Trots den enorma mängden forskning under decennierna kring lasrar och deras tillämpningar, forskare har svårt att exakt och direkt observera fina detaljer om deras interaktioner med material. För första gången, forskare har hittat ett sätt att skaffa sådan data från en produktionslaser med lågkostnadsutrustning. Tekniken kan avsevärt förbättra noggrannheten hos föremål som skärs eller etsas med lasrar. Med tanke på laserns allestädes närvarande, detta kan ha omfattande konsekvenser i laboratoriet, kommersiella och industriella tillämpningar.

Lasrar används i ett utomordentligt brett spektrum av applikationer i den moderna världen. Ett särskilt område som blir allt viktigare är tillverkning, eftersom precisionen med vilken en laser kan fungera är mycket större än motsvarande fysiska verktyg. Dock, denna precision kan vara ännu högre i teorin, som leder till en ny generation av ännu oförutsedda tekniker. Ett viktigt sätt på vilket laserprecision kan förbättras är ett bättre sätt att få feedback på hur lasern interagerar med ett material. Det skulle ge större kontroll och mindre osäkerhet vid skärning och etsning av en produktionslaser. Detta problem har visat sig förvånansvärt svårt att hantera fram till nu.

"För att mäta hur långt in i en yta en laser har skurit krävs ofta tiotals eller hundratals djupavläsningar. Detta är en betydande barriär för snabba, automatiserade laserbaserade produktionssystem, "sa professor Junji Yumoto från Institutionen för fysik vid Tokyos universitet." Så vi har tagit fram ett nytt sätt att bestämma och förutsäga djupet av ett hål som produceras av laserpulser baserat på en enda observation snarare än tiotals eller hundratals. Detta resultat är ett viktigt steg framåt för att förbättra kontrollerbarheten för laserbearbetning. "

Yumoto och hans team försökte bestämma djupet av ett laserhål med hjälp av så lite information som möjligt. Detta fick dem att titta på det som kallas en laserpuls fluens, som är den optiska energin som pulsen levererar över ett visst område. Tills nyligen, dyr bildutrustning krävdes för att observera denna fluens, och saknade tillräcklig upplösning. Men tack vare utvecklingen inom andra områden inom elektronik och optik, en relativt enkel Raspberry Pi -kamera version 2 visade sig vara lämplig för jobbet.

När deras testlaserapparat gjorde ett hål på safir, kameran registrerade direkt fluensfördelningen av en laserpuls. Sedan mätte ett lasermikroskop hålformen. Genom att överlagra dessa två resultat och använda moderna numeriska metoder, laget producerade en stor och pålitlig datamängd som exakt kunde producera sambandet mellan fluens och håldjup.

"Detta skulle motsvara extraktionen av cirka 250, 000 datapunkter från en enda mätning, "sa Yumoto." Vår nya metod kan effektivt ge stora data för maskininlärning och nya numeriska simuleringsmetoder för att förbättra noggrannheten och styrbarheten för laserbearbetning för tillverkning. "