01Pendahuluan
Dalam dekade terakhir, kemajuan signifikan telah dicapai dalam penelitian laser berdenyut ultracepat, yang meningkatkan stabilitas dan fleksibilitas pemrosesannya. Meskipun kualitas pemrosesan laser berdenyut ultracepat dapat memenuhi kebutuhan banyak aplikasi, efisiensi produksi untuk skenario aplikasi industri masih kurang ketika menggunakan laser berdenyut ultracepat (USP) untuk pemrosesan. Ada dua metode untuk meningkatkan pemrosesan USP: 1) dengan meningkatkan energi pulsa; 2) dengan meningkatkan laju pengulangan denyut nadi. Efisiensi produksi pemrosesan material menggunakan laser USP harus bersaing dengan teknologi lain, sehingga para peneliti telah berupaya keras dalam manajemen energi laser di luar laser itu sendiri. Berbagai sistem mekanis dan optik digunakan untuk mengontrol posisi, arah, dan bentuk sinar laser pada benda kerja.
02Cermin getar dan pemindai poligon
Penempatan sinar laser yang paling kuat dan nyaman dicapai dengan menggunakan pemindai galvanometer, yang memiringkan dua cermin hampir tanpa inersia ke arah vertikal. Pemindai galvanometer modern dengan lensa f-theta dengan panjang fokus 160 mm dapat menggerakkan sinar laser dengan kecepatan 20 m/s dalam bidang pandang 100 mm x 100 mm. Pada kecepatan seperti itu, menyinkronkan pulsa laser dengan gerakan sinar laser menjadi suatu tantangan. Pemindai poligon banyak digunakan untuk pencitraan dan pembacaan kode batang, dan masih merupakan hal baru di bidang pemrosesan material. Mereka dapat memindahkan sinar laser melintasi permukaan benda kerja dengan kecepatan 100–1000 m/s. Sinkronisasi pulsa laser USP dengan rotasi poligon yang sangat stabil lebih menantang. Dengan menggabungkan pemindai poligon dengan pemindai galvanometer sumbu tunggal, pemindai dua dimensi yang cepat dikembangkan (Gambar 1). Distribusi pulsa laser terus menerus di seluruh area pemrosesan laser memisahkan akumulasi panas dan efek pelindung plasma.
03 Pembentukan sinar laser
Kebanyakan laser memancarkan sinar dengan profil sinar Gaussian. Intensitasnya tinggi di bagian tengah berkas dan lebih rendah di tepinya. Distribusi energi spasial ini tidak bermanfaat untuk banyak aplikasi, khususnya dalam pemrosesan film tipis. Teknik pembentukan sinar laser dan homogenisasi dapat mengoptimalkan bentuk untuk berbagai aplikasi pemrosesan bahan laser. Elemen optik difraksi (DOE) dapat mengubah sinar Gaussian melingkar menjadi sinar topi atas-persegi panjang, dengan sebagian besar diameter sinar mempertahankan intensitas, sehingga menghasilkan bentuk sinar laser yang sesuai untuk proses tersebut, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.
Pilihan fleksibel untuk membentuk sinar laser adalah dengan menggunakan modulator cahaya spasial (SLM) berdasarkan perangkat piksel dengan kristal cair yang diaktifkan secara elektrik. Hologram-yang dihasilkan komputer ditransmisikan ke elektronik kontrol SLM untuk menyetel masker fase atau amplitudo untuk sinar laser. SLM, bersama dengan laser femtosecond, menghasilkan beberapa sinar terdifraksi untuk pemrosesan paralel, secara signifikan meningkatkan throughput struktur mikro paduan silikon dan titanium dengan presisi tinggi lebih dari sepuluh kali lipat.
Gambar 2. Distribusi intensitas sinar laser berbentuk persegi yang dibentuk menggunakan FBS dan lensa sferis (kanan), diukur menggunakan kamera CCD. Profil berkas masukan ditampilkan di sebelah kiri. Daya keluaran laser rata-rata adalah 12 W.
04 Sistem-multibalok
Penggunaan laser USP berdaya tinggi dengan tingkat pengulangan pulsa tinggi dalam rentang MHz dapat menyebabkan masalah zona dampak termal, seperti panas berlebih dan pembentukan lelehan, yang dapat mengurangi kualitas ablasi. Untuk mencapai kualitas ablasi yang tinggi memerlukan pencocokan semua parameter proses secara cermat, namun kecepatan defleksi sinar yang tinggi dari galvanometer atau pemindai poligon canggih tidak selalu memberikan solusi pemesinan mikro yang tepat. Dalam hal ini, beberapa sinar laser menawarkan solusi ablasi daya tinggi yang serbaguna, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3, yang mengilustrasikan hasil pemrosesan paralel menggunakan kisi yang dibuat dengan kisi Dammann untuk membentuk susunan sinar difraksi 1×5 dan 5×5.
Gambar 3. (a) Ketika G1=0 dan G2=125, profilometer laser (Spiricon) mengamati larik 1 × 5 (kiri) dan 5 × 5 (kanan). (b) Lubang buta diproses pada sampel Ti64 yang dipoles dengan menggunakan kisi Dammann berukuran 1 × 5 (kiri) dan 5 × 5 (kanan) (G1=0, G2=125).
05 Ringkasan
Laser pulsa ultrapendek menghasilkan pulsa cahaya koheren dengan durasi pulsa mulai dari pikodetik hingga femtodetik, dan menjadi semakin populer dalam pemesinan mikro-laser presisi. Mereka mendapat manfaat tidak hanya dari ablasi laser prediktif yang baik yang menekan-zona yang terkena dampak panas, tetapi juga dari peningkatan interaksi nonlinier dengan material, sehingga membuka peluang pemrosesan baru, terutama dengan material transparan. Singkatnya, pengembangan laser pulsa ultrashort telah secara efektif mendorong optimalisasi proses ablasi.
