هل تعرف التطبيق الصناعي لليزر DPSS؟ (الجزء 4)

ليزر Dpssيمكن استخدامها في 12 مجالًا ، وسنقدم اليوم أربعة مجالات للتطبيق ومبادئها

9. التفتيش الكهروضوئية

تكشف التقنيات القائمة على الليزر في الفحص الكهروضوئي عن مجموعة متنوعة من خصائص المواد وتستخدم على نطاق واسع في جميع أنحاء الصناعة. القياسات مثل انعكاس السطح ، والفخاخ العميقة ، وانتشار الناقل ، والهيكل البلوري والحدود ، وعمق نوع الوصلة ودرجة الحرارة ، وامتصاص الضوء وتشتت ، وتدهور الفوتون ، تؤثر جميعها على كفاءة الخلايا الشمسية ويمكن قياسها من خلال مجموعة من العمليات البصرية .

يتم تصنيع معظم الخلايا الكهروضوئية في السيليكون ؛ ومع ذلك ، يبحث الباحثون عن بديل أرخص وأكثر كفاءة - بيروفسكايت. في العقد الماضي ، ارتفعت كفاءة تحويل الطاقة لخلايا البيروفسكايت الشمسية من أقل من 4 في المائة إلى ما يقرب من 30 في المائة ، مما تسبب في حدوث ضجة كبيرة. يمكن أن تنتج كمية صغيرة من مادة البيروفسكايت نفس كمية الطاقة الشمسية مثل بضعة أطنان من السيليكون. بصفتها أشباه موصلات ذات فجوة نطاق مباشرة ، تعتبر البيروفسكايت مثالية للخلايا الشمسية. يعتبر البيروفسكايت ميسور التكلفة ومستدامًا وفعالًا ولديه القدرة على تجاوز السيليكون في سوق الكهروضوئية. ومع ذلك ، لم يتم قياس كفاءة البيروفسكايت إلا على عينات صغيرة ولم تصبح مجدية تجاريًا بعد.

توفر أشعة الليزر أحادية التردد بديلاً فعالاً وغير متصل بخطوات الطباعة الحجرية باهظة الثمن ، وبفضل خصائص الليزر وأطوال الموجات المناسبة ، يمكن لمصادر الضوء هذه أيضًا فحص هذه المواد الجديدة وتغييرها وتنشيطها. يتطلب تحقيق عوائد عالية بتكلفة أقل مصدر ضوء ذو دقة مكانية عالية وجودة شعاع ممتازة واستقرار طاقة طويل المدى. على سبيل المثال ، يمكن استخدام التصوير الضوئي (PL) لمراقبة الجودة الفعالة (مصنعي الرقاقات) ومراقبة الجودة الواضحة (الشركات المصنعة للبطاريات) ، حيث غالبًا ما تستخدم أشعة الليزر القريبة من الأشعة تحت الحمراء (NIR) كمصادر إضاءة فعالة من حيث التكلفة لهذا الغرض. توفر أشعة الليزر في نطاق الأشعة فوق البنفسجية (UV) مرونة في توصيف المواد وخطوات المعالجة. كما هو الحال مع معالجة أشباه الموصلات ، يتم استخدام ضوء الأشعة فوق البنفسجية في خطوات وتقنيات قياس مختلفة لفحص الخلايا الكهروضوئية ، حيث يسمح الطول الموجي الأقصر بتحليل زيادة تعقيد السطح ، ويشع مصدر الأشعة فوق البنفسجية عالي الطاقة أو يزيل المواد المتدهورة على حاجز الركيزة.

تغطي أشعة الليزر أحادية التردد النطاق NIR إلى UV ، وقد تم تصميم خصائصها خصيصًا لإمكانية تطبيق هذه العمليات الضوئية.

جودة الشعاع: تشمل حجم شعاع الليزر وشكله واستقراره وشدته. يعد شعاع وضع عرضي واحد (TEM 00) ضروريًا لتوصيف الخلايا الكهروضوئية ، مما يسمح بالتحكم المكاني العالي. شكل شعاع ممتاز ، اتجاه مستقر ، وإهليلجيه منخفض لمعالجة واكتشاف متسقين.

ضوضاء منخفضة: يجب أن تصدر الخلايا الكهروضوئية وأشعة الليزر للكشف عن الرقاقات ضوضاء منخفضة لتقليل أخطاء الكشف ومنع التوصيف غير الدقيق. يعمل مستوى الضوضاء المنخفض ، جنبًا إلى جنب مع عرض الخط الضيق ، على تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء وتعزيز حساسية القياس والكشف.

الاستقرار: لضمان الاتساق من البطارية إلى البطارية ومن اللوحة إلى اللوحة ، يتطلب الليزر أيضًا استقرارًا ممتازًا في الطيف والطاقة لإجراء قياسات عالية الدقة وإزالة الأخطاء في القياسات الطويلة.

