bawah ambang batas yang diperlukan untuk aplikasi, ini biasanya menghasilkan energi yang terbuang (Gambar 1). Mereka juga menyebabkan kerusakan pada area sekitarnya dan memperluas zona yang terkena panas, yang dapat merusak aplikasi seperti operasi laser dan pemrosesan material presisi. Memotong atau membentuk fitur halus dengan balok Gaussian menghasilkan presisi yang lebih rendah dibandingkan dengan top hat/flat top beam karena zona balok yang terkena panas lebih besar, membuat top hat/flat top beams menjadi pilihan yang lebih baik untuk aplikasi semacam itu.

 

 

Top Hat/Flat Top Balok

Salah satu cara untuk mengevaluasi seberapa dekat balok nyata dengan balok atas rata yang ideal adalah dengan faktor kerataan (F_η). Ini ditentukan dengan membagi nilai radiasi rata-rata dengan nilai radiasi maksimum seperti yang dijelaskan.

 

Fη=Iradiasi Rata-Rata / Iradiasi Maksimum

 

Tidak adanya sayap dan transisi tepi yang lebih curam pada top hat/flat top beams memungkinkan transfer energi yang lebih efisien dan pengurangan zona yang terpengaruh panas. Hal ini bermanfaat untuk berbagai aplikasi yang mengutamakan akurasi tinggi dan meminimalkan kerusakan pada area sekitarnya. Dalam aplikasi metrologi seperti pengujian laser-induced damage threshold (LIDT), profil top hat/flat top beam yang seragam dan terdefinisi dengan baik mengurangi ketidakpastian pengukuran dan varians statistik.

 

Top hat/flat top beam tidak seefektif biaya Gaussian beams karena komponen pembentuk sinar tambahan diperlukan untuk mengubah output laser menjadi top hat/flat top beam (Gambar 3). Komponen pembentuk sinar ini dapat dibangun ke dalam sumber laser atau ditempatkan di luar laser. Pembentuk balok tambahan ini peka terhadap penyelarasan xy dan bergantung pada diameter balok masukan. Sinar laser top hat/flat top tidak tetap konstan di bawah transformasi. Oleh karena itu, profil balok insiden top hat/flat top beam tidak dipertahankan secara alami saat balok merambat. Transformasi Fourier dari fungsi top hat/flat top adalah fungsi Airy spot, yang berarti top hat/flat top beam pada akhirnya akan berkembang menjadi Airy spot.

Gambar 3: Animasi profil balok yang mengkonversi antara distribusi Gaussian dan distribusi flat top.

 

 

Penggunaan sinar laser topi tinggi/topi datar menawarkan berbagai manfaat untuk berbagai aplikasi industri dan ilmiah. Dengan distribusi energi yang seragam dan kemampuan untuk mengurangi pelensaan termal dan ukuran titik, sinar jenis ini dapat membantu meningkatkan presisi, konsistensi, dan efektivitas berbagai proses laser.

 

SDQY Laser adalah pabrik mesin pembersih laser dengan kekuatan teknis. Kami memiliki tim R&D profesional untuk menyediakan pelanggan dengan peralatan pembersih laser berkualitas tinggi dan berkinerja tinggi, termasuk 200w, 300w, 500w top-hat/flat-top beams dan 100w 200w 300w 1000w mesin pembersih laser Gaussian beam. Pada saat yang sama, kami juga dapat menyediakan solusi pembersihan laser otomatis yang disesuaikan dengan kebutuhan pelanggan untuk memenuhi kebutuhan pelanggan yang berbeda.

Dalam pengembangan di masa mendatang, kami akan terus menjunjung tinggi prinsip "kualitas pertama, layanan pertama", terus meningkatkan kualitas produk dan layanan, dan menyediakan solusi pembersihan laser yang lebih baik kepada pelanggan. Selamat datang pelanggan dari semua lapisan masyarakat untuk menghubungi kami dan menciptakan masa depan yang lebih baik bersama!