Mae opteg laser UV yn dueddol o fod ag oes gyfyngedig oherwydd dau brif achos: mae halogiad a achosir gan laser (LIC) a blinder UV.LIC yn cael ei achosi gan ddyddodiad deunyddiau diangen ar wyneb yr opteg, tra bod blinder UV yn cael ei achosi gan y cronnus amlygiad i olau UV sy'n arwain at niwed i'r opteg. Mae'r ddwy broses ddifrod hyn yn diraddio perfformiad yr elfen optegol dros amser nes bod difrod anwrthdroadwy yn cael ei achosi.
Mae arbrofion hirdymor ar opteg laser UV 355 nm a ddefnyddir mewn gwahanol amgylcheddau wedi datgelu mewnwelediadau allweddol i ffynonellau halogiad a blinder, yn ogystal â strategaethau lliniaru a thechnegau glanhau a all adfer opteg halogedig.
Beth yw halogiad a achosir gan laser (LIC)
Gall halogiad elfennau optegol ddigwydd pan fydd golau laser UV yn rhyngweithio â gronynnau, anwedd dŵr, organig, a halogion eraill yn y system. Gall yr halogion hyn ddod o aer amgylchynol, offer optomecanyddol, a deunyddiau eraill yn y system. Er bod dulliau lliniaru megis awyru gyda nitrogen sych yn helpu, gallant barhau i arwain at LIC.Gall unrhyw groniad o ddeunydd gronynnol guddio'r llwybr optegol, diraddio swyddogaeth y gydran, ac o bosibl ostwng trothwy difrod laser yr opteg.
Mae anwedd yn aml yn digwydd ar arwynebau optegol oherwydd dargludedd thermol isel. Yna gall y moleciwlau dŵr cyddwys hyn ryngweithio â'r deunyddiau laser a wyneb i gychwyn LIC.Yn ogystal, mae allyriadau nwy a halogion moleciwlaidd eraill yn yr awyr yn aml yn arwain at ddyddodion carbon ar arwynebau optegol. Gellir gweld tyfiant LIC tebyg i goed yn Ffigur 1.
Disgrifiodd ymchwil a gynhaliwyd yn 2005 yn fanwl y rhyngweithiadau laser amrywiol sy'n arwain at LIC. Er enghraifft, mae cyn-gnewylledd a achosir gan olau yn cynnwys haen moleciwlaidd wedi'i hadeiladu oherwydd rhyngweithio uniongyrchol golau UV â'r wyneb gwydr. Ar ôl datguddiad digon hir, dangoswyd bod dwysedd y cronni hwn ar lefelau dirlawn.
Gall rhyngweithio â nwyon amgylchynol hefyd arwain at ddyddodi halogion. Mae egni ffoton ar donfeddi UV llai na 400 nanometr yn dechrau agosáu at egni bond moleciwlau cyffredin (ee, O2, CO2, CO, N2, ac ati). Mae hyn yn caniatáu i olau UV dorri i lawr rhai o'r bondiau hyn, gan greu ïonau a moleciwlau eraill a all halogi arwynebau optegol.
Beth yw blinder UV?
Yn ogystal â LIC a achosir yn amgylcheddol, mae deunyddiau a ddefnyddir ar gyfer haenau a swbstradau yn agored i ddiraddio dros amser oherwydd y broses o flinder optegol, hyd yn oed os yw dwyster y ffynhonnell golau yn is na'r Trothwy Difrod a Achosir gan Laser (LIDT).
Gellir cymharu'r cysyniad o flinder UV â rhwymo llyfr. Gall hyd yn oed defnydd ysgafn arwain at draul. Mae arbrofion blinder UV a gynhaliwyd gan Edmund Optics wedi dangos, o dan rai amodau, megis gwactod, y gall arbelydru laser UV arwain at effeithiau blinder UV.Y nodwedd wahaniaethol rhwng blinder LIC a UV yw bod LIC yn broses gronnus, tra bod blinder yn dinistrio y deunydd, gan arwain at afliwiad neu newidiadau cynhenid eraill, ac o bosibl hyd yn oed dynnu'r deunydd.
Mae dwy ffenomen sy'n pennu amodau a mecanweithiau'r gostyngiad ymddangosiadol hwn mewn perfformiad optegol yn is na'r trothwy difrod un-pwls yn y drefn laser pwls byr.
