Знаете ли вы промышленное применение лазеров DPSS? (Часть 4)

ДПСС Лазерыможет использоваться в 12 областях, сегодня мы представим четыре области применения и их принципы

9. Фотогальваническая инспекция

Лазерные методы фотогальванического контроля выявляют различные свойства материалов и широко используются в промышленности. Такие измерения, как коэффициент отражения поверхности, ловушки глубоких уровней, диффузия носителей, кристаллическая структура и границы, глубина и температура типа перехода, поглощение и рассеяние света, а также деградация фотонов, влияют на эффективность солнечных элементов и могут быть измерены с помощью ряда оптических процессов. .

Большая часть производства фотоэлектрических элементов производится из кремния; Однако исследователи ищут более дешевую и эффективную альтернативу — перовскит. За последнее десятилетие эффективность преобразования энергии перовскитных солнечных элементов выросла с менее чем 4 процентов до почти 30 процентов, что вызвало большой резонанс. Небольшое количество перовскита может производить такое же количество солнечной энергии, как несколько тонн кремния. Как полупроводники с прямой запрещенной зоной перовскиты идеально подходят для солнечных элементов. Перовскит доступен по цене, устойчив и эффективен и может обогнать кремний на рынке фотоэлектрических систем. Однако эффективность перовскита была измерена только на крошечных образцах и еще не является коммерчески жизнеспособной.

Одночастотные лазеры предлагают эффективную бесконтактную альтернативу дорогостоящим этапам литографии, а с правильными характеристиками лазера и длинами волн эти источники света также могут проверять, изменять и активировать эти новые материалы. Для достижения высоких результатов при меньших затратах требуется источник света с высоким пространственным разрешением, превосходным качеством луча и долговременной стабильностью мощности. Например, фотолюминесцентная (ФЛ) визуализация может использоваться для эфферентного контроля качества (производители пластин) и афферентного контроля качества (производители аккумуляторов), где для этой цели часто используются лазеры ближнего инфракрасного диапазона (БИК) в качестве экономичных источников света. Лазеры в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне обеспечивают гибкость при характеристике материалов и этапах обработки. Как и при обработке полупроводников, УФ-свет используется на различных этапах измерения и методах проверки фотоэлектрических элементов, где более короткая длина волны позволяет анализировать повышенную сложность поверхности, а мощный УФ-источник излучает или удаляет деградировавшие материалы на барьере подложки.

Одночастотные лазеры охватывают диапазон от ближнего ИК до УФ, и их характеристики специально разработаны для применения в этих оптических процессах.

Качество луча: включает размер, форму, стабильность и интенсивность лазерного луча. Однолучевой поперечный модовый луч (TEM 00) необходим для определения характеристик фотоэлектрических элементов, обеспечивая высокий пространственный контроль. Превосходная форма луча, стабильное направление и низкая эллиптичность для последовательной обработки и обнаружения.

Низкий уровень шума: фотоэлементы и лазеры для обнаружения пластин должны излучать низкий уровень шума, чтобы свести к минимуму ошибки обнаружения и предотвратить неточные характеристики. Низкий уровень шума в сочетании с узкой шириной линии улучшает отношение сигнал/шум и повышает чувствительность измерения и обнаружения.

Стабильность: чтобы обеспечить согласованность от батареи к батарее и от панели к панели, лазер также требует превосходной спектральной стабильности и стабильности мощности для выполнения измерений с высоким разрешением и устранения ошибок при длительных измерениях.

10. Мастерское производство решеток

Оптические дифракционные решетки — обычно используемые устройства для измерения длины волны света, состоящие из ряда регулярно расположенных дифракционных элементов, а именно зазоров и гребней, которые могут попеременно влиять на фазу и амплитуду падающего света. Практическим примером решеток является их использование в спектрометрах. Входная щель расположена в фокальной плоскости линзы, позволяя любому падающему свету проходить и становиться параллельным. Затем свет попадает на решетку, так что падающий свет рассеивается на составляющие его длины волн, а распределение интенсивности можно наблюдать непосредственно или регистрировать с помощью фотометра.

Решетки могут быть расположены в режиме пропускания или отражения и широко используются в различных лазерных системах. Эти решетки устанавливаются внутри и снаружи резонатора для выбора длины волны, разделения лучей, формирования луча и поляризации. Высокопроизводительные лазерные решетки характеризуются порогом разрушения на определенных длинах волн, а также большой длительностью импульса, частотой повторения и эффективностью дифракции в направлении поляризации.

Процессы голографической и интерференционной литографии распространены в производстве решеток, хотя высококачественные спектральные решетки можно получить только при использовании покрытий с высоким разрешением и коротковолновых лазеров. Решетку можно создать, нарисовав тонкое поле лазерной интерференции на слое литорезиста, где интерференционные волны могут генерироваться за счет амплитудного расщепления волнового фронта или когерентного лазерного луча - чаще всего это лазеры, работающие в одномодовом режиме.

Общая эффективность и качество решетки, созданной таким образом, зависят от нескольких характеристик используемого источника света, таких как длина волны и поляризация, и при выборе подходящего лазера для изготовления эталона решетки необходимо учитывать следующие параметры:

Высокая мощность: обычно требуется более короткое время воздействия, поскольку это уменьшает вредные внешние воздействия, такие как вибрация. Поэтому предпочтительнее более высокая интенсивность света.

