Пикосекундын түвшний лазер тэмдэглэгээний машинуудын салбарт нарийвчлал нь тоног төхөөрөмжийн гүйцэтгэлийг үнэлэх гол үзүүлэлт юм. Лазер систем болон нарийвчлалын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн гол тээвэрлэгч болох суурь нь боловсруулалтын нарийвчлалын тогтвортой байдалд шууд нөлөөлдөг. Боржин чулуу болон цутгамал төмөр нь хоёр үндсэн суурь материал болохын хувьд пикосекундын түвшний хэт нарийн боловсруулалтын үед нарийвчлалын сулралын шинж чанарт мэдэгдэхүйц ялгаа байдаг. Энэхүү нийтлэлд тоног төхөөрөмжийг шинэчлэх шинжлэх ухааны үндэслэлийг бий болгохын тулд хоёулангийнх нь гүйцэтгэлийн давуу болон сул талуудыг гүнзгий шинжлэх болно.
Материалын шинж чанар нь нарийвчлалын үндэс суурийг тодорхойлдог
Боржин чулуу нь үндсэндээ хэдэн зуун сая жилийн турш геологийн процессоор үүссэн магмын чулуулаг юм. Түүний дотоод талст бүтэц нь нягт, жигд бөгөөд шугаман тэлэлтийн коэффициент нь 0.5-8 × 10⁻⁶/℃ хүртэл бага бөгөөд энэ нь индиум ган зэрэг нарийн хайлштай харьцуулах боломжтой. Энэ шинж чанар нь орчны температур өөрчлөгдөхөд түүний хэмжээст өөрчлөлтийг бараг үл тоомсорлож, оптик замын хазайлт болон дулааны тэлэлт ба агшилтаас үүдэлтэй механик алдаанаас үр дүнтэй зайлсхийдэг. Үүнээс гадна, боржин чулууны нягтрал нь 2.6-2.8г/см³ хүртэл өндөр бөгөөд энэ нь байгалийн маш сайн чичиргээ шингээх чадвартай. Энэ нь лазер боловсруулалтын явцад үүссэн өндөр давтамжийн чичиргээг хурдан сулруулж, оптик систем болон хөдөлж буй эд ангийн тогтвортой байдлыг хангаж чаддаг.
Цутгамал төмрийн суурь нь маш сайн цутгах чадвар болон үнийн давуу талуудаасаа шалтгаалан өргөн хэрэглэгддэг. Саарал цутгамал төмрийн ердийн хальсан бал чулуун бүтэц нь тодорхой хэмжээний чийгшүүлэх чадварыг өгдөг бөгөөд энэ нь чичиргээний энергийн 30%-50%-ийг шингээж чаддаг. Гэсэн хэдий ч цутгамал төмрийн дулааны тэлэлтийн коэффициент нь ойролцоогоор 10-12 × 10⁻⁶/℃ бөгөөд энэ нь боржин чулууныхаас 2-3 дахин их юм. Удаан хугацааны тасралтгүй боловсруулалтаас үүссэн дулаан хуримтлагдах үед хэмжээст деформаци үүсэх хандлагатай байдаг. Үүний зэрэгцээ цутгамал төмрийн дотор цутгах стресс үүсдэг. Ашиглалтын явцад стресс суларснаар суурийн тэгш байдал болон перпендикуляр байдалд эргэлт буцалтгүй өөрчлөлт гарч болзошгүй.
Пикосекунд түвшний боловсруулалтын нарийвчлал сулруулах механизм
Пикосекундын лазер боловсруулалт нь хэт богино импульсийн шинж чанартай тул микроноос доош түвшинд эсвэл бүр нанометрийн түвшинд нарийн боловсруулалт хийх боломжтой боловч тоног төхөөрөмжийн тогтвортой байдалд хатуу шаардлага тавьдаг. Боржин чулуун суурь нь тогтвортой дотоод бүтэцтэй тул өндөр давтамжийн лазерын нөлөөллийн дор микроноос доош түвшинд чичиргээний хариу үйлдлийг хянаж, лазерын фокусын байрлалын нарийвчлалыг үр дүнтэй хадгалж чаддаг. Хэмжсэн өгөгдлөөс харахад боржин чулуун суурьтай лазер тэмдэглэгээний машин нь 8 цагийн тасралтгүй пикосекундын боловсруулалтын дараа шугамын өргөний хазайлтыг ±0.5μm дотор хадгалсаар байна.
