Você conhece a aplicação industrial dos lasers DPSS? (Parte 4)

Lasers Dpsspode ser usado em 12 campos, hoje vamos apresentar quatro campos de aplicação e seus princípios

9. Inspeção Fotovoltaica

As técnicas baseadas em laser na inspeção fotovoltaica revelam uma variedade de propriedades do material e são amplamente utilizadas em toda a indústria. Medições como refletância de superfície, armadilhas de nível profundo, difusão de portadores, estrutura e limites de cristal, profundidade e temperatura do tipo de junção, absorção e dispersão de luz e degradação de fótons afetam a eficiência das células solares e podem ser medidas por meio de uma variedade de processos ópticos .

A maior parte da fabricação fotovoltaica é em silício; No entanto, os pesquisadores buscam uma alternativa mais barata e eficiente - a perovskita. Na última década, a eficiência de conversão de energia das células solares de perovskita aumentou de menos de 4% para quase 30%, causando grande agitação. Uma pequena quantidade de material de perovskita pode produzir a mesma quantidade de energia solar que algumas toneladas de silício. Como semicondutores de banda proibida direta, as perovskitas são ideais para células solares. A perovskita é acessível, sustentável e eficiente e tem potencial para ultrapassar o silício no mercado fotovoltaico. No entanto, a eficiência da perovskita só foi medida em amostras minúsculas e ainda não é comercialmente viável.

Os lasers de frequência única oferecem uma alternativa eficiente e sem contato para etapas caras de litografia e, com as características e comprimentos de onda corretos do laser, essas fontes de luz também podem inspecionar, alterar e ativar esses novos materiais. Alcançar altos rendimentos a um custo menor requer uma fonte de luz com alta resolução espacial, excelente qualidade de feixe e estabilidade de energia a longo prazo. Por exemplo, imagens de fotoluminescência (PL) podem ser usadas para controle de qualidade eferente (fabricantes de wafer) e controle de qualidade aferente (fabricantes de baterias), onde os lasers de infravermelho próximo (NIR) são frequentemente usados ​​como fontes de luz econômicas para essa finalidade. Lasers na faixa ultravioleta (UV) fornecem flexibilidade para caracterização de materiais e etapas de processamento. Assim como no processamento de semicondutores, a luz UV é usada em várias etapas e técnicas de medição para inspeção de células fotovoltaicas, onde o comprimento de onda mais curto permite a análise da maior complexidade da superfície e a fonte UV de alta potência irradia ou elimina materiais degradados na barreira do substrato.

Os lasers de frequência única cobrem a faixa de NIR a UV e suas características são projetadas especificamente para a aplicabilidade desses processos ópticos.

Qualidade do feixe: inclui tamanho, forma, estabilidade e intensidade do feixe de laser. Um único feixe de modo transversal (TEM 00) é essencial para a caracterização de células PV, permitindo alto controle espacial. Excelente forma de feixe, direção estável e baixa elipticidade para processamento e detecção consistentes.

Baixo ruído: as células fotovoltaicas e os lasers de detecção de wafer devem emitir baixo ruído para minimizar os erros de detecção e evitar caracterizações imprecisas. O baixo nível de ruído, combinado com a largura de linha estreita, melhora a relação sinal-ruído e aprimora a sensibilidade de medição e detecção.

Estabilidade: Para garantir consistência de bateria para bateria e de painel para painel, o laser também requer excelente estabilidade espectral e de energia para fazer medições de alta resolução e eliminar erros em medições de longo prazo.

10. Produção Mestre de Ralar

As grades de difração óptica são dispositivos comumente usados ​​para medir o comprimento de onda da luz, consistindo em vários elementos difrativos espaçados regularmente - ou seja, lacunas e sulcos - que podem afetar alternadamente a fase e a amplitude da luz incidente. Um exemplo prático de grades é seu uso em espectrômetros. A fenda de entrada está localizada no plano focal da lente, permitindo que qualquer luz incidente passe e se torne paralela. A luz então atinge a grade de forma que a luz incidente é dispersa em seus comprimentos de onda constituintes, e a distribuição de intensidade pode ser observada diretamente ou registrada por um fotômetro.

As grades podem ser dispostas em modo de transmissão ou reflexão e são amplamente utilizadas em uma variedade de sistemas de laser diferentes. Essas grades são instaladas dentro e fora do ressonador para seleção de comprimento de onda, separação de feixe, modelagem de feixe e polarização. As grades de laser de alto desempenho são caracterizadas por seus limites de dano em comprimentos de onda específicos, bem como sua alta largura de pulso, taxa de repetição e eficiência de difração na direção da polarização.

Os processos de litografia holográfica e de interferência são comuns na produção de grades, embora grades espectrais de alta qualidade só possam ser obtidas pela introdução de revestimentos de alta resolução e lasers de ondas curtas. Uma grade pode ser criada desenhando um fino campo de interferência de laser na camada litorresiste, onde as ondas de interferência podem ser geradas pela divisão de amplitude de uma frente de onda ou feixe de laser coerente - mais comumente lasers em operação de modo único.

A eficiência geral e a qualidade de uma grade criada dessa maneira dependem de várias características da fonte de luz usada, como comprimento de onda e polarização, e os seguintes parâmetros devem ser levados em consideração ao considerar um laser adequado para a produção de matrizes de grade:

Alta potência: Geralmente são necessários tempos de exposição mais curtos, pois isso reduz influências externas prejudiciais, como vibração. Portanto, uma intensidade de luz mais alta é preferida.