10. مقضب الإنتاج الرئيسي

حواجز الانعراج الضوئية هي أجهزة شائعة الاستخدام لقياس الطول الموجي للضوء ، وتتكون من عدد من العناصر الانعراجية المتباعدة بانتظام - أي الفجوات والتلال - التي يمكن أن تؤثر بالتناوب على طور واتساع الضوء الساقط. مثال عملي على حواجز شبكية هو استخدامها في مقاييس الطيف. يقع فتحة المدخل في المستوى البؤري للعدسة ، مما يسمح بمرور أي ضوء ساقط من خلاله ويصبح متوازيًا. ثم يصطدم الضوء بالشبكة بحيث يتشتت الضوء الساقط إلى الأطوال الموجية المكونة له ، ويمكن ملاحظة توزيع الكثافة مباشرة أو تسجيله بواسطة مقياس الضوء.

يمكن ترتيب الشبكات في وضع الإرسال أو الانعكاس وتستخدم على نطاق واسع في مجموعة متنوعة من أنظمة الليزر المختلفة. يتم تثبيت هذه الشبكات داخل وخارج الرنان لاختيار الطول الموجي ، وفصل الحزمة ، وتشكيل الحزمة ، والاستقطاب. تتميز حواجز الليزر عالية الأداء بحدود الضرر عند أطوال موجية محددة ، فضلاً عن عرض النبض العالي ومعدل التكرار وكفاءة الانعراج في اتجاه الاستقطاب.

تعتبر عمليات الطباعة الحجرية المجسمة والتداخلية شائعة في إنتاج الشبكات ، على الرغم من أنه لا يمكن الحصول على حواجز شبكية طيفية عالية الجودة إلا من خلال تقديم طلاءات عالية الدقة وأشعة ليزر قصيرة الموجة. يمكن إنشاء شبكة من خلال رسم مجال تداخل ليزر دقيق على طبقة مقاومة الصخر ، حيث يمكن إنشاء موجات التداخل عن طريق تقسيم السعة لواجهة الموجة أو شعاع الليزر المتماسك - أكثر أنواع الليزر شيوعًا في عملية أحادية الوضع.

تعتمد الكفاءة والجودة الإجمالية للشبكة التي تم إنشاؤها بهذه الطريقة على العديد من خصائص مصدر الضوء المستخدم ، مثل الطول الموجي والاستقطاب ، ويجب أن تؤخذ المعلمات التالية في الاعتبار عند التفكير في ليزر مناسب للإنتاج الرئيسي للشبكة:

طاقة عالية: عادة ما تكون هناك حاجة إلى أوقات تعريض أقصر لأن هذا يقلل من التأثيرات الخارجية الضارة مثل الاهتزازات. لذلك ، يفضل شدة ضوء أعلى.

استقرار الطاقة: يمكن أن تؤدي التقلبات في طاقة الخرج أثناء عملية الإنتاج إلى تضخيم مخطط التداخل ، مما يؤدي إلى عدم الدقة. لذلك ، تعد طاقة الإخراج فائقة الثبات وضوضاء الطاقة غير القابلة للاكتشاف مهمة جدًا لضمان جودة القرص الرئيسي المحزوز.

جودة الشعاع: جودة الحزمة الممتازة واستقرار التوجيه هي أيضًا معلمات أساسية لضمان تحليل متسق ودقيق.

11. نثر Brillouin

تأثير Brillouin هو تشتت غير مرن ناتج عن التفاعل البارامترى للفوتونات مع الفونونات الحرارية ، كما هو موجود في مطيافية Raman ، على الرغم من أنه هنا ناتج عن تفاعل الضوء مع الفونونات التي تهتز في النطاق الصوتي ؛ غالبا ما تسمى الموجات الصوتية. يمكن أن تسبب هذه التقلبات الحرارية الديناميكية تغييرات في ثابت العزل الكهربائي ومعامل الانكسار للمادة الحاملة ، مما يؤدي إلى تأثيرات تشتت ضعيفة غير مرنة مع مرور الفوتونات. يتسبب هذا التفاعل غير المرن في حدوث تغيير في التردد داخل الضوء الساقط ، بما يتناسب مع السرعة النسبية للفونون ، مما يؤدي إلى تغيير في الطاقة أو إزاحة ستوكس ، وهي عدة مرات من حيث الحجم أصغر من انزياح رامان بسبب المقارنات بين سرعة الصوت وسرعة الضوء.

في Raman ، يرتبط تحول Stokes هذا بتفاعلات اهتزازية ودورانية محددة على المستوى الجزيئي ، في حين أن تحول Brillouin هو نتيجة للتفاعلات العيانية منخفضة التردد مع الوسط السائب ، حيث غالبًا ما تحدث التأثيرات غير الخطية بسبب التضييق الكهربائي. يمكن أن يحدث هذا التحول في ستوكس أيضًا بسبب التغيرات في هيكل الشحنة (بولارون) أو تذبذبها المغناطيسي (المغنطيسي). قد تفقد الفوتونات الطاقة ، مما يتسبب في التحرك نحو طول موجي أطول ، أو اكتساب الطاقة ، مما يتسبب في طول موجي أقصر (مضاد ستوكس).

