Mukautuva holografia nopeuttaa lasertyöstöä

Kimmo Salvén - 24.10.2014 - 08:18:18

FM Martti Silvennoinen on tutkinut väitöskirjassaan materiaalin prosessointia femtosekuntilaserilla. Väitöskirjassa on pyritty parantamaan pinnan, kuten lasin, metallin tai piin, työstön laatua sekä nopeuttamaan mikrometrin kokoluokan työstöä.

Tietokoneella muodostetut hologrammit ovat erittäin monikäyttöisiä materiaalin prosessoinnin kannalta. Perinteisesti hologrammi on valon ominaisuutta muokkaava elementti, joka on syövytetty peilin tai lasin pintaan käyttämällä joko uv-litografialla tai elektronisäde-litografialla muodostettua maskia. Valaisemalla tätä elementtiä lasersäteellä muodostuu linssin polttopisteeseen kuva. Väitöskirjassa käytetty laite (Spatial Light Modulator – Liquid Crystal On Silicon) muokkaa lasersäteen vaihetta.

Hologrammeilla voi säteen jakaa moniksi säteiksi. Jokaisen säteen paikan voi valita hyvin tarkasti ja niille voi antaa eri amplitudin. Tämä mahdollistaa rinnakkaisen prosessoinnin käyttämällä yhtä laseria. Vaihtamalla hologrammia laitteen näytöllä voi hologrammin muodostamaa intensiteettikuvaa muuttaa. Jotta työstön laatu olisi sama kaikilla muodostetuilla säteillä, voi hologrammia parannella käyttämällä laskennan tukena kameran kuvaa muodostetusta intensiteettijakaumasta.

Kehitetty menetelmä mahdollistaa monimutkaisten rakenteiden työstämisen vapaassa avaruudessa rinnakkaisesti. Yksinkertaisimmillaan tämä tarkoittaa sitä, että joukkoa säteitä voi siirrellä. Monimutkaisempi esimerkki on rinnakkaisesti työstetyt erikokoiset rakenteet, kuten harmaan kuvan työstäminen vaikkapa metallipinnalle. Tätä voi käyttää esimerkiksi turvamerkintänä avaimissa.

Väitöskirjassa kehitetyn rinnakkaisen työstön avulla voidaan nopeuttaa esimerkiksi piilevyjen poraamista. Materiaalin poraaminen laserilla on nopeaa, mutta johtuen plasman käyttäytymisestä porauksen aikana ei porausta voi nopeuttaa loputtomasti lisäämällä laserin toistotaajuutta. Tämän vuoksi useamman reiän poraaminen rinnakkain voi nopeuttaa työstöä. Työstön laatua on pyritty parantamaan ohuen ruiskutetun nestekalvoa avulla. Kalvo estää työstettävän kappaleen likaantumista työstöjätteestä. Työstöjätteen poistaminen nopeuttaa myös laserporausta.

Väitöskirjassa tutkittiin myös, miten mikrorakenteiden avulla voidaan muokata pinnan fysikaalista käyttäytymistä. Tästä esimerkkinä on lootuksen lehden likaahylkivä ominaisuus.  Materiaalin pinnan kuvioinnilla voi muuttaa sen vaikutusta nesteeseen. Muodostamalla piikkimetsiä muovin pintaan voi sen saada hylkimään vettä niin, että pieninkin pinnan kallistus saa nestepisaran poistumaan kuvioidulta pinnalta. Tätä ominaisuutta voi käyttää myös mikroskooppisissa nestekammioissa paineventtiileinä.

Filosofian maisteri Martti Silvennoisen väitöskirja Precise Material Processing with Spatial Light Modulator-controlled Femtosecond Laser Beam tarkastetaan Itä-Suomen yliopiston luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa 24.10.2014.