Procesamiento de interferencias láser

Introducción

Los capítulos anteriores tratan principalmente con el procesamiento de materiales con un solo haz de láser (como en perforación, corte) o con múltiples vigas de diferentes fuentes láser (como en la configuración del láser). Los nuevos métodos de procesamiento de materiales pueden serdesarrollado basado en los patrones de interferencia producidos por la superposición de dos o más vigas láser. Históricamente, los fenómenos de interferencia han sido los medios para establecer la naturaleza de las ondas de la luz y han encontrado una práctica significativaAplicaciones en espectroscopía y metrología (Born y Wolf 1980). Recientemente, los fenómenos de interferencia se han utilizado para el procesamiento de la superficie de los materiales en una amplia gama de aplicaciones, como micromachina y biomédica.aplicaciones. El procesamiento de interferencia láser es una técnica relativamente nueva que encuentra una mayor utilización en las áreas de procesamiento de materiales de superficie de área extendida. Este capítulo analiza brevemente la teoría y las aplicaciones deFenómenos de interferencia láser en el procesamiento de la superficie de los materiales.

Teoría de la interferencia

Cuando un haz de luz se divide por un aparato adecuado en dos o más haces que posteriormente se superponen, la intensidad en la región de superposición muestra la variación única. La intensidad en la región de superposiciónVaría de punto a punto entre los máximos (excediendo la suma de las intensidades en las vigas) y los mínimos (pueden ser cero). Esta superposición de dos o más vigas se conoce como interferencia. Los patrones de interferencia generalmente se obtienenpor la superposición de vigas que son coherentes entre sí. Las vigas que provienen de diferentes fuentes son mutuamente incoherentes y no se observa interferencia generalmente en una condición experimental común. Sin embargo, si las dos vigasoriginados de la misma fuente, las fluctuaciones en el haz generalmente están correlacionadas y se dice que las vigas son completamente o parcialmente coherentes. La superposición de tales vigas coherentes que se originan en la misma fuente da lugar aPatrones de interferencia. Hay dos métodos para obtener vigas de una sola fuente: división del frente de onda y división de amplitud. En el primer método, un haz se divide por el paso a través de

Fig. 11.1 La disposición experimental básica para el procesamiento de interferencia láser de dos haz.

(Reimpreso de Daniel et al. 2003. Con permiso. Copyright Elsevier.)

Aperturas adyacentes. En el otro método, un haz se divide por superficies parcialmente reflejadas donde se refleja una parte de la luz y se transmite la otra parte (Born y Wolf 1980). En la mayoría de los métodos de procesamiento de interferencia láser,Se utilizan dispositivos ópticos, como los divisores de haz que dividen un haz de luz en dos reflejando y transmitiendo parcialmente un haz. En una disposición simplificada, un divisor de haz consta de dos prismas de vidrio triangular que se unenjuntos en la base usando resina adecuada. En otras disposiciones, las películas delgadas depositadas en superficies de vidrio que mejoran la reflectividad se pueden usar como divididores de haz. Un divisor de haz en un interferómetro divide un haz incidente en dosvigas.

La disposición experimental típica para el procesamiento de materiales utilizando la técnica de interferencia de dos haz se muestra en la figura 11.1. Los diversos elementos de esta disposición son la fuente láser, el interferómetro y la superficie de imágenes (Daniel et al.2003).

La geometría de los patrones de interferencia formados por la superposición de dos o más vigas coherentes y polarizadas linealmente depende de la longitud de onda y el ángulo entre las vigas.Donde yo es la intensidad de un haz láser, I es la longitud de onda, Q es el ángulo entre las vigas y L es el período. La superposición de dos vigas produce un patrón de interferencia con el campo de luz modulado espacialmente con intensidadDistribución oscilando entre cero y 4i.

11.3 Interferometría para el procesamiento superficial de materiales 453

Fig. 11.2 Varias estructuras geométricas unidimensionales y bidimensionales que pueden producirse por interferencia de tres haz

patrones por ángulo variable e intensidad de los haces láser (reimpreso de Mücklich et al. 2006. conpermiso. Copyright Hanser.)

Se pueden obtener patrones periódicos bidimensionales y tridimensionales aumentando el número de vigas. La distribución de intensidad resultante de la superposición de cuatro vigas viene dada por (Kondo et al. 2001).

La superposición de cuatro vigas produce el patrón de interferencia con un campo de luz modulado bidimensional oscilando entre cero y 16i y periodicidad igual a L 2 (Kaganovskii et al. 2006). Sin embargo, inferencia con múltiples vigasrequiere una configuración óptica complicada y su ajuste preciso a menudo es difícil.

La Figura 11.2 presenta el esquema de las posibles estructuras geométricas periódicas unidimensionales y dos dimensionales producidas por patrones de interferencia de tres haz. Como se indica en la figura, la línea periódica o los patrones de puntos pueden ser producidos porInterferencia de los múltiples vigas.

Interferometría para el procesamiento de la superficie de los materiales

Como se mencionó anteriormente, los tres elementos importantes de la disposición de interferencia son el láser, el interferómetro y la superficie de imágenes del material. En el contexto del procesamiento de la superficie de los materiales, cada uno de estos elementos necesitatener una consideración cuidadosa durante el diseño del interferómetro.