Техника проекции (проекционно-сканирующий метод)

Этот метод состоит, в основном, в формировании изображения в результате последовательного освещения образца по заданному контуру световым лучом со специальной секцией, представляющей микропроекцию простого элемента (например, квадрат).

Самыми важными для нас достоинствами метода являются: 1) высокое оптическое качество реза модели, обеспеченное квадратной формой изображения, формирующего элемент, и возможностью создания однородного распределения энергии (в отличие от обработки в фокусе оптической системы, где энергия распределена по кривой Гаусса), и 2) незначительные потери энергии на маске.

Схема оптической установки проекционного метода представлена на рис.5. Лазерный луч света (1), расширен освещающей оптической системой (2) до размеров фотошаблона (маски) (3), уменьшенное изображение которого формируется с помощью проекционного объектива (4) на поверхности обрабатываемого образца (5).

Рассмотрим схему на рис.5. Назначение различных элементов выглядит следующим образом:

• лазер является мощным источником света, способным выполнять необходимые действия;

• система освещения обеспечивает полное покрытие маски лазерным лучом и снижает плотность энергии на маске ниже порога ее разрушения;

• маска определяет форму оптического изображения (зона обработки);

• проекционная система формирует изображение маски, уменьшенное до размеров, необходимых для достижения достаточной плотности энергии на образце.

Контурно-проекционная техника имеет значительные преимущества для резки пучком круглой формы перед обработкой в фокальной плоскости оптической системы. Фокусирующие системы должны работать с колоколообразным поперечным распределением интенсивности. Плотность мощности в периферии светового пятна недостаточна для испарения, так что большая часть энергии импульса расходуется на плавление. Расплавленный материал удаляется из центра отверстия под действием давления отдачи пара в центре зоны облучения и, как следствие, отверстие приобретает коническую форму.

Напротив, диафрагма (маска) (рис.5) предотвращает облучение периферийной частью светового пучка, плотность мощности которого недостаточна для испарения. В результате, облученная зона становится точно определенной, и размер конуса на входе отверстия значительно снижается при малой длительности импульса τ.

Теплофизическая задача для Гауссова и однородного распределений интенсивности импульса в обрабатываемой плоскости (правильно решенная для двумерного случая) дает отношения между тепловой зоной воздействия и как функцию :

(23)

На рисунке 6 показана соответствующая зависимость.

Рис.5. Схема проекционной техники формирования изображения (1 - лазер, 2 - система освещения с фокусным расстоянием и , 3 - фотошаблон размером d_N, 4 - проекционная система с фокусным расстоянием и , 5 - образец (изображение) размером d_S).

Рис.6. Соотношение зон теплового воздействия (прогретых) для Гауссова (фокусирующий метод) и однородного (проекционный метод) распределения в поперечном сечении пучка в зависимости от длительности импульса.