OBRADA MATERIJALA LASEROM

Micromachining Bušenje, sečenje, varenje,

markiranje Obrada površina (...šaranje) Modifikovanje osobina površine

(kaljenje) Čišćenje i dekontaminacija Sterilizacija

KARAKTERISTIKE DEJSTVA fs LASERSKOG IMPULSA

Impulsi su toliko kratki, da se završe pre nego što bilo kakvi relaksacioni procesi otpočnu.

Visoki intenziteti koji mogu da izazovu nelinearnu apsorpciju.

KRATKI IMPULSI

200 fs

1 ps

10 ps

100 ps – 100 ns

LASER --- elektron

elektron --- elektron

elektron --- rešetka

rešetka --- rešetka

Impulsi su toliko kratki, da se završe pre nego što bilo kakvi relaksacioni procesi otpočnu.

Energija lasera se apsorbuje tako da se zagreju samo elektroni, dok joni rešetke ostaju hladni.

VISOKI INTENZITET> 1012 W/cm2

I pri malim energijama impulsa, dostižu se intenziteti koji mogu da pokrenu nelinearne mehanizme apsorpcije.Berov zakon ne važi, a može da dođe i do apsorpcije u materijalima koji tu talasnu dužinu inače ne apsorbuju.

Trodimenzionalno graviranje

ABLACIJA (OŠTEĆENJE)

200 fs

1 ps

10 ps

100 ps – 100 ns

LASER --- elektron

elektron --- rešetka

rešetka --- rešetka

elektron --- elektron

Visok intenzitetMala energija “čista” ablacija

Čista ablacija(bez kolateralne štete) Elektroni su “pregrejani”

Oni su odgovorni za ablaciju: stvaraju plazmu i vrše pritisak na rešetku...... razaraju je.

Ablacija sa kolateralnom štetomElektroni NISU pregrejani. Predaju energiju rešetki, pa ona vrši

ablaciju.

Kolateralna šteta od:topljenja,isparavanja,hidrodinamičkih efekata

Prag oštećenja Fth

Fth = fluens praga oštećenjaρ= gustinaΩ= spec. toplota isparavanjaα= koeficijent apsorpcijeNe zavisi od dužine impulsa!

Femtosekundni:

Nanosekundni:

D= koeficijent difuzijeτ= vreme trajanja impulsa

Otvori manji od širine snopa

Kontrolisano bušenje slojeva

Al2O3

TiAlN

čelik

200 fs; 1,7 μ J

Profilometrijska analiza

200 fs, 10 μJ

Oštar prag po dubini

1,7 μJ 1,2 μJ

Bušenje visokom repeticijom .......

Šaranje (patterning)

Paralelne površinske strukture (PSS, ripples)

Uzrok formiranja ?

Talasi su normalni na vektor polarizacije.

Period d proporcionalan je talasnoj dužini lasera λ:

η = efektivni indeks prelamanjaθ= upadni ugao snopa

Teorija o interakciji rasejanih zraka sa upadnim laserom

Sub-λ periode

Talasna dužina lasera λ

Period šara d

1064 nm 800 nm

532 nm 400 nm

266 nm 200 nm

Laser: 40 ps

Teorija: interakcija površinskih plazmona sa upadnim laserom.

Sa većim brojem impulsaperioda se smanjuje.

Skeniranje laserom

Steel OCR 60 - AISI 440B (Cr) and scan with 200 fs pulses at 755 nm, 2 kHzScan speed s = 0.05, 0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 and 1 cm/s(denoted 1-7)Energy per pulse Ep=0.9, 1.25, 1.75, 2.7, 3.6 µJFluence: 0.84, 0.116, 0.163, 0.251, 0.335 J/cm2

(denoted A,B,C,D, E)Average power density 0.5 I 36.7 W/cm2

Spot diameter = 37 m (1/e2)

Es

Steel AISI 440B (Cr) and scan with 200 fs pulses at 755 nm, 2 kHz

Steel AISI 440B (Cr) and scan with 200 fs pulses at 755 nm, 2 kHz

Periodičnost u funkciji energije i broja impulsa

energija [J]

period [m]v = 0.5 mm/s

period [m]v = 1 mm/s

period [m]v = 2 mm/s

period [m]v = 4 mm/s

period [m]v = 6 mm/s

period [m]v = 8 mm/s

period [m]v = 10 mm/s

0.9 - - - - - - -

1.2 0.309 0.328 0.148 0.108 (naziru se) - - -

1.7 0.354 0.336 0.343 0.632 (udvojene) - - -

2.7 0.372 0.342 0.377 0.554 0.634 0.651 0.655

3.6 0.413 0.432 0.565(udvojene) 0.581 0.603 0.609 0.627

Impulsa N = 148 N= 74 N=37 N=18.5 N=12.3 N=9 N=7.4

AFM slike slojevite strukture (Al/Ti)x8/Si posle 200 laserskih impulsa od 150 ps.

AFM images

• Period: ~ 0.7 - 1.4 m• Amplitude: 40 - 120 nm

Upotreba za holografsko markiranje ?

Tim

dr Suzana Petrovićdr Jelena Stašićdr Davor Peruškomr Dubravka Milovanovićdr Peter Panjan et al. (SLO)dr Ion Mihailescu et al. (RO)dr Dmitri Batani et al. (IT)dr Aleksandar Krmpotdr Brana Jelenkovićdr Aleksandar Kovačević...