পাঠ 13.6মাইক্রো ও ন্যানোঅধ্যায় 13 · মাইক্রো ও ন্যানোফ্যাব্রিকেশন

ফেমটোসেকেন্ড লেজার মেশিনিং

অতি-স্বল্প লেজার স্পন্দন দিয়ে না গলিয়ে উপাদান সরায়

ফেমটোসেকেন্ড লেজার মেশিনিং এক সেকেন্ডের লক্ষ কোটি ভাগের এক ভাগেরও কম সময়ের লেজার ঝলকে উপাদান কাটে, ফুটো করে ও টেক্সচার দেয়। প্রতিটি ঝলক তাপ ছড়ানোর আগেই পাতলা একটি স্তর বাষ্প করে দেয়, তাই কিনারা গলে না, পরিষ্কার থাকে। হার্ট স্টেন্ট, ফোনের কভার গ্লাস ও ফুয়েল ইনজেক্টরের নির্মাতারা যেখানে সামান্য তাপের ক্ষতিও চলে না সেখানে এটি ব্যবহার করেন।

ছবি: paul_houle, CC BY-SA 2.0, সূত্র: Wikimedia Commons

ফেমটোসেকেন্ড লেজার মেশিনিং · মেশিন এবং কাজের জায়গার বড় করা দৃশ্যবৃত্তে ঘেরা সংখ্যাগুলো নিচের ধাপের সঙ্গে মেলে; ফ্রেমে ঘেরা দুটি অংশ আলো ও উপাদানের মিলনস্থলকে বড় করে দেখায়।

যেভাবে কাজ করে

অতি-স্বল্প স্পন্দন তৈরি। অসিলেটর (লেজারের স্পন্দন তৈরির কেন্দ্র) দুর্বল স্পন্দনের একটানা সারি ছাড়ে। প্রতিটি স্পন্দন কয়েক দশ থেকে কয়েক শো ফেমটোসেকেন্ড স্থায়ী হয় (এক ফেমটোসেকেন্ড হলো এক সেকেন্ডের এক কোটি কোটি ভাগের এক ভাগ)।
শক্তি বাড়ানো। অ্যামপ্লিফায়ার প্রতিটি স্পন্দনকে প্রসারিত করে, তার শক্তি বাড়ায়, তারপর আবার ছোট করে চেপে আনে। এই কৌশল, চার্পড পালস অ্যামপ্লিফিকেশন, 2018 সালে পদার্থবিজ্ঞানে নোবেল পুরস্কার জিতেছে।
লক্ষ্য ঠিক করা ও ফোকাস করা। স্ক্যানার (দ্রুত ঘুরতে থাকা দুটি আয়না) রশ্মিকে চালনা করে। লেন্স তাকে কয়েক মাইক্রন চওড়া একটি বিন্দুতে ফোকাস করে (মাইক্রন বা µm হলো মিলিমিটারের হাজার ভাগের এক ভাগ)।
ঠান্ডা অ্যাবলেশন। পরমাণুরা প্রতিবেশীদের তাপ দেওয়ার আগেই স্পন্দন তার সব শক্তি ঢেলে দেয়। প্রায় না গলে একটি পাতলা স্তর অ্যাবলেট হয়, অর্থাৎ বাষ্প ও প্লাজমা (গরম আধানযুক্ত গ্যাস) হয়ে উড়ে যায়।
পথ ধরে স্ক্যান করা। প্রতি সেকেন্ডে কয়েক লক্ষ বা তারও বেশি স্পন্দন প্রোগ্রাম করা পথ ধরে স্তরে স্তরে চলে কাটে, ফুটো করে বা টেক্সচার দেয়। স্বচ্ছ কাচের ভেতরে ফোকাস করলে স্পন্দন পৃষ্ঠ না ছুঁয়েই নালি পর্যন্ত লিখে ফেলতে পারে।

