Czy znasz przemysłowe zastosowania laserów DPSS? (Część 4)

Lasery Dpssmożna wykorzystać na 12 polach, dziś przybliżymy cztery obszary zastosowania i ich zasady

9. Inspekcja fotowoltaiczna

Techniki laserowe w kontroli fotowoltaicznej ujawniają różnorodne właściwości materiałów i są szeroko stosowane w całej branży. Pomiary, takie jak współczynnik odbicia powierzchni, pułapki głębokie, dyfuzja nośników, struktura i granice kryształów, głębokość i temperatura typu złącza, absorpcja i rozpraszanie światła oraz degradacja fotonów wpływają na wydajność ogniw słonecznych i mogą być mierzone za pomocą szeregu procesów optycznych .

Większość produkcji fotowoltaicznej odbywa się w krzemie; Naukowcy poszukują jednak tańszej i wydajniejszej alternatywy - perowskitu. W ostatniej dekadzie wydajność konwersji energii perowskitowych ogniw słonecznych wzrosła z mniej niż 4 procent do prawie 30 procent, wywołując wielkie zamieszanie. Niewielka ilość materiału perowskitowego może wytworzyć taką samą ilość energii słonecznej, jak kilka ton krzemu. Jako półprzewodniki z bezpośrednim pasmem wzbronionym perowskity są idealne do ogniw słonecznych. Perowskit jest niedrogi, zrównoważony i wydajny oraz ma potencjał, by wyprzedzić krzem na rynku PV. Jednak wydajność perowskitu została zmierzona tylko na małych próbkach i nie jest jeszcze opłacalna komercyjnie.

Lasery jednoczęstotliwościowe stanowią wydajną, bezkontaktową alternatywę dla kosztownych etapów litografii, a przy odpowiednich właściwościach lasera i długościach fal te źródła światła mogą również sprawdzać, zmieniać i aktywować te nowe materiały. Osiągnięcie wysokich wydajności przy niższych kosztach wymaga źródła światła o wysokiej rozdzielczości przestrzennej, doskonałej jakości wiązki i długoterminowej stabilności mocy. Na przykład obrazowanie fotoluminescencyjne (PL) może być wykorzystywane do eferentnej kontroli jakości (producenci płytek) i aferentnej kontroli jakości (producenci baterii), gdzie lasery bliskiej podczerwieni (NIR) są często wykorzystywane jako opłacalne źródła światła do tego celu. Lasery w zakresie ultrafioletu (UV) zapewniają elastyczność charakteryzacji materiałów i etapów przetwarzania. Podobnie jak w przypadku przetwarzania półprzewodników, światło UV jest wykorzystywane na różnych etapach i technikach pomiarowych do kontroli ogniw fotowoltaicznych, gdzie krótsza długość fali pozwala na analizę zwiększonej złożoności powierzchni, a źródło UV o dużej mocy promieniuje lub usuwa zdegradowane materiały na barierze podłoża.

Lasery jednoczęstotliwościowe obejmują zakres od NIR do UV, a ich charakterystyka została specjalnie zaprojektowana pod kątem możliwości zastosowania tych procesów optycznych.

Jakość wiązki: obejmuje rozmiar, kształt, stabilność i intensywność wiązki laserowej. Pojedyncza wiązka modu poprzecznego (TEM 00) jest niezbędna do charakteryzowania ogniw fotowoltaicznych, umożliwiając dużą kontrolę przestrzenną. Doskonały kształt wiązki, stabilny kierunek i niska eliptyczność dla spójnego przetwarzania i wykrywania.

Niski poziom szumów: ogniwa fotowoltaiczne i lasery wykrywające płytki muszą emitować niski poziom szumów, aby zminimalizować błędy wykrywania i zapobiec niedokładnej charakteryzacji. Niski poziom szumów w połączeniu z wąską szerokością linii poprawia stosunek sygnału do szumu oraz zwiększa czułość pomiaru i detekcji.

Stabilność: Aby zapewnić spójność między akumulatorami i panelami, laser wymaga również doskonałej stabilności widma i mocy, aby wykonywać pomiary o wysokiej rozdzielczości i eliminować błędy w pomiarach długoterminowych.