Цутгамал төмрийн суурь нь пикосекундын лазерын өндөр давтамжийн чичиргээнд өртөхөд дотоод ширхэгийн бүтэц нь тасралтгүй цохилтоос болж микроскопийн ядралд орж, улмаар суурийн хатуулаг буурдаг. Тодорхой хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн аж ахуйн нэгжийн хяналтын мэдээллээс харахад зургаан сарын ашиглалтын дараа цутгамал төмрийн суурьтай тоног төхөөрөмжийн боловсруулалтын нарийвчлал буурах түвшин 12% хүрдэг бөгөөд энэ нь голчлон шугамын ирмэгийн барзгаржилт нэмэгдэж, байрлалын алдаа нэмэгдэх зэргээр илэрдэг. Үүний зэрэгцээ цутгамал төмөр нь хүрээлэн буй орчны чийгшилд харьцангуй мэдрэмтгий байдаг. Удаан хугацаагаар ашиглах нь зэврэлтэнд өртөмтгий бөгөөд нарийвчлал муудах явцыг улам хурдасгадаг.
Практик хэрэглээнд гүйцэтгэлийн ялгааг баталгаажуулах
3C электрон нарийн эд анги боловсруулах чиглэлээр нэгэн нэр хүндтэй аж ахуйн нэгж хоёр төрлийн материалын суурийн тоног төхөөрөмжийн гүйцэтгэлийн харьцуулсан туршилтыг явуулсан. Туршилтад ижил тохиргоотой хоёр пикосекундын лазер тэмдэглэгээний машиныг тус тус боржин чулуу, цутгамал төмрийн суураар тоноглож, 0.1 мм өргөнтэй гар утасны дэлгэцийн шилийг зүсэж тэмдэглэсэн. 200 цагийн тасралтгүй боловсруулалтын дараа боржин чулуун суурь төхөөрөмжийн боловсруулалтын нарийвчлалын хадгалалтын түвшин 98.7% байсан бол цутгамал төмрийн суурь төхөөрөмжийнх ердөө 86.3% байв. Сүүлийнх нь боловсруулсан шилний ирмэг дээр хөрөөний шүдний согог илт харагдаж байв.
Агаарын тээврийн эд анги үйлдвэрлэхэд тодорхой судалгааны хүрээлэнгийн урт хугацааны хяналтын өгөгдөл нь ялгааг илүү ойлгомжтойгоор тусгадаг: Боржин чулуун суурьтай лазер тэмдэглэгээний машин нь таван жилийн ашиглалтын хугацаанд 3μm-ээс бага хуримтлагдсан нарийвчлалын бууралттай байдаг; Гэсэн хэдий ч гурван жилийн дараа суурийн хэв гажилтаас үүдэлтэй цутгамал төмрийн суурь төхөөрөмжийн боловсруулалтын алдаа нь ±10μm процессын стандартаас давсан тул машины нийт нарийвчлалын тохируулгыг хийх шаардлагатай болдог.
Шийдвэрийг сайжруулах зөвлөмжүүд
Хэрэв аж ахуйн нэгжүүд өндөр нарийвчлалтай, урт мөчлөгтэй тогтвортой боловсруулалтыг гол шаардлага болгон авч үзвэл, ялангуяа хагас дамжуулагч чип, нарийвчлалтай оптик эд анги зэрэг салбарт онцгой дулааны тогтвортой байдал, чичиргээний эсэргүүцэлтэй боржин чулуун суурь нь хамгийн тохиромжтой шинэчлэлтийн сонголт юм. Анхны худалдан авалтын өртөг нь цутгамал төмрийнхөөс 30%-50% өндөр боловч бүтэн амьдралын мөчлөгийн өртгийн үүднээс авч үзвэл нарийвчлалын тохируулгын давтамж буурч, засвар үйлчилгээний тоног төхөөрөмжийн зогсолт нь нийт ашиг тусыг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлэх боломжтой. Боловсруулалтын нарийвчлалын шаардлага харьцангуй бага, төсөв хязгаарлагдмал хэрэглээний хувилбаруудын хувьд цутгамал төмрийн суурийг хэрэглээний орчныг зохих ёсоор хянах үндсэн дээр шилжилтийн шийдэл болгон ашиглаж болно.
Пикосекундын түвшний боловсруулалтад боржин чулуу болон цутгамал төмрийн нарийвчлалын сулруулалтын шинж чанарыг системтэйгээр харьцуулснаар лазер тэмдэглэгээний машины боловсруулалтын нарийвчлал болон найдвартай байдлыг сайжруулах гол алхам нь тохирох суурь материалыг сонгох явдал болохыг харж болно. Аж ахуйн нэгжүүд өөрсдийн технологийн шаардлага болон өртгийн тооцоог харгалзан өндөр зэрэглэлийн үйлдвэрлэлийн бат бөх тоног төхөөрөмжийн суурийг бүрдүүлэхийн тулд суурийг шинэчлэх төлөвлөгөөний талаар шинжлэх ухааны шийдвэр гаргах ёстой.
Нийтэлсэн цаг: 2025 оны 5-р сарын 22