В современном мире лазеры используются в чрезвычайно широком спектре приложений. В частности, одной из областей, которая становится все более важной, является производство, поскольку уровень точности, с которой может работать лазер, намного выше, чем у эквивалентного физического инструмента. Однако теоретически этот уровень точности может быть даже выше, что приведет к новому поколению еще невообразимых технологий.
Однако есть некоторые препятствия, которые нужно преодолеть. Одним из значительных способов повышения точности лазера является наличие более эффективных средств получения обратной связи о том, как лазер взаимодействует с материалом. Таким образом, будет больше контроля и меньше неопределенности при резке и травлении промышленного лазера. До сих пор эта проблема оказалась на удивление трудной.
"Чтобы измерить глубину резания лазером, часто требуются десятки или сотни измерений глубины. Это серьезное препятствие для быстрых автоматизированных производственных систем на основе лазеров ", – сказал профессор Дзюнджи Юмото с факультета физики Токийского университета. «Поэтому мы разработали новый способ определения и прогнозирования глубины отверстия, образованного лазерными импульсами, на основе одного наблюдения, а не десятков или сотен. Это открытие является важным шагом вперед в улучшении управляемости лазерной обработки."
Юмото и его команда задались вопросом, как определить глубину лазерной дыры, используя минимально возможное количество информации.
Это заставило их взглянуть на так называемую флюенс лазерного импульса, которая представляет собой оптическую энергию, которую импульс передает в заданную область. До недавнего времени для наблюдения этого флюенса требовалось дорогостоящее оборудование для визуализации, которое обычно не имело достаточного разрешения. Но благодаря разработкам в других областях электроники и оптики, относительно простая камера Raspberry Pi версии 2 оказалась вполне достаточной для этой работы.
Поскольку их испытательный лазерный прибор проделал отверстие в сапфире, камера непосредственно зафиксировала распределение плотности энергии лазерного импульса. Затем с помощью лазерного микроскопа измерили форму отверстия.
Наложив эти два результата и используя некоторые современные численные методы, команда получила большой и надежный набор данных, который мог бы точно сказать вам связь между плотностью потока энергии и глубиной отверстия.
«Это будет соответствовать извлечению около 250 000 точек данных из одного измерения», – сказал Юмото. «Наш новый метод может эффективно предоставлять большие данные для машинного обучения и новые методы численного моделирования для повышения точности и управляемости лазерной обработки на производстве."