Estabilidade de potência: Flutuações na potência de saída durante o processo de produção podem amplificar o interferograma, resultando em imprecisão. Portanto, a potência de saída ultraestável e o ruído de energia indetectável são muito importantes para garantir a qualidade da grade do disco pai.

Qualidade do feixe: Excelente qualidade do feixe e estabilidade de apontamento também são parâmetros importantes para garantir uma análise consistente e precisa.

11. Dispersão Brillouin

O efeito Brillouin é um espalhamento inelástico causado pela interação paramétrica de fótons com fônons termais, como encontrado na espectroscopia Raman, embora aqui seja causado pela interação da luz com fônons que vibram na faixa acústica; Frequentemente chamadas de ondas sonoras. Essas flutuações térmicas dinâmicas podem causar alterações na constante dielétrica e no índice de refração do material transportador, resultando em efeitos de espalhamento inelástico fracos à medida que os fótons passam. Essa interação inelástica causa uma mudança na frequência dentro da luz incidente, proporcional à velocidade relativa do fônon, resultando em uma mudança de energia ou deslocamento Stokes, que é várias ordens de magnitude menor que o deslocamento Raman devido a comparações entre a velocidade do som e a velocidade da luz.

Em Raman, esse deslocamento de Stokes está relacionado a interações vibracionais e rotacionais específicas no nível molecular, enquanto o deslocamento de Brillouin é o resultado de interações macroscópicas de baixa frequência com o meio a granel, onde os efeitos não lineares são mais frequentemente causados ​​por eletrostrição. Essa mudança de Stokes também pode ser causada por mudanças na estrutura de carga (polaron) ou em sua oscilação magnética (magneton). Os fótons podem perder energia, causando um movimento em direção a um comprimento de onda mais longo, ou ganhar energia, causando um comprimento de onda mais curto (anti-Stokes).

Em baixa potência do laser, esses efeitos Brillouin podem ocorrer espontaneamente, mas em intensidades de potência mais altas, esse efeito pode ser diretamente excitado por fótons excitados, chamados de espalhamento Brillouin estimulado (SBS). O SBS faz com que ondas sonoras sejam geradas no material transportador, propagando-se na mesma direção do feixe incidente, e os fótons dispersos e em movimento são refletidos ou refletidos de volta para o feixe incidente. Essa dispersão pode ser analisada para determinar várias propriedades elásticas de filmes e amostras submicrométricas, bem como propriedades de superfície de materiais a granel, e é usada para uma ampla gama de aplicações; Os exemplos incluem geologia, biologia e ciências da vida, petróleo e gás, telecomunicações e muito mais. Por exemplo, é esse efeito de retrorreflexão estimulado que limita a potência óptica total que pode ser injetada na fibra. Este efeito também é amplamente utilizado na conjugação de fase óptica, onde espelhos de conjugação de fase (PCM) são usados ​​para corrigir distorções térmicas em cristais de laser e produzir formas de feixe mais gaussianas.

Como o efeito de espalhamento é muito fraco e o deslocamento de Stokes é de apenas alguns picômetros, o laser de excitação usado é crucial. O laser deve ter uma largura de linha extremamente estreita e um longo comprimento de coerência para garantir que os resultados do efeito de espalhamento de Brillouin sejam claramente observados com boa resolução e relação sinal-ruído.

12. Interferometria

A interferometria refere-se a uma técnica ampla que se baseia na superposição de dois caminhos de luz coerentes, mais comumente separados de uma única fonte de luz, para formar um padrão de interferência. Essa interferência é causada por uma diferença no caminho entre dois feixes, um caminho de luz de referência e um caminho de luz de amostra incidente, resultando em uma mudança mensurável no padrão de franja. Essa técnica de medição pode ser usada para uma variedade de aplicações diferentes - desde medições simples de distância ou superfície até estruturas e tensões, até medições de ondas gravitacionais.

Em teoria, a configuração experimental típica é muito simples. O laser coerente altamente estável é dividido em dois para produzir feixes separados e idênticos. Um é um braço de referência com um caminho fixo, enquanto o outro forma um feixe incidente em movimento da amostra. Inicialmente, os dois feixes de luz estão em fase, separados da mesma fonte coerente. Se os dois caminhos tiverem o mesmo comprimento, eles ainda estarão em fase quando chegarem ao detector. No entanto, um ligeiro desvio no caminho do feixe de amostra altera sua fase em relação ao feixe de referência e, assim, cria desvios associados no padrão de interferência. Esses desvios no padrão de interferência são saídas mensuráveis.

Vários fatores a serem considerados ao selecionar a fonte de luz correta para interferometria:

Primeiro, a fonte de luz precisa de estabilidade hiperespectral para garantir que a mudança de padrão seja causada pela amostra e não pelo efeito do laser. Comprimentos de coerência mais longos e, portanto, larguras de linha mais estreitas, determinarão parcialmente a resolução da medição, além de levar em consideração o comprimento de onda usado.

A alta estabilidade do feixe garante medições consistentes no local da amostra selecionada, enquanto a alta qualidade do feixe reduz a complexidade que pode surgir ao analisar os resultados da medição.

Por fim, é importante considerar o nível de potência disponível em comparação com o tamanho da amostra, pois uma potência maior pode representar uma área maior.

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