Mae'r mecanwaith cyntaf yn seiliedig ar addasu'r mynegai plygiannol, gan arwain at effaith lensio a all gynyddu dwyster golau lleol ar yr elfen optegol.
Mae'r ail fecanwaith yn cynnwys ffurfio diffygion a achosir yn optegol trwy ffurfio excitons hunan-gipio, sy'n arwain at gronni canolfannau amsugno a cholli effeithiolrwydd optegol.
Gall LIC a blinder optegol ddigwydd mewn laserau ar donfeddi gweladwy ac isgoch, er i raddau llai. Fodd bynnag, mae egni uchel ffotonau UV yn gwneud yr effeithiau hyn yn fwy cyffredin mewn systemau sy'n allyrru yn yr ystod sbectrol hon.
Mae'r farchnad laser UV wedi tyfu'n gyflym yn ystod y blynyddoedd diwethaf a disgwylir iddi gael CAGR o 5.4% rhwng 2022 a 2028, yn ôl y cwmni ymchwil MarketWatch3. Mae laserau UV pŵer uchel wedi dod yn elfen allweddol mewn cymwysiadau gan gynnwys argraffu, meddygaeth, microfabrication, prosesu lled-ddargludyddion, a gweithgynhyrchu ychwanegyn.LIC a blinder UV yn achosi i berfformiad y systemau hyn ddiraddio dros amser, sy'n gofyn am ailosod eu cydrannau optegol o bryd i'w gilydd. Mae hyn yn cynyddu'n sylweddol y gost o gynnal system laser UV ac yn lleihau effeithlonrwydd system. Gall gostyngiad yn LIDT y system hefyd gynyddu'r risg o fethiant trychinebus i'r system a achosir gan ddifrod a achosir gan laser (Ffigur 2).
Dadansoddi blinder LIC ac UV
Mae arbrofion yn helpu i efelychu proses ddiraddio cydrannau optegol mewn systemau laser UV, ymchwilio i ffynonellau halogi posibl, ac archwilio gwahanol fesurau cywiro. Mewn un astudiaeth o'r fath, cynhaliwyd arbrofion i ddadansoddi newidiadau mewn LIC a blinder optegol a achosir gan arbelydru laser UV gan ddefnyddio {{0}}nm, 10- i 20-nosecond laser pulsed allyrru tua 0.6 milijoule fesul curiad, gyda diamedr trawst o 0.6 mm. Dangosir diagram sgematig y fainc brawf hon yn Ffig. 3.
Mae'r "siambr hylosgi" blwch llosgi yn cynnwys nifer o ffenestri gwrth-adlewyrchol sy'n efelychu sut mae system laser UV yn cael ei effeithio, fel ehangwr trawst. Mae'r blwch llosgi yn ei gwneud hi'n bosibl perfformio amgylcheddau arbrofol ynysig yn gyfochrog. Roedd taflen hanner ton a chiwb hollti trawst polareiddio yn caniatáu rheoli pŵer cyfartalog pob llwybr optegol yn yr arbrawf. Mesurodd pâr o fesuryddion ynni y pŵer laser cyfartalog. Roedd hyn yn monitro diraddiad trawsyrru dros gyfnod blinder a/neu halogiad yr opteg a brofwyd.
Ffig. 3. Sgematig o'r gwely prawf datguddiad UV a ddatblygwyd i efelychu diraddio elfennau optegol mewn systemau laser UV, i ymchwilio i ffynonellau halogi posibl ac i archwilio gwahanol fesurau cywiro. ar: ffenestr gwrth-adlewyrchol; fs: ffenestr silica ymdoddedig heb ei gorchuddio; hr: drych adlewyrchol iawn; hwp: half-ton plate; pbc: ciwb hollti trawst polareiddio.
Perfformiwyd arbrofion gyda mesuriadau dyddiol a pharhaus. Roedd mesuriadau dyddiol yn cynnwys agor y gorchudd a gosod mesurydd egni ym mhob un o'r safleoedd mesur a ddangosir yn Ffig. 3, gan gynnwys y safle sydd fel arfer yn cynnwys y tipiwr pelydr, ar gyfer mesuriad 3-munud. Roedd mesuriadau parhaus yn golygu gosod dau fesurydd egni mewn safleoedd mesur heblaw'r safle sydd fel arfer yn cynnwys y tipiwr trawst. Yna cofnododd y mesuryddion ynni bŵer cyfartalog bob 30 munud tan y mesuriad dyddiol nesaf. Roedd siambr amgylcheddol yn caniatáu ymchwilio i effeithiau arwahanol amodau amrywiol, megis amodau gwactod neu bresenoldeb nwy. Ar ddiwedd pob arbrawf, roedd microsgop cyferbyniad ymyrraeth gwahaniaethol yn caniatáu i ymchwilwyr weld halogion ar wyneb y ffenestr.