10. Mistrzowska produkcja krat

Optyczne siatki dyfrakcyjne są powszechnie stosowanymi urządzeniami do pomiaru długości fali światła, składającymi się z szeregu regularnie rozmieszczonych elementów dyfrakcyjnych - mianowicie szczelin i grzbietów - które mogą naprzemiennie wpływać na fazę i amplitudę padającego światła. Praktycznym przykładem siatek jest ich zastosowanie w spektrometrach. Szczelina wejściowa znajduje się w płaszczyźnie ogniskowej soczewki, przez co padające światło przechodzi i staje się równoległe. Światło następnie uderza w siatkę, tak że padające światło jest rozpraszane na składowe długości fal, a rozkład natężenia można obserwować bezpośrednio lub rejestrować za pomocą fotometru.

Siatki mogą być rozmieszczone w trybie transmisji lub odbicia i są szeroko stosowane w wielu różnych systemach laserowych. Siatki te są instalowane wewnątrz i na zewnątrz rezonatora w celu wyboru długości fali, separacji wiązki, kształtowania wiązki i polaryzacji. Wysokowydajne siatki laserowe charakteryzują się progami uszkodzeń przy określonych długościach fal, a także dużą szerokością impulsu, częstotliwością powtarzania i wydajnością dyfrakcji w kierunku polaryzacji.

Procesy litografii holograficznej i litografii interferencyjnej są powszechne w produkcji siatek, chociaż wysokiej jakości siatki widmowe można uzyskać jedynie poprzez wprowadzenie powłok o wysokiej rozdzielczości i laserów krótkofalowych. Siatkę można utworzyć, rysując drobne laserowe pole interferencyjne na warstwie litorezystu, gdzie fale interferencyjne mogą być generowane przez rozszczepienie amplitudy czoła fali lub spójnej wiązki laserowej - najczęściej lasery pracujące w trybie jednomodowym.

Ogólna wydajność i jakość utworzonej w ten sposób siatki zależy od kilku cech zastosowanego źródła światła, takich jak długość fali i polaryzacja, a rozważając odpowiedni laser do produkcji matrycy siatki, należy wziąć pod uwagę następujące parametry:

Wysoka moc: zwykle wymagane są krótsze czasy ekspozycji, ponieważ zmniejsza to szkodliwe wpływy zewnętrzne, takie jak wibracje. Dlatego preferowane jest wyższe natężenie światła.

Stabilność mocy: Wahania mocy wyjściowej podczas procesu produkcyjnego mogą wzmacniać interferogram, powodując niedokładności. Dlatego ultrastabilna moc wyjściowa i niewykrywalny szum mocy są bardzo ważne, aby zapewnić jakość dysku macierzystego kraty.

Jakość wiązki: Doskonała jakość wiązki i stabilność wskazywania to również kluczowe parametry zapewniające spójną i dokładną analizę.

11. Rozpraszanie Brillouina

Efekt Brillouina to nieelastyczne rozpraszanie spowodowane parametrycznym oddziaływaniem fotonów z fononami termicznymi, jak stwierdzono w spektroskopii Ramana, chociaż tutaj jest to spowodowane oddziaływaniem światła z fononami, które wibrują w zakresie akustycznym; Często nazywane falami dźwiękowymi. Te dynamiczne fluktuacje termiczne mogą powodować zmiany stałej dielektrycznej i współczynnika załamania światła materiału nośnika, powodując słabe nieelastyczne efekty rozpraszania podczas przechodzenia fotonów. Ta nieelastyczna interakcja powoduje zmianę częstotliwości w padającym świetle, proporcjonalną do względnej prędkości fononu, co skutkuje zmianą energii lub przesunięciem Stokesa, które jest o kilka rzędów wielkości mniejsze niż przesunięcie Ramana ze względu na porównania prędkości dźwięku i prędkość światła.

W Ramanie to przesunięcie Stokesa jest związane z określonymi interakcjami wibracyjnymi i rotacyjnymi na poziomie molekularnym, podczas gdy przesunięcie Brillouina jest wynikiem makroskopowych oddziaływań o niskiej częstotliwości z masą ośrodka, gdzie efekty nieliniowe są najczęściej powodowane przez elektrostrykcję. To przesunięcie Stokesa może być również spowodowane zmianami struktury ładunku (polaron) lub jego oscylacji magnetycznej (magneton). Fotony mogą tracić energię, powodując ruch w kierunku większej długości fali, lub zyskiwać energię, powodując krótszą długość fali (antystokesowska).

