Traitement des interférences laser

Introduction

Les chapitres précédents traitent principalement du traitement des matériaux avec un seul faisceau de laser (comme dans le forage, la coupe) ou avec plusieurs faisceaux de différentes sources laser (comme dans la mise en forme laser). De nouvelles méthodes de traitement des matériaux peuvent êtredéveloppé sur la base des modèles d'interférence produits par la superposition de deux poutres laser ou plus. Historiquement, les phénomènes d'interférence ont été les moyens d'établir la nature des vagues de la lumière et ont trouvé desApplications de spectroscopie et de métrologie (Born et Wolf 1980). Récemment, les phénomènes d'interférence ont été utilisés pour le traitement de la surface des matériaux dans un large éventail d'applications telles que la micro-alimentation et la biomédicaleapplications. Le traitement des interférences laser est une technique relativement nouvelle constatant une utilisation accrue dans les domaines du traitement de surface des matériaux sur la zone étendue. Ce chapitre discute brièvement de la théorie et des applications dePhénomènes d'interférence laser dans le traitement de surface des matériaux.

Théorie des interférences

Lorsqu'un faisceau de lumière est divisé par un appareil approprié en deux poutres ou plus qui sont par la suite superposées, l'intensité dans la région de superposition montre la variation unique. L'intensité dans la région de la superpositionvarie d'un point à l'autre entre les maxima (dépassant la somme des intensités dans les faisceaux) et les minima (peut être nul). Cette superposition de deux poutres ou plus est appelée interférence. Les modèles d'interférence sont généralement obtenuspar la superposition de poutres cohérentes les unes avec les autres. Les faisceaux provenant de différentes sources sont mutuellement incohérents et aucune interférence n'est généralement observée dans une condition expérimentale commune. Cependant, si les deux faisceauxproviennent de la même source, les fluctuations dans le faisceau sont généralement corrélées et les faisceaux seraient complètement ou partiellement cohérents. La superposition de telles poutres cohérentes provenant de la même source donne naissance àModèles d'interférence. Il existe deux méthodes pour obtenir des faisceaux à partir d'une seule source: Division du front des vagues et division de l'amplitude. Dans la première méthode, un faisceau est divisé par le passage à travers

Fig. 11.1 L'arrangement expérimental de base pour le traitement d'interférence laser à deux faisceaux.

(Réimprimé de Daniel et al. 2003. avec permission. Copyright Elsevier.)

Ouvertures adjacentes. Dans l'autre méthode, un faisceau est divisé en reflétant partiellement les surfaces où une partie de la lumière est réfléchie et l'autre partie est transmise (Born et Wolf 1980). Dans la plupart des méthodes de traitement des interférences laser,Des dispositifs optiques tels que les séparateurs de faisceaux sont utilisés qui divisent un faisceau de lumière en deux en réfléchissant partiellement et en transmettant un faisceau. Dans un arrangement simplifié, un séparateur de faisceau se compose de deux prismes de verre triangulaires qui sont jointsensemble à la base en utilisant de la résine appropriée. Dans d'autres arrangements, des films minces déposés sur des surfaces en verre qui améliorent la réflectivité peuvent être utilisées comme séparateurs de faisceaux. Un séparateur de faisceau dans un interféromètre divise un faisceau incident en deuxpoutres.

La disposition expérimentale typique du traitement des matériaux à l'aide d'une technique d'interférence à deux faisceaux est représentée sur la figure 11.1. Les différents éléments de cet arrangement sont la source laser, l'interféromètre et la surface d'imagerie (Daniel et al.2003).

La géométrie des motifs d'interférence formés par la superposition de deux poutres cohérentes ou plus cohérentes et polarisées dépend de la longueur d'onde et de l'angle entre les faisceaux.Où I est l'intensité d'un faisceau laser, I est la longueur d'onde, Q est l'angle entre les faisceaux et l est la période. La superposition de deux faisceaux produit un motif d'interférence avec un champ lumineux à modulation spatiale avec une intensitéDistribution oscillant entre zéro et 4i.

11.3 Interférométrie pour le traitement de surface des matériaux 453

Fig. 11.2 Diverses structures géométriques unidimensionnelles et bidimensionnelles possibles qui peuvent être produites par interférence à trois faisceaux

motifs par angle variable et intensité des faisceaux laser (réimprimé de Mücklich et al. 2006. avecautorisation. Copyright Hanser.)

Des modèles périodiques bidimensionnels et tridimensionnels peuvent être obtenus en augmentant le nombre de poutres. La distribution d'intensité résultant de la superposition de quatre faisceaux est donnée par (Kondo et al. 2001).

La superposition de quatre faisceaux produit le motif d'interférence avec un champ lumineux modulé en deux dimensions oscillant entre zéro et 16i et périodicité égale à L 2 (Kaganovskii et al. 2006). Cependant, inférence avec plusieurs faisceauxnécessite une configuration optique compliquée et son ajustement précis est souvent difficile.

La figure 11.2 présente le schéma des structures géométriques périodiques unidimensionnelles et bidimensionnelles possibles produites par des modèles d'interférence à trois faisceaux. Comme indiqué sur la figure, la ligne périodique ou les modèles de points peuvent être produits parInterférence des multiples poutres.

Interférométrie pour le traitement de surface des matériaux

Comme mentionné précédemment, les trois éléments importants de la disposition d'interférence sont le laser, l'interféromètre et la surface d'imagerie du matériau. Dans le contexte du traitement de surface des matériaux, chacun de ces éléments doitêtre soigné pendant la conception de l'interféromètre.