Ffigur 4. Mae'r halogiad gwyn afloyw ar opteg dryloyw flaenorol a ddangosir yma o ganlyniad i halogiad a achosir gan laser (LIC) ar ôl dod i gysylltiad â laser UV. Credyd delwedd: Trwy garedigrwydd Edmund Optics
Canlyniadau Arbrofol Cyffredinol
Roedd y siambr hylosgi yn caniatáu ar gyfer astudiaethau ynysu cyfochrog ac efelychiad mwy realistig o gydrannau opteg laser fel yr ehangwr trawst. Dangosodd arbrofion cychwynnol fod ireidiau edau, alwminiwm anodized, a'r Viton O-rings newydd yn ffynonellau halogi cyffredin mewn systemau UV mewn llawer o fathau eraill o gynulliadau optegol. Gall dileu'r ffactorau hyn wella bywyd yr opteg a brofir.
Cylchoedd O-Viton: Gyda modrwyau O newydd, heb eu hagor, dechreuodd trosglwyddiad ffenestr y siambr hylosgi ostwng pedwar diwrnod i mewn i'r prawf a daeth yn gwbl afloyw ar ôl saith diwrnod. Ffurfiodd niwl gwyn llaethog ar yr arwynebau optegol halogedig ar ôl y prawf (Ffigur 4). Roedd pobi'r modrwyau O cyn eu defnyddio yn atal rhywfaint o or-nwyo, gan arwain at golled o 6% mewn trosglwyddiad ar ôl pum wythnos yn hytrach na cholli trosglwyddiad llwyr ar ôl wythnos. Mae gosod modrwyau O mewn gwactod neu adael iddynt anadlu'n rhydd mewn amgylchedd glân yr un mor effeithiol â'u pobi.
Alwminiwm Anodized: Mae arwynebau anodized yn cynnwys mandyllau sy'n dal halogion y gellir eu rhyddhau wrth eu defnyddio. Yn ogystal, gall deunyddiau anodized ddod yn adweithiol o dan amlygiad UV.
Dur Di-staen: Ni welodd arbrofion sy'n defnyddio dur di-staen wedi'i lanhau yn hytrach nag alwminiwm anodized ddiraddiad sylweddol ar ôl saith wythnos.
Indium: Mae morloi ffoil o indium yn darparu ymwrthedd uwch i flinder UV o'i gymharu ag O-rings.
Cynhaliwyd arbrofion ychwanegol i brofi sut mae tymheredd yr opteg yn hyrwyddo twf LIC, p'un a yw glanhau dyddiol yn atal halogion rhag cronni, ac a yw chwythu aer sych dros y system yn cael unrhyw effaith gadarnhaol. Mae'r arbrofion newydd hyn yn symud y tu hwnt i amlygiad UV 355 nm i brofion tonfedd 266 nm.
Crynhoi
Bydd deall a lliniaru blinder UV a LIC yn dod yn fwyfwy pwysig gan fod llawer o systemau laser yn tueddu i symud i donfeddi byrrach i ddefnyddio ynni uwch a chydraniad uwch. Mae canlyniadau arbrofol ar 355 nm wedi dangos y gall LIC wneud opteg laser UV yn gwbl afloyw mewn cyn lleied ag wythnos os defnyddir cylchoedd O confensiynol ac alwminiwm anodized yn y system. Yn ffodus, gellir lliniaru'r effeithiau hyn yn sylweddol trwy ddisodli'r O-rings gyda morloi indium, disodli'r alwminiwm anodized â dur di-staen, a gwneud yr amgylchoedd mor lân â phosibl. Wrth ddatblygu system laser UV, siaradwch â'ch cyflenwr opteg i ddarganfod sut i wneud eich system yn fwy ymwrthol i LIC a blinder UV fel y disgrifir yn yr erthygl.
