- 가시 광선을 위해 반도체 온라인 바카라징 장치를 사용하여 보이지 않는 중간외 레이저의 빔 직경을 측정하기위한 기술을 개발했습니다
- 열적 여기 전자를 신호 소스로 복용하면, 중간 충돌 레이저의 빔 직경이 분산 된 온라인 바카라지에서 추정됩니다
- 소규모 및 비용 효율성을 통한 재료 처리 및 최소 침습적 의료 서비스와 같은 중간외 레이저 응용 기술에 기여합니다
열 여기 전자에 중점을 둔 중간 충격 레이저의 빔 직경 추정
Numata Takayuki, Applied Optical Measurement Research Group의 최고 연구원, 물리 측정 표준 연구부 (바카라 커뮤니티) (이하 "AIST")는 가시 광선 반도체 이미지 감지를 사용하여 미드 불완전한 레이저의 빔 직경을 측정하는 기술을 개발했습니다
이것은반도체 온라인 바카라지 센서열 발전 전자중급레이저빔 직경를 측정하기위한 새로운 기술입니다 일반적으로 반도체 온라인 바카라지 센서로 만들어집니다가시 빛의 측정에서 열 여기 전자는 노이즈 소스로 처리됩니다 그러나이 기술은이 선입견을 변화시키고 신호 소스로 열적으로 여기는 전자를 취합니다 온라인 바카라지 센서는 측정 할 미드외 제외 레이저로 스팟 히트를하고 장치에서 생성 된 열 여기 전자의 분포가 감지됩니다 열 여기 전자의 분포와 레이저의 빔 직경 사이의 상관 관계를 평가함으로써, 입사 레이저의 빔 직경은 열 여기 전자의 분포에 기초하여 추정 될 수있다 이 기술을 사용하면 소규모 저비용, 사용하기 쉬운 장치를 사용하여 중간외 레이저의 빔 직경을 측정 할 수 있으며, 이는 다양한 재료 처리 및 최소 침습적 의료 서비스를 포함하여 중간외 레이저를위한 다양한 적용 기술의 개발에 기여할 수 있습니다
이 기술의 세부 사항은 2022 년 8 월 31 일 (영국 시간)에 제공 될 예정입니다Applied Physics Express"에 게시됩니다 잡지
최근 몇 년 동안, 중간 제외 레이저는 재료 처리 및 고급 의료 서비스와 같은 분야에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다 특히, 아크릴 및 최소 침습적 처리 응용과 같은 유기 물질을 처리하기 위해, 물체에 조사 된 레이저의 전력 밀도는 의료의 품질과 의료의 안전성에 영향을 미치므로 레이저 빔 직경을 측정하고 관리하는 것이 필수적입니다 빔 직경을 측정하는 것은 중간 충돌 광선이 보이지 않기 때문에 쉽지 않습니다 빔 단면 내의 슬릿 및 핀홀과 같은 공간 필터를 스캔하는 방법, 형광 관찰 방법 및 작은 적외선 검출기의 배열로 구성된 온라인 바카라지 센서를 사용하는 방법을 포함하여 다양한 빔 직경 측정 기술이 개발되었습니다 그러나 모든 경우에 장치의 크기 (측면 당 10cm 이상) 및 도입 비용 (수백만 엔 이상)과 같은 문제가있었습니다
AIST는 처리를위한 레이저 제어 기술을 개발했습니다 (Aisotech Press가 2017 년 6 월 14 일 발표9722_9864
또한,이 연구 개발은 과학 연구를위한 과학 보조금 홍보를위한 일본 협회 (No 15K13984)에 의해 지원되었습니다
정상실리콘를 사용한 반도체 온라인 바카라지 센서 가시 광선의 에너지에 의해 흥분된 전자를 신호 소스로 사용합니다 이 시점에서, 열 에너지에 의해 여기는 전자는 노이즈 공급원이며 불필요한 것으로 취급된다 (그림 1 (a) 왼쪽) 이 연구는 신호 공급원으로 중간 충돌 레이저로 인한 열에 의해 흥분된 전자를 사용하고 광습 전자를 노이즈 소스로 처리 함으로써이 개념을 변화시킨다 (그림 1 (a) 오른쪽 그림) 반도체 온라인 바카라지 센서의 빛 수신 표면은 측정 할 미드프라 프레임 레이저로 스팟 내열되며, 열에 의해 여기 된 전자의 분포는 입사 레이저 빔의 강도 분포를 측정하기 위해 온라인 바카라지화된다
