যদিও অতি দ্রুতগতির লেজার কয়েক দশক ধরেই প্রচলিত, গত দুই দশকে এর শিল্পক্ষেত্রে প্রয়োগ দ্রুত বৃদ্ধি পেয়েছে। ২০১৯ সালে, অতি দ্রুতগতির লেজারের বাজার মূল্য...লেজার উপাদানপ্রক্রিয়াকরণের পরিমাণ ছিল প্রায় ৪৬০ মিলিয়ন মার্কিন ডলার, যার চক্রবৃদ্ধি বার্ষিক বৃদ্ধির হার ছিল ১৩%। যেসব ক্ষেত্রে শিল্প উপকরণ প্রক্রিয়াকরণে আল্ট্রাফাস্ট লেজার সফলভাবে ব্যবহৃত হয়েছে, তার মধ্যে রয়েছে সেমিকন্ডাক্টর শিল্পে ফটোমাস্ক তৈরি ও মেরামত; সেইসাথে মোবাইল ফোন ও ট্যাবলেটের মতো ভোক্তা ইলেকট্রনিক্সে সিলিকন ডাইসিং, গ্লাস কাটা/স্ক্রাইবিং এবং (ইন্ডিয়াম টিন অক্সাইড) আইটিও ফিল্ম অপসারণ; স্বয়ংচালিত শিল্পের জন্য পিস্টন টেক্সচারিং; এবং চিকিৎসা শিল্পের জন্য করোনারি স্টেন্ট উৎপাদন ও মাইক্রোফ্লুইডিক ডিভাইস উৎপাদন।
০১ সেমিকন্ডাক্টর শিল্পে ফটোমাস্ক উৎপাদন ও মেরামত
উপকরণ প্রক্রিয়াকরণে প্রথম দিকের শিল্প প্রয়োগগুলোর মধ্যে একটিতে অতি দ্রুতগতির লেজার ব্যবহৃত হয়েছিল। ১৯৯০-এর দশকে আইবিএম ফটোমাস্ক উৎপাদনে ফেমটোসেকেন্ড লেজার অ্যাবলেশনের প্রয়োগের কথা জানায়। ন্যানোসেকেন্ড লেজার অ্যাবলেশনের তুলনায়, যা ধাতব স্প্যাটার এবং কাচের ক্ষতি করতে পারে, ফেমটোসেকেন্ড লেজার মাস্কে কোনো ধাতব স্প্যাটার বা কাচের ক্ষতি ইত্যাদি দেখা যায় না। এই পদ্ধতিটি ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট (আইসি) তৈরি করতে ব্যবহৃত হয়। একটি আইসি চিপ তৈরি করতে ৩০টি পর্যন্ত মাস্কের প্রয়োজন হতে পারে এবং এর খরচ ১০০,০০০ ডলারের বেশি হতে পারে। ফেমটোসেকেন্ড লেজার প্রক্রিয়াকরণ ১৫০ ন্যানোমিটারের নিচের লাইন এবং পয়েন্ট প্রক্রিয়া করতে পারে।
চিত্র ১. ফটোমাস্ক নির্মাণ ও মেরামত
চিত্র ২. চরম অতিবেগুনি লিথোগ্রাফির জন্য বিভিন্ন মাস্ক প্যাটার্নের অপ্টিমাইজেশন ফলাফল
০২ সেমিকন্ডাক্টর শিল্পে সিলিকন কাটিং
সেমিকন্ডাক্টর শিল্পে সিলিকন ওয়েফার ডাইসিং একটি প্রচলিত উৎপাদন প্রক্রিয়া এবং এটি সাধারণত যান্ত্রিক ডাইসিং ব্যবহার করে করা হয়। এই কাটিং হুইলগুলিতে প্রায়শই ক্ষুদ্র ফাটল দেখা দেয় এবং পাতলা (যেমন পুরুত্ব < ১৫০ μm) ওয়েফার কাটা কঠিন। সেমিকন্ডাক্টর শিল্পে বহু বছর ধরে সিলিকন ওয়েফারের লেজার কাটিং ব্যবহৃত হয়ে আসছে, বিশেষ করে পাতলা ওয়েফারের (১০০-২০০μm) জন্য, এবং এটি একাধিক ধাপে সম্পন্ন করা হয়: লেজার গ্রুভিং, এরপর যান্ত্রিক পৃথকীকরণ বা স্টিলথ কাটিং (অর্থাৎ সিলিকন স্ক্রাইবিংয়ের ভিতরে ইনফ্রারেড লেজার রশ্মি) এবং সবশেষে যান্ত্রিক টেপ পৃথকীকরণ। ন্যানোসেকেন্ড পালস লেজার প্রতি ঘণ্টায় ১৫টি ওয়েফার এবং পিকোসেকেন্ড লেজার প্রতি ঘণ্টায় ২৩টি ওয়েফার উচ্চতর গুণমানে প্রসেস করতে পারে।
০৩ ব্যবহারযোগ্য ইলেকট্রনিক্স শিল্পে কাচ কাটা/খোদাই করা
