Metotia o le Fuafuaina o le Ufiufi Bessel

Ina ia fa'amalūlūina fa'atasi meafaitino i itu uma e lua o le va'aiga ma fa'atuina se fusi malosi o le micro-region, e tatau ona taula'i sa'o le laser focal point i luga o le fa'ata'ita'iga, lea e fa'amalosia ai le sa'o o le fa'agasologa o le faiga fa'apipi'i. E le gata i lea, ona o le tele o le axial intensity gradient o le Gaussian beam pe a uma ona taula'i, e le tutusa le vevela o le focal field, ma faigofie ai ona fausia ni micro- ma nano-void defects i le vaega ua a'afia i le laser, lea e a'afia ai le lelei o le fa'apipi'iina o le fa'ata'ita'iga.

E mafai ona fa'aaogaina le tekinolosi o le fa'atulagaina o le malamalama fa'ale-spatial e fa'atupu ai ni ave Bessel e leai se fa'atonuga e fa'aleleia atili ai le tufatufaina atu o le malosi o le fanua taula'i o le laser. O lenei auala e fa'aitiitia ai le axial intensity gradient ma fa'alauteleina ai le focal length, ma fa'ateleina ai le loloto-i-le-lautele o le vaega o le aafiaga vevela na fausia e le laser. O se taunuuga, e fa'aitiitia ai le sa'o o le taula'i o mana'oga o le faiga o le ueloina o le laser, ma fa'aleleia atili ai le lelei ma le lelei o le ueloina.

1. Le Fuafuaga o le Tuputupu Aʻe ma le Parakalafa o Avega Bessel e Lē Faʻasalalauina

I le 1987, na muamua fautuaina ai e Durnin le zero-order Bessel beam, lea e faaalia ai uiga tulaga ese e le o le diffracting: o lona tufatufaina atu o le malosi o le malamalama transverse e tumau pea e le suia i le taimi o le propagation, ma o le tele o le nofoaga tutotonu e latalata i taimi uma i le tapulaʻa diffraction. E le gata i lea, o Bessel beams e faaalia ai foi se uiga e faamalolo ia lava i le taimi o le propagation. A poloka le nofoaga tutotonu, o le a faapotopoto le malamalama o siomia ai agai atu i le ogatotonu e "toe faaleleia" le nofoaga tutotonu. O le faaupuga faʻamatematika mo le tufatufaina atu o le malamalama transverse o se zero-order Bessel beam o le:

I le faaupuga:

• O le J0 o loʻo faʻatusalia ai le galuega faatino a Bessel e leai se faʻatonuga.
• O r ma φ o elemene fa'amaopoopo radial ma angular, i le fa'asologa lava lea.
• o le z o le mamao o le felaua'i.
• O Kr ma Kz o elemene ia o galu fa'alava ma elemene ia o galu uumi.

O le nofoaga autū tutotonu o se ave Bessel zero-order e malosi lona gafatia e taofia ai, e mafai ai ona fa'asalalauina le malamalama i le tulaga o le TW/cm² pe maualuga atu, lea e mafai ona fa'aosofia ai le mitiia o meafaitino e le o ni laina. O le mea e sili ona taua, o le uiga o le fa'asalalauina o le malamalama e le o ni laina o ave Bessel zero-order e maua ai se loloto tele o le taula'i ma se gradient axial intensity la'ititi, ma fa'atupuina ai se fanua vevela e toetoe lava tutusa ma taofia ai le fa'atupuina o fa'aletonu o le uelo.

O le ata o loʻo mulimuli mai o loʻo faʻaalia ai se faʻatusatusaga o le umi o le taulaʻiga o ave Bessel ma ave Gaussian i lalo o le gafatia tutusa o le faʻatapulaʻaina o le transverse. O ave Bessel e iai le loloto tele o le taulaʻiga aʻo faʻatumauina pea le lautele o le focal spot e pei o le micron.

E tele auala e gaosia ai ni ave Bessel e leai se fa'atonuga, ma o auala autū nei e tolu e taatele:

Metotia o le Annular Aperture: O le metotia o le annular aperture, e pei ona ta'u mai i le igoa, e aofia ai le fa'aogaina o se annular slit e gaosia ai ni Bessel beams. O le metotia muamua foi lea na manuia mo le gaosia o ni Bessel beams. O le ata o lo'o i lalo o lo'o fa'aalia ai le metotia o le annular aperture mo le gaosia o ni Bessel beams. O se galu va'alele e fa'asaga sa'o i luga o le annular slit mai le agavale ma e tupu ai le diffraction.