মূল তথ্য

উপাদান: প্রায় সবকিছু: ইস্পাত, টাইটানিয়াম, নিটিনল (আকার-স্মরণকারী সংকর), কাচ, নীলকান্তমণি, সিরামিক, পলিমার, এমনকি চোখের কলা
সাধারণ অংশ: হার্ট স্টেন্ট, ফুয়েল ইনজেক্টর ও সার্কিট বোর্ডে মাইক্রো-ছিদ্র, ফোনের কভার গ্লাসের কাটআউট, টেক্সচার করা পৃষ্ঠ
অংশের আকার: প্রায় 1 µm থেকে মিলিমিটার পর্যন্ত বৈশিষ্ট্য; অংশ সাধারণত ছোট বা পাতলা (নল, পাত, ফয়েল)
নির্ভুলতা: সাধারণত কয়েক মাইক্রন; প্রায় 1 µm পর্যন্ত সূক্ষ্ম বৈশিষ্ট্য
পৃষ্ঠের মান: পরিষ্কার, বার ছাড়া কিনারা, প্রায় কোনো তাপ-প্রভাবিত অঞ্চল নেই (যে অংশের উপাদান তাপে বদলে যায়)
কোন ব্যাচ আকারে মানানসই: প্রোটোটাইপ থেকে দামি অংশের বড় সিরিজ (স্টেন্ট, ফোনের কাচ, ব্যাটারি ফয়েল)
টুলিং ও মেশিনের খরচ: টুলিং লাগে না; একটি লেজার ওয়ার্কস্টেশনের দাম সাধারণত কয়েক লক্ষ ডলার
গতি: প্রতি সেকেন্ডে কয়েক লক্ষ স্পন্দন, তবু বেশি পরিমাণ উপাদান সরানো ধীর: সাধারণত প্রতি মিনিটে কয়েক ঘন মিলিমিটার

শক্তি ও সীমাবদ্ধতা

শক্তির দিক

প্রায় কোনো তাপের ক্ষতি নেই: বার, গলা কিনারা বা ফাটল হয় না
কাচ, নীলকান্তমণি, সিরামিক ও তাপ-সংবেদনশীল প্লাস্টিকে কাজ করে
মাইক্রন মাপের বিবরণ, টুলের সংস্পর্শ নেই, টুল ক্ষয়ও নেই
পৃষ্ঠ না ছুঁয়ে কাচের ভেতরটা বদলাতে পারে

সীমাবদ্ধতা

প্রচলিত লেজারের তুলনায় ধীরে উপাদান সরায়
লেজার উৎস দামি ও জটিল
স্পন্দনের শক্তি, হার ও ওভারল্যাপ ঠিক করা সূক্ষ্ম কাজ
ছোট অংশ ও পাতলা অংশের জন্য উপযোগী; ধোঁয়া বের করার ব্যবস্থা লাগে

কোথায় ব্যবহৃত হয়

চিকিৎসা যন্ত্রকরোনারি স্টেন্ট, ক্যাথেটার, মাইক্রো-সূচ
ভোক্তা ইলেকট্রনিক্সফোনের কভার গ্লাস, নীলকান্তমণির ক্যামেরা কভার, ডিসপ্লে কাটআউট
ইলেকট্রনিক্সমাইক্রো-ভায়া (সার্কিট বোর্ডের স্তর জোড়া দেওয়া ক্ষুদ্র ছিদ্র), ওয়েফার ডাইসিং
ব্যাটারিইলেকট্রোড ফয়েল কাটা ও গঠন দেওয়া
চোখের অস্ত্রোপচারLASIK-এর জন্য কর্নিয়ার ফ্ল্যাপ, ছানি অস্ত্রোপচারের কিছু ধাপ
অটোমোবাইল ও মহাকাশফুয়েল ইনজেক্টরের ছিদ্র, কুলিং ছিদ্র, ঘর্ষণ কমানো পৃষ্ঠ টেক্সচার

কীভাবে চিনবেন

সাধারণত পারবেন না: বৈশিষ্ট্যগুলো মাইক্রন চওড়া এবং স্টেন্ট, ফোন, সার্কিট বোর্ড ও ইঞ্জিনের ভেতরে লুকিয়ে থাকে।
কাচ বা ধাতুর কাটা কিনারা একেবারে পরিষ্কার দেখায়: পোড়া রং নেই, বার নেই, আবার জমে যাওয়া ধাতুর ফোঁটাও নেই।
ম্যাগনিফায়ারের নিচে পরিষ্কার গোল মাইক্রো-ছিদ্র, প্রায়ই সামান্য টেপার করা (লেজার যেদিক দিয়ে ঢুকেছে সেদিকে চওড়া)।
লেজারে টেক্সচার করা ধাতু রামধনু রঙে ঝিলিক দেয়: স্পন্দন এত সূক্ষ্ম ঢেউ রেখে যায় যা আলোকে রঙে ভেঙে দেয়।