이 방법의 요약은 그림 1 (b)에 나와 있습니다 측정 할 중간외 브레인 레이저는 온라인 바카라지 센서의 빛 수신 표면을 향합니다 게르마늄으로 만든 짧은 파장 절단 필터는 조명 수신 표면의 전면에 설치되어 주변의 가시광을 차단하여 노이즈의 원천으로 사용되며 중간외 레이저 만 전달합니다 필터를 통과 한 레이저는 온라인 바카라지 센서 내에서 흡수되고 레이저 빔 단면의 강도 분포에 따라 온도 분포를 생성합니다 온라인 바카라지 센서의 각 픽셀에서, 전자는 온도에 해당하는 열 에너지에 의해 원자가 밴드에서 도체로 여기된다 각각의 픽셀에서 이들 전자를 획득함으로써, 열적으로 여기 된 전자의 공간 분포의 온라인 바카라지를 얻을 수있다
그림 1 (a)이 연구의 개념 (반도체 온라인 바카라지 센서의 신호와 노이즈의 관계; 왼쪽 다이어그램 : 정상적인 가시 광선이 감지 될 때; 오른쪽 다이어그램 :이 연구에서 중간 부족 감지 시점)
(b) 중간 충격 레이저의 빔 직경 측정 메커니즘
개발 된 중간외 레이저의 빔 직경 측정 장치는CMOS온라인 바카라징 요소가 사용되었습니다 (그림 2 (a)) 출력 이산화탄소 레이저 (파장 : 106 µm)가 광수 수신기로 조사되었을 때, 조사 시작시 (0 초) 신호는 표시되지 않았지만, 조사가 계속되면서 온라인 바카라지 센서가 가열되어 빔 입사 위치에 중심적인 스팟-유사 신호 분포를 초래했습니다 (그림 2 (b))
그림 2 (a) 개발 된 중간 충돌 레이저 빔 직경 측정 장치의 외관 (b) 중간 부패 레이저와의 방사선에 의해 얻은 열 발전된 전자 분포
다음으로, 우리는 기존 핀홀 스캐닝 방법을 사용하여 측정 된 레이저 강도 분포와 이번에 개발 된 방법을 사용하여 얻은 열 여기 전자의 분포 사이의 관계를 조사했습니다 (그림 3 (a)) 우리는 레이저의 전력 및 빔 직경을 변경하고 가우시안 기능을 사용하여 각각 레이저의 분포와 열 여기 전자의 분포와 두 지점 사이의 거리는 최대 강도의 0135 배, 소위 1/E2너비 비교 결과는 실험에 사용 된 온라인 바카라징 장치에서 열 여기 전자의 분포 폭이 레이저의 빔 직경의 약 15 배임을 보여 주었다 이 값은 레이저 발생 후 약 20 초 동안 유지되었습니다 (그림 3 (b)) 열 여기 전자의 분포 너비와 레이저 빔 직경의 배율이 일정하다면, 입사 레이저의 빔 직경은 열 여기기 전자의 분포 폭으로부터 반비례 할 수 있습니다 이러한 결과는 빔 직경 측정에 사용되는 온라인 바카라징 장치의 경우 레이저 전력 및 빔 직경의 범위를 평가하여 해당 범위 내의 레이저 빔 직경을 추정 할 수 있으며, 여기서 레이저와 열 여기 전자의 분포 사이의 상관 관계가 사전에 확립됩니다
그림 3 (a) 열적으로 흥분된 전자의 분포 폭 비교 (파란색 : 왼쪽 축, DN : 디지털 번호) 및 입사 레이저 강도 (빨간색 : 오른쪽 축)
(b) 열 여기 전자 분포의 폭의 비율과 레이저 빔 직경과 레이저 조사 시간의 관계
이 기술을 사용하면 중간 충돌 조명에 비싸고 전용 온라인 바카라지 센서를 사용하지 않고 저렴한 가시 광선 반도체 온라인 바카라징 장치를 사용하여 중간 충돌 레이저 빔의 온라인 바카라지 분포를 허용합니다 이를 통해 장치의 설치 영역을 대략 1/4로 만들 수 있고 중간외 공례 온라인 바카라징 장치 및 공간 필터 스캐닝 방법과 같은 기존 기술의 대략 1/10 비용이 가능합니다 이 기술을 사용하면 중간 충돌 레이저의 빔 스팟을 실시간 및 현장에서 관찰 할 수 있으므로 빔 직경 측정뿐만 아니라 거울과 렌즈를 조정하는 빔 정렬 작업을 단순화하고 효율적으로 수행하는 데 효과적입니다 이러한 특성을 활용하여 광범위한 중간외 레이저 응용 분야에서 사용될 것으로 예상됩니다
* 그림 1 (a), 2 (b) 및 3 (a) 및 (a) 및 (b)는 원래 용지의 인용 및 수정 된 버전 인 "실리콘 기반 광 반도체 온라인 바카라지 센서를 사용하는 중간 부족 레이저의 빔 크기 추정 방법"을 사용합니다
이제 빔 직경 측정의 정확도를 계속 평가하고 모든 빔 모양에 대한 적용 가능성을 고려할 것입니다 앞으로 우리는이 기술을 활용하여 중간 충돌 레이저, 최소 침습 의학, 감지 기술 등을 사용하여 다양한 재료 가공의 응용 프로그램을 개발할 계획입니다
게시 된 잡지 :Applied Physics Express
용지 제목 : 실리콘 기반 광전 반도체 온라인 바카라지 센서를 사용한 중간외 레이저에 대한 빔 크기 추정 방법
저자 : Takayuki numata