Processamento de interferência a laser

Introdução

Os capítulos anteriores tratam principalmente do processamento de materiais com um único feixe de laser (como na perfuração, corte) ou com múltiplas vigas de diferentes fontes a laser (como na modelagem a laser). Novos métodos de processamento de materiais podem serdesenvolvido com base nos padrões de interferência produzidos pela superposição de duas ou mais feixes a laser. Historicamente, os fenômenos de interferência têm sido os meios para estabelecer a natureza da onda da luz e encontraram significativamenteAplicações em espectroscopia e metrologia (nascida e Wolf 1980). Recentemente, os fenômenos de interferência foram utilizados para o processamento da superfície de materiais em uma ampla gama de aplicações, como micromachinagem e biomédicaformulários. O processamento de interferências a laser é uma técnica relativamente nova, descobrindo o aumento da utilização nas áreas de processamento de materiais de superfície da área estendida. Este capítulo discute brevemente a teoria e as aplicações deFenômenos de interferência a laser no processamento da superfície de materiais.

Teoria da interferência

Quando um feixe de luz é dividido por um aparelho adequado em duas ou mais vigas que são subsequentemente sobrepostas, a intensidade na região da superposição mostra a variação única. A intensidade na região da superposiçãoVaria de ponto a ponto entre os máximos (excedendo a soma das intensidades nos vigas) e os mínimos (pode ser zero). Essa superposição de dois ou mais feixes é referida como interferência. Os padrões de interferência são geralmente obtidospela superposição de vigas que são coerentes entre si. As vigas provenientes de diferentes fontes são mutuamente incoerentes e nenhuma interferência é geralmente observada sob condição experimental comum. No entanto, se os dois raiosOriginam -se da mesma fonte, as flutuações no feixe são geralmente correlacionadas e as vigas são consideradas completamente ou parcialmente coerentes. A superposição de tais vigas coerentes originárias da mesma fonte dá origem apadrões de interferência. Existem dois métodos para obter vigas de uma única fonte: divisão da frente das ondas e divisão de amplitude. No primeiro método, um feixe é dividido pela passagem através

Fig. 11.1 O arranjo experimental básico para o processamento de interferência a laser de dois vigas.

(Reimpresso de Daniel et al. 2003. Com permissão. Copyright Elsevier.)

Aberturas adjacentes. No outro método, um feixe é dividido por superfícies parcialmente refletidas, onde uma parte da luz é refletida e a outra parte é transmitida (nascida e Wolf 1980). Na maioria dos métodos de processamento de interferência a laser,Dispositivos ópticos, como divisores de feixe, são usados que dividem um feixe de luz em dois refletindo e transmitindo parcialmente um feixe. Em um arranjo simplificado, um divisor de feixe consiste em dois prismas triangulares de vidro que são unidosjuntos na base usando resina adequada. Em outros arranjos, filmes finos depositados em superfícies de vidro que aumentam a refletividade podem ser usados como divisores de feixe. Um divisor de feixe em um interferômetro divide um feixe de incidente em doisfeixes.

O arranjo experimental típico para o processamento de materiais usando a técnica de interferência de dois viga é mostrado na Fig. 11.1. Os vários elementos desse arranjo são a fonte do laser, o interferômetro e a superfície de imagem (Daniel et al.2003).

A geometria dos padrões de interferência formados pela superposição de dois ou mais feixes polarizados coerentes e linearmente depende do comprimento de onda e do ângulo entre os feixes.Onde eu é a intensidade de um feixe de laser, eu é o comprimento de onda, q é o ângulo entre as vigas e l é o período. A superposição de duas vigas produz um padrão de interferência com campo de luz modulado espacialmente com intensidadeDistribuição que oscilam entre zero e 4i.

11.3 Interferometria para processamento de superfície de materiais 453

Fig. 11.2 Várias possíveis estruturas geométricas unidimensionais e bidimensionais que podem ser produzidas por interferência de três feixes

Padrões por ângulo e intensidade variados de vigas a laser (reimpresso de Mücklich et al. 2006. compermissão. Copyright Hanser.)

Padrões periódicos bidimensionais e tridimensionais podem ser obtidos aumentando o número de vigas. A distribuição de intensidade resultante da superposição de quatro vigas é dada por (Kondo et al. 2001).

A superposição de quatro vigas produz o padrão de interferência com o campo de luz modulado bidimensional que oscilam entre zero e 16i e periodicidade igual a L 2 (Kaganovskii et al. 2006). No entanto, inferência com múltiplos raiosRequer uma configuração óptica complicada e seu ajuste preciso geralmente é difícil.

A Figura 11.2 apresenta o esquema das possíveis estruturas geométricas periódicas unidimensionais e twodimensionais produzidas por padrões de interferência de três feixes. Conforme indicado na figura, a linha periódica ou padrões de ponto pode ser produzida porinterferência das múltiplas vigas.

Interferometria para processamento de superfície de materiais

Como mencionado anteriormente, os três elementos importantes do arranjo de interferência são o laser, o interferômetro e a superfície de imagem do material. No contexto do processamento da superfície de materiais, cada um desses elementos precisareceber uma consideração cuidadosa durante o projeto do interferômetro.