عند طاقة الليزر المنخفضة ، يمكن أن تحدث تأثيرات Brillouin تلقائيًا ، ولكن عند شدة الطاقة العالية ، يمكن تحفيز هذا التأثير بشكل مباشر بواسطة الفوتونات المثارة ، والتي تسمى تشتت Brillouin المحفز (SBS). يتسبب SBS في توليد موجات صوتية في المادة الحاملة ، وتنتشر في نفس اتجاه الحزمة الساقطة ، وتنعكس الفوتونات المبعثرة والمتحركة أو تنعكس مرة أخرى باتجاه الحزمة الساقطة. يمكن تحليل هذا الانتثار لتحديد الخصائص المرنة المختلفة لأغشية وعينات ما دون الميكرون ، بالإضافة إلى خصائص سطح المواد السائبة ، ويستخدم في مجموعة واسعة من التطبيقات ؛ تشمل الأمثلة الجيولوجيا وعلوم الأحياء وعلوم الحياة والنفط والغاز والاتصالات السلكية واللاسلكية وغير ذلك. على سبيل المثال ، هذا هو تأثير الانعكاس الخلفي المحفز الذي يحد من إجمالي الطاقة الضوئية التي يمكن حقنها في الألياف. يستخدم هذا التأثير أيضًا على نطاق واسع في اقتران الطور البصري ، حيث تُستخدم مرايا اقتران الطور (PCM) لتصحيح التشوهات الحرارية في بلورات الليزر وإنتاج المزيد من أشكال الشعاع الغاوسي.

نظرًا لأن تأثير التشتت ضعيف جدًا وأن إزاحة ستوكس ليست سوى بضعة أجهزة بيكومتر ، فإن ليزر الإثارة المستخدم أمر بالغ الأهمية. يجب أن يكون لليزر عرض خط ضيق للغاية وطول تماسك طويل لضمان ملاحظة نتائج تأثير تشتت Brillouin بوضوح مع دقة جيدة ونسبة إشارة إلى ضوضاء.

12. قياس التداخل

يشير قياس التداخل إلى تقنية واسعة تعتمد على تراكب مسارين متماسكين للضوء ، يتم فصلهما بشكل شائع عن مصدر ضوء واحد ، لتكوين نمط تداخل. ينتج هذا التداخل عن اختلاف في المسار بين حزمتين ، ومسار ضوء مرجعي ، ومسار ضوء عينة ساقطة ، مما يؤدي إلى تغيير قابل للقياس في نمط الهامش. يمكن استخدام تقنية القياس هذه لمجموعة متنوعة من التطبيقات المختلفة - من المسافة البسيطة أو قياسات السطح إلى الهياكل والضغوط ، إلى قياسات موجات الجاذبية.

من الناحية النظرية ، فإن الإعداد التجريبي النموذجي بسيط للغاية. يتم تقسيم الليزر المترابط عالي الاستقرار إلى قسمين لإنتاج حزم منفصلة ومتطابقة. أحدهما عبارة عن ذراع مرجعي بمسار ثابت ، بينما يشكل الآخر حزمة عائدة متحركة للعينة. في البداية ، يكون شعاعا الضوء في الطور ، منفصلين عن نفس المصدر المتماسك. إذا كان المساران بنفس الطول ، فسيظلان في الطور عندما يصلان إلى الكاشف. ومع ذلك ، فإن الانحراف الطفيف في مسار حزمة العينة يغير طورها فيما يتعلق بالحزمة المرجعية ويؤدي بالتالي إلى حدوث انحرافات مصاحبة في مخطط التداخل. هذه الانحرافات في نمط التداخل هي مخرجات قابلة للقياس.

عدة عوامل يجب مراعاتها عند اختيار مصدر الضوء المناسب لقياس التداخل:

أولاً ، يحتاج مصدر الضوء إلى استقرار فائق الطيف للتأكد من أن تغيير النمط ناتج عن العينة وليس تأثير الليزر. أطوال التماسك الأطول ، وبالتالي عروض الخطوط الأضيق ، ستحدد جزئيًا دقة القياس ، مع مراعاة الطول الموجي المستخدم أيضًا.

يضمن ثبات توجيه الحزمة العالية قياسات متسقة في موقع العينة المحدد ، بينما تقلل جودة الحزمة العالية التعقيد الذي يمكن أن ينشأ عند تحليل نتائج القياس.

أخيرًا ، من المهم مراعاة مستوى الطاقة المتاح مقارنة بحجم العينة ، حيث يمكن للطاقة الأعلى تصوير مساحة أكبر.

معلومات الاتصال:

إذا كانت لديك أية أفكار ، فلا تتردد في التحدث إلينا. بغض النظر عن مكان وجود عملائنا ومتطلباتنا ، سوف نتبع هدفنا لتزويد عملائنا بجودة عالية وأسعار منخفضة وأفضل خدمة.