Стабильность мощности: колебания выходной мощности во время производственного процесса могут усилить интерферограмму, что приведет к неточности. Поэтому сверхстабильная выходная мощность и необнаруживаемый шум мощности очень важны для обеспечения качества исходного диска решетки.

Качество луча. Превосходное качество луча и стабильность наведения также являются ключевыми параметрами для обеспечения последовательного и точного анализа.

11. Бриллюэновское рассеяние.

Эффект Бриллюэна — неупругое рассеяние, вызванное параметрическим взаимодействием фотонов с тепловыми фононами, как это обнаруживается в рамановской спектроскопии, хотя здесь оно вызвано взаимодействием света с фононами, колеблющимися в акустическом диапазоне; Часто называют звуковыми волнами. Эти динамические тепловые флуктуации могут вызывать изменения диэлектрической проницаемости и показателя преломления материала носителя, что приводит к слабым эффектам неупругого рассеяния при прохождении фотонов. Это неупругое взаимодействие вызывает изменение частоты в падающем свете, пропорциональное относительной скорости фонона, что приводит к изменению энергии или стоксову сдвигу, который на несколько порядков меньше комбинационного сдвига из-за сравнения скорости звука. и скорость света.

В комбинационном рассеянии этот стоксов сдвиг связан со специфическими колебательными и вращательными взаимодействиями на молекулярном уровне, тогда как бриллюэновский сдвиг является результатом макроскопических низкочастотных взаимодействий с объемной средой, где нелинейные эффекты чаще всего вызываются электрострикцией. Этот стоксов сдвиг также может быть вызван изменениями в структуре заряда (полярон) или его магнитными (магнетонными) колебаниями. Фотоны могут терять энергию, вызывая движение к большей длине волны, или приобретать энергию, вызывая более короткую длину волны (антистоксову).

При низкой мощности лазера эти эффекты Бриллюэна могут возникать спонтанно, но при более высоких интенсивностях мощности этот эффект может быть непосредственно возбужден возбужденными фотонами, что называется вынужденным рассеянием Бриллюэна (ВРМБ). SBS вызывает генерацию звуковых волн в несущем материале, распространяющихся в том же направлении, что и падающий луч, а рассеянные и движущиеся фотоны отражаются или отражаются обратно к падающему лучу. Это рассеяние может быть проанализировано для определения различных упругих свойств субмикронных пленок и образцов, а также поверхностных свойств объемных материалов и используется для широкого круга приложений; Примеры включают геологию, биологию и науки о жизни, нефть и газ, телекоммуникации и многое другое. Например, именно этот эффект вынужденного обратного отражения ограничивает общую оптическую мощность, которая может быть введена в волокно. Этот эффект также широко используется в оптическом фазовом сопряжении, где зеркала фазового сопряжения (PCM) используются для исправления тепловых искажений в лазерных кристаллах и создания более гауссовых форм луча.

Поскольку эффект рассеяния очень слаб, а стоксов сдвиг составляет всего несколько пикометров, решающее значение имеет используемый возбуждающий лазер. Лазер должен иметь чрезвычайно узкую ширину линии и большую длину когерентности, чтобы результаты эффекта рассеяния Бриллюэна четко наблюдались с хорошим разрешением и отношением сигнал/шум.

12. Интерферометрия

Интерферометрия относится к широкому методу, основанному на наложении двух когерентных световых путей, чаще всего разделенных от одного источника света, для формирования интерференционной картины. Эта интерференция вызвана разницей в пути между двумя лучами, эталонным световым путем и световым путем падающего образца, что приводит к измеримому изменению картины интерференционных полос. Этот метод измерения можно использовать для самых разных приложений — от простых измерений расстояния или поверхности до конструкций и напряжений, до измерений гравитационных волн.

Теоретически типичная экспериментальная установка очень проста. Высокостабильный когерентный лазер разделен на две части для создания отдельных и идентичных лучей. Одно представляет собой эталонное плечо с фиксированным путем, а другое формирует движущийся падающий пучок образца. Первоначально два луча света находятся в фазе, разделенной одним и тем же когерентным источником. Если два пути имеют одинаковую длину, они все равно будут в фазе, когда достигнут детектора. Однако небольшое отклонение пути луча образца изменяет его фазу по отношению к эталонному лучу и, таким образом, создает соответствующие отклонения в интерференционной картине. Эти отклонения в интерференционной картине являются измеримыми выходными данными.

Несколько факторов, которые следует учитывать при выборе правильного источника света для интерферометрии:

Во-первых, источнику света нужна гиперспектральная стабильность, чтобы гарантировать, что изменение рисунка вызвано образцом, а не лазерным эффектом. Более длинные длины когерентности и, следовательно, более узкие ширины линий будут частично определять разрешение измерения, а также учитывать используемую длину волны.

Высокая стабильность направления луча обеспечивает согласованные измерения в выбранном месте образца, а высокое качество луча снижает сложность, которая может возникнуть при анализе результатов измерений.

Наконец, важно учитывать доступный уровень мощности по сравнению с размером выборки, поскольку более высокая мощность может отображать большую площадь.

Контактная информация:

Если у вас есть какие-либо идеи, не стесняйтесь говорить с нами. Независимо от того, где находятся наши клиенты и каковы наши требования, мы будем следовать нашей цели, чтобы предоставить нашим клиентам высокое качество, низкие цены и лучший сервис.