صفر تا صد دستگاه های لیزر فایبر تمیز کننده

فرآیند تبخیر

هنگامی که لیزر پرانرژی بر روی سطح ماده تابش می شود، سطح انرژی لیزر را جذب کرده و به انرژی داخلی تبدیل می کند، به طوری که دمای سطح به سرعت بالا می رود و به بالاتر از دمای تبخیر مواد می رسد، به طوری که آلاینده ها به صورت بخار از سطح مواد جدا می شود. تبخیر انتخابی معمولاً زمانی اتفاق می‌افتد که میزان جذب نور لیزر توسط آلاینده‌های سطحی به طور قابل‌توجهی بیشتر از سطح جذب شود. یک مورد کاربردی معمولی، تمیز کردن خاک روی سطوح سنگی است. به این نحو که آلاینده های سطح سنگ اشعه لیزر فایبر را جذب کرده و به سرعت تبخیر می شوند. هنگامی که آلاینده ها حذف می شوند و لیزر بر روی سطح سنگ تابش می کند، جذب ضعیف است، انرژی لیزر بیشتری توسط سطح سنگ پراکنده می شود، تغییر دمای سطح سنگ کم است و سطح سنگ از آسیب محافظت می شود. یک فرآیند معمول مبتنی بر مواد شیمیایی زمانی اتفاق می‌افتد که از لیزر در باند فرابنفش برای تمیز کردن آلاینده‌های آلی استفاده شود که به آن فرسایش لیزری می‌گویند. لیزرهای فرابنفش طول موج کوتاه و انرژی فوتون بالایی دارند. به عنوان مثال، لیزرهای اگزایمر KrF دارای طول موج ۲۴۸ نانومتر و انرژی فوتون به اندازه ۵ eV است که ۴۰ برابر بیشتر از انرژی فوتون لیزر CO2 (0.12 eV) است. چنین انرژی فوتون بالایی برای از بین بردن پیوندهای مولکولی مواد آلی کافی است، به طوری که C-C، C-H، C-O و غیره در آلاینده های آلی پس از جذب انرژی فوتون لیزر شکسته می شوند و در نتیجه تجزیه در اثر حرارت تبدیل به گاز و حذف از سطح می شود.

فرآیند شوک

فرآیند شوک مجموعه ای از واکنش هایی است که در طول برهمکنش بین لیزر و ماده رخ می دهد و سپس موج ضربه ای روی سطح ماده ایجاد می شود. تحت تاثیر موج ضربه، آلاینده های سطح شکسته شده و تبدیل به گرد و غبار یا زباله های جدا شده از سطح می شوند. مکانیسم های زیادی وجود دارد که باعث ایجاد امواج شوک می شود، از جمله پلاسما، بخار، و انبساط و انقباض سریع حرارتی. با استفاده از امواج شوک پلاسما به عنوان مثال، می توان به طور خلاصه درک کرد که چگونه فرآیند شوک در تمیز کردن لیزر، آلودگی های سطح را حذف می کند. با استفاده از اشعه های لیزر، پالس بسیار کوتاه (ns) و قدرت پیک فوق العاده بالا (۱۰۷-۱۰۱۰ W/cm2)، دمای سطح همچنان به شدت افزایش می یابد حتی اگر سطح لیزر را به آرامی جذب کند و فوراً به دمای تبخیر می رسد. بخار تشکیل شده در سطح فوقانی ماده، همانطور که در شکل (a) نیز نشان داده شده است. دمای بخار می تواند به ۱۰۴ تا ۱۰۵ کلوین برسد که می تواند خود بخار یا هوای اطراف را یونیزه کند تا پلاسما تشکیل دهد. پلاسما از رسیدن لیزر به سطح مواد جلوگیری می‌کند و ممکن است تبخیر سطح مواد متوقف شود، اما پلاسما به جذب انرژی لیزر ادامه می‌دهد و دما همچنان بالا می‌رود و حالت موضعی ایجاد می‌کند. دمای فوق العاده بالا و فشار بالا، که ۱۰۰-۱ کیلوبار آنی روی سطح ماده تولید می کند. همانطور که در شکل (b) و (c) زیر نشان داده شده است، ضربه به تدریج به داخل ماده منتقل می شود. تحت تأثیر موج ضربه ای، آلاینده های سطحی به گرد و غبار، ذرات یا قطعات ریز تجزیه می شوند. هنگامی که لیزر از موقعیت تابش دور می شود، پلاسما ناپدید می شود و فشار منفی به صورت موضعی ایجاد می شود و ذرات یا بقایای آلاینده ها از سطح حذف می شوند، همانطور که در شکل (d) زیر نشان داده شده است.

فرآیند نوسان

تحت تأثیر پالس های کوتاه، فرآیندهای گرمایش و خنک کننده مواد بسیار سریع است. از آنجایی که مواد مختلف دارای ضرایب انبساط حرارتی متفاوتی هستند، تحت تابش لیزر پالس کوتاه، آلاینده‌های سطحی و زیرلایه تحت انبساط و انقباض حرارتی با فرکانس‌های بالا قرار می‌گیرند و درجات مختلف را متحمل می‌شوند که منجر به نوسان می‌شود و باعث جدا شدن آلاینده‌ها از سطح می‌شود. در طی این فرآیند لایه برداری، ممکن است تبخیر مواد رخ ندهد و پلاسما تولید نشود. در عوض، نیروی برشی ایجاد شده در سطح مشترک آلاینده و بستر تحت اثر نوسان، پیوند بین آلاینده و زیرلایه را از بین می برد. مطالعات نشان داده اند که وقتی زاویه برخورد لیزر کمی افزایش می یابد، تماس بین لیزر و آلودگی ذرات و سطح مشترک بستر را می توان افزایش داد، آستانه تمیز کردن لیزر را می توان کاهش داد، اثر نوسان آشکارتر است و راندمان تمیز کردن بالاتر است. با این حال، زاویه برخورد نباید خیلی بزرگ باشد. زاویه برخورد بیش از حد بزرگ باعث کاهش چگالی انرژی بر روی سطح ماده می شود و توانایی تمیز کردن لیزر را ضعیف می کند.