A maeʻa lea, e faia e se tioata lelei se suiga Fourier, ma iu ai ina fausia se ave Bessel i tua atu o le tioata. O le mamao o le faʻasalalauina e le diffracting Zmax e fesoʻotaʻi ma le lautele d o le annular slit ma le numera aperture o le tioata.

E ui o lenei metotia e mafai ona gaosia ai ni ave Bessel e leai se faʻatonuga, ae o le lelei o le liua o le malosi e matua maualalo lava, ma faigata ai ona faʻaoga i fanua faʻagasologa laser.

Metotia o le Spatial Light Modulator: O le faagasologa o le gaosia o se zero-order Bessel beam o se faagasologa lea o le suia o le tufatufaina o le vaega o le ave. O le mea lea, e mafai foi ona gaosia se zero-order Bessel beam e faʻaaoga ai se spatial light modulator. O se spatial light modulator o se ituaiga masini optoelectronic modulation e pulea ai le malosi o le malamalama ma le tufatufaina o le vaega e ala i faailoilo eletise. E mafai ona gaosia se zero-order Bessel beam e ala i le faʻaaogaina o le conical lens phase, e pei ona faʻaalia i le ata o loʻo i lalo, i le paneli galue o le spatial light modulator.

Metotia Axicon: O le axicon o se tasi o elemene diffractive e faʻaaogaina soo e faʻavae i luga o le tioata mo le gaosia o ave Bessel. A masani ona faʻapipiʻi se ave Gaussian i luga ma ui atu i totonu o se axicon, e faʻatonutonuina lona tufatufaina o le vaega, ma liua ai i se ave Bessel zero-order e aunoa ma se leiloa o le malosi, e pei ona faʻaalia i le ata o loʻo i lalo.

Ona o le taugofie, faigofie ona faʻaaogaina, ma le maualuga o le tulaga e ono faaleagaina ai e le laser o axicons tioata, faapea foi ma le maualuga tele o le lelei o le faaaogaina o le malosiaga, o axicons o le filifiliga autu lea mo le gaosia o ave Bessel e pupuu tele i le matata o le faagasologaina o le laser. O le ata o loʻo i lalo o loʻo faʻaalia ai se ata o le faʻaitiitia o le ave ma le fesiitaiga o se ave Bessel e leai se faasologa. I le fetuʻunaʻiina o le faʻalauteleina ma le faʻatulagaina o le faiga o ata 4f, e mafai ona faigofie ona pulea le mamao o le faasalalauina e le o le diffractive, le tulimanu o le afa-cone, ma le tulimanu o le faʻasaga i le itu o le faasalalauina o le ave Bessel.

A ui atu se ave o le Bessel zero-order ma se tulimanu afa-cone o le Ɵ1 ma se mamao fa'asalalau e aunoa ma le diffraction o le Zmax i totonu o se faiga 4f e aofia ai se tioata (L1) ma se tioata fa'amoemoe (L2), o le a fa'apipi'i atili ai fua fa'ata'atitia. O le fa'ateleina i autafa e tusa ma le M=f1/f2=5, ma le fa'ateleina i le umi e tusa ma le M2=25. O lea la, o le ata mulimuli o le ave o le Bessel zero-order i totonu o le fa'ata'ita'iga e mafai ona fa'atusalia e ala i fa'asologa fa'ata'atitia:

O fa'asologa fa'ata'atitia o le ave o le Bessel o lo'o fa'aalia i totonu o se fa'ata'ita'iga o le tioata kuata i lalo o tulimanu eseese o le kone ma le fa'alauteleina o le fa'apipi'iina o le ave.

Fa'asalalauga o le malosi o le fanua taula'i o se ave Bessel

• r ma le z: Vaega fa'amaopoopo radial ma axial, i le fa'asologa lava lea.
• λ: O le galu tutotonu o le laser.
• w: 1/e² le radius o le ave Gaussian e ulufale mai.
• P0: Malosiaga pito i luga o le laser pu'upu'u tele.
• β1: Tulimanu afa-konu o le ave o le Bessel pe a uma ona fa'apipi'i le ave.
• k: Vekita o galu.
• J0: Galuega fa'atino Bessel e leai se fa'atonuga.