Przy niskiej mocy lasera te efekty Brillouina mogą wystąpić spontanicznie, ale przy wyższych intensywnościach efekt ten może być bezpośrednio wzbudzany przez wzbudzone fotony, zwane stymulowanym rozpraszaniem Brillouina (SBS). SBS powoduje generowanie fal dźwiękowych w materiale nośnym, rozchodzących się w tym samym kierunku co wiązka padająca, a rozproszone i poruszające się fotony są odbijane lub odbijane z powrotem w kierunku padającej wiązki. Rozpraszanie to można analizować w celu określenia różnych właściwości sprężystych submikronowych filmów i próbek, a także właściwości powierzchni materiałów sypkich i jest wykorzystywane w szerokim zakresie zastosowań; Przykłady obejmują geologię, biologię i nauki przyrodnicze, ropę naftową i gaz, telekomunikację i inne. Na przykład, to efekt stymulowanego odbicia wstecznego ogranicza całkowitą moc optyczną, jaką można wprowadzić do światłowodu. Efekt ten jest również szeroko stosowany w optycznej koniugacji faz, gdzie lustra koniugacji faz (PCM) są używane do korygowania zniekształceń termicznych w kryształach laserowych i tworzenia wiązek o większej liczbie gaussowskich kształtów.

Ponieważ efekt rozpraszania jest bardzo słaby, a przesunięcie Stokesa wynosi tylko kilka pikometrów, kluczowy jest zastosowany laser wzbudzający. Laser musi mieć wyjątkowo wąską szerokość linii i dużą długość koherencji, aby zapewnić wyraźne obserwowanie wyników efektu rozpraszania Brillouina z dobrą rozdzielczością i stosunkiem sygnału do szumu.

12. Interferometria

Interferometria odnosi się do szerokiej techniki, która polega na nakładaniu się dwóch spójnych ścieżek światła, najczęściej oddzielonych od pojedynczego źródła światła, w celu utworzenia wzoru interferencyjnego. Ta interferencja jest spowodowana różnicą w ścieżce między dwiema wiązkami, referencyjną ścieżką światła i ścieżką padającego światła próbki, co skutkuje mierzalną zmianą wzoru prążków. Ta technika pomiarowa może być wykorzystywana do wielu różnych zastosowań — od prostych pomiarów odległości lub powierzchni, przez struktury i naprężenia, po pomiary fal grawitacyjnych.

W teorii typowa konfiguracja eksperymentalna jest bardzo prosta. Wysoce stabilny koherentny laser jest dzielony na dwie części w celu wytworzenia oddzielnych i identycznych wiązek. Jedno jest ramieniem referencyjnym o ustalonej ścieżce, a drugie tworzy ruchomą wiązkę padającą na próbkę. Początkowo dwie wiązki światła są w fazie, oddzielone od tego samego spójnego źródła. Jeśli dwie ścieżki mają tę samą długość, po dotarciu do detektora nadal będą w fazie. Jednak niewielkie odchylenie toru wiązki próbki zmienia jej fazę w stosunku do wiązki odniesienia, a tym samym powoduje związane z tym odchylenia we wzorze interferencji. Te odchylenia we wzorze interferencji są mierzalnymi wynikami.

Kilka czynników, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze odpowiedniego źródła światła do interferometrii:

Po pierwsze, źródło światła wymaga stabilności hiperspektralnej, aby zapewnić, że zmiana wzoru jest spowodowana przez próbkę, a nie przez efekt lasera. Dłuższe długości koherencji, a zatem węższe szerokości linii, będą częściowo determinować rozdzielczość pomiaru, biorąc jednocześnie pod uwagę zastosowaną długość fali.

Stabilność kierowania wiązki światła zapewnia spójne pomiary w wybranej lokalizacji próbki, a jakość wiązki światła zmniejsza złożoność, która może wystąpić podczas analizy wyników pomiarów.

Na koniec ważne jest, aby wziąć pod uwagę dostępny poziom mocy w porównaniu z wielkością próbki, ponieważ wyższa moc może zobrazować większy obszar.

Informacje kontaktowe:

Jeśli masz jakieś pomysły, możesz z nami porozmawiać. Bez względu na to, gdzie są nasi klienci i jakie są nasze wymagania, będziemy podążać za naszym celem, aby zapewnić naszym klientom wysoką jakość, niskie ceny i najlepszą obsługę.