Fa'asalalauga o le malosi o le ave o le Bessel zero-order i totonu o le tioata kuata: I le agavale o le tufatufaina atu o le malosi fa'apitoa o le opitika i le itu o le fa'asalalauina ma le vaaiga fa'alava, ma i le taumatau o le tufatufaina atu o le malosi fa'apitoa o le opitika i le axis ma le vaaiga fa'alava

2. Uiga o le Femtosecond Pulse Bessel Beam i le Fused Silica Glass

O le Ata (a) o loʻo faʻaalia ai ata maikolo o le fegalegaleaiga i le va o le femtosecond pulse Bessel beams ma le fused silica glass i malosiaga eseese o le pulse. O le lautele o le laser pulse e faʻamautu i le 220 fs, ma o le tulimanu afa-cone o le Bessel beam i totonu o le faʻataʻitaʻiga e 12.4°. E mafai ona matauina o le vaega ua aʻafia i le laser e faʻaalia ai se fausaga laina masani e tasi-dimensional. A itiiti ifo le malosiaga o le laser pulse i le 9.5 μJ, e faʻateleina le refractive index o le meafaitino i le vaega taulaʻi, e aliali mai o se vaega uliuli i le ata maikolo.

A sili atu le malosi o le laser pulse i le 9.5 μJ, e fa'aitiitia le refractive index o le meafaitino i le vaega taula'i, e foliga mai o se vaega pa'epa'e i le micrograph, ma e fa'ateleina le umi o le vaega pa'epa'e i le fa'ateleina o le pulse energy. I le fa'apulusaina o le fa'ata'ita'iga, na matou matauina ai uiga fa'aletino o le vaega pa'epa'e i le malosi o le pulse o le 15.4 μJ i lalo o se scanning electron microscope, e pei ona fa'aalia i le Ata (b). E mafai ona fa'ai'uina o se nanopore e tusa ma le 200 nm le lautele e fausia i le vaega e fa'aitiitia ai le refractive index.

E ala i le ion beam etching ma in-situ scanning electron microscope observation systems, na matou faʻamaonia atili ai le i ai o le nanopore (Ata c). O le mea lea, ina ia faʻaitiitia ai le gaosia o faʻaletonu e mafua mai i le laser, e le tatau ona sili atu le malosi o le pulse e tasi i le 9.5 μJ i le taimi o le laser welding.

3. Ausiaina o le Micro-Welding Maualuga le Tulaga i le va o tioata silica ua fused e faʻaaoga ai le Bessel Ultrashort Pulse Laser.

O le Ata (a) o loʻo faʻaalia ai se ata maikokalafi o le pito i luga o le faʻataʻitaʻiga o le uelo. E mafai ona iloa atu o le laina uelo laser e tutusa ma lamolemole. E ui lava o loʻo i ai pea ni nai faʻaletonu o pu laiti ua tufatufa faʻafuaseʻi i le vaega ua ueloina, ae i le aotelega, e sili atu ona lelei nai lo le laina uelo laser Gaussian. O fua e faʻaalia ai o le lautele o le laina uelo e tusa ma le 18 μm, ma o le va i le va o laina uelo e 40 μm. O le Ata (b) o loʻo faʻaalia ai se ata maikokalafi o le itu o le laina uelo o le faʻataʻitaʻiga.

E mafai ona iloa atu ua mou atu atoa le va i le va o faʻataʻitaʻiga pe a uma ona faʻagasolo le laser, ma ua faʻapipiʻi faʻatasi mea e lata ane i le va i se mea e tasi pe a uma ona faia le faʻagasologa o le faʻamaluluina ma le faʻavevela. O fua ua faʻaalia ai o le loloto o le vaega faʻamaluluina e mafua mai i le laser e oʻo atu i le 227 μm. O loʻo faʻaalia ai i le taimi o le faʻavevelaina o le laser ma nei faʻatulagaga, e mafai ona oʻo atu le loloto o le axial o le tulaga taulaʻi i le 227 μm, lea e fa taimi le umi nai lo le faʻavevelaina o le Gaussian laser i lalo o tulaga lava e tasi.

4. O fea e fa'atau ai tioata mata Bessel?

O le Wavelength Opto-Electronic e ofoina atu tioata Bessel maualuga le tulaga e faʻaaogaina i galuega faʻatino laser. O le fetuʻunaʻi o le loloto o le taulaʻiga o le ave o le output e ala i le fetuʻunaʻiina o le tele o le lautele o le ave o le input o le foliga sili lea ona manaia o lenei faiga opitika Bessel beam.