মোবাইল ফোন এবং ল্যাপটপের টাচ স্ক্রিন ও সুরক্ষামূলক কাচগুলো ক্রমশ পাতলা হচ্ছে এবং কিছু জ্যামিতিক আকৃতি বক্রাকার হচ্ছে। এর ফলে প্রচলিত যান্ত্রিক কাটিং আরও কঠিন হয়ে পড়ছে। সাধারণ লেজার দিয়ে সাধারণত নিম্নমানের কাটিং করা যায়, বিশেষ করে যখন এই কাচের ডিসপ্লেগুলো ৩-৪টি স্তরে সাজানো থাকে এবং উপরের ৭০০ মাইক্রোমিটার পুরু সুরক্ষামূলক কাচটি টেম্পারড করা থাকে, যা কোনো নির্দিষ্ট স্থানে চাপের কারণে ভেঙে যেতে পারে। দেখা গেছে যে, আল্ট্রাফাস্ট লেজার এই কাচগুলোকে আরও ভালো প্রান্ত শক্তি দিয়ে কাটতে সক্ষম। বড় ফ্ল্যাট প্যানেল কাটার জন্য, ফেমটোসেকেন্ড লেজারকে কাচের শিটের পেছনের পৃষ্ঠে ফোকাস করা যেতে পারে, যা সামনের পৃষ্ঠের কোনো ক্ষতি না করেই কাচের ভেতরের অংশে আঁচড় কাটে। এরপর, এই আঁচড় কাটা নকশা বরাবর যান্ত্রিক বা তাপীয় উপায়ে কাচটি ভাঙা যায়।
চিত্র ৩. পিকোসেকেন্ড অতি দ্রুত লেজার দ্বারা কাঁচের বিশেষ আকৃতির কর্তন
০৪ মোটরগাড়ি শিল্পে পিস্টনের গঠন
হালকা ওজনের গাড়ির ইঞ্জিন অ্যালুমিনিয়াম সংকর ধাতু দিয়ে তৈরি হয়, যা ঢালাই লোহার মতো ক্ষয়-প্রতিরোধী নয়। গবেষণায় দেখা গেছে যে, গাড়ির পিস্টনের গঠনকে ফেমটোসেকেন্ড লেজার প্রক্রিয়াকরণের মাধ্যমে ঘর্ষণ ২৫% পর্যন্ত কমানো যায়, কারণ এর ফলে ময়লা ও তেল কার্যকরভাবে সংরক্ষণ করা সম্ভব হয়।
চিত্র ৪. ইঞ্জিনের কর্মক্ষমতা উন্নত করার জন্য মোটরগাড়ির ইঞ্জিনের পিস্টনের ফেমটোসেকেন্ড লেজার প্রক্রিয়াকরণ।
০৫ চিকিৎসা শিল্পে করোনারি স্টেন্ট উৎপাদন
শরীরের করোনারি ধমনীতে লক্ষ লক্ষ করোনারি স্টেন্ট স্থাপন করা হয়, যা জমাট বাঁধা রক্তনালীতে রক্ত প্রবাহের জন্য একটি পথ খুলে দেয় এবং প্রতি বছর লক্ষ লক্ষ জীবন বাঁচায়। করোনারি স্টেন্ট সাধারণত ধাতু (যেমন, স্টেইনলেস স্টিল, নিকেল-টাইটানিয়াম শেপ মেমোরি অ্যালয়, বা সম্প্রতি কোবাল্ট-ক্রোমিয়াম অ্যালয়) এবং তারের জাল দিয়ে তৈরি হয়, যার স্ট্রাটের প্রস্থ প্রায় ১০০ μm। লং-পালস লেজার কাটিংয়ের তুলনায়, ব্র্যাকেট কাটার জন্য আল্ট্রাফাস্ট লেজার ব্যবহারের সুবিধাগুলো হলো উচ্চ কাটিং কোয়ালিটি, উন্নত সারফেস ফিনিশ এবং কম বর্জ্য, যা পরবর্তী প্রক্রিয়াকরণের খরচ কমিয়ে দেয়।
০৬ চিকিৎসা শিল্পের জন্য মাইক্রোফ্লুইডিক ডিভাইস উৎপাদন
মাইক্রোফ্লুইডিক ডিভাইসগুলো সাধারণত চিকিৎসা শিল্পে রোগ পরীক্ষা এবং রোগ নির্ণয়ের জন্য ব্যবহৃত হয়। এগুলো সাধারণত পৃথক অংশগুলোর মাইক্রো-ইনজেকশন মোল্ডিংয়ের মাধ্যমে তৈরি করা হয় এবং তারপর আঠা বা ওয়েল্ডিংয়ের মাধ্যমে জোড়া লাগানো হয়। মাইক্রোফ্লুইডিক ডিভাইসগুলোর আল্ট্রাফাস্ট লেজার ফ্যাব্রিকেশনের সুবিধা হলো, এটি কাচের মতো স্বচ্ছ পদার্থের মধ্যে কোনো সংযোগের প্রয়োজন ছাড়াই ত্রিমাত্রিক (3D) মাইক্রোচ্যানেল তৈরি করতে পারে। একটি পদ্ধতি হলো একটি বাল্ক গ্লাসের ভিতরে আল্ট্রাফাস্ট লেজার ফ্যাব্রিকেশন এবং তারপরে ওয়েট কেমিক্যাল এচিং করা, এবং অন্যটি হলো আবর্জনা অপসারণের জন্য পাতিত জলে কাচ বা প্লাস্টিকের ভিতরে ফেমটোসেকেন্ড লেজার অ্যাবলেশন করা। আরেকটি পদ্ধতি হলো কাচের পৃষ্ঠে মেশিনিং করে চ্যানেল তৈরি করা এবং ফেমটোসেকেন্ড লেজার ওয়েল্ডিংয়ের মাধ্যমে একটি কাচের ঢাকনা দিয়ে সেগুলোকে সিল করে দেওয়া।
চিত্র ৬। কাচ উপাদানের অভ্যন্তরে মাইক্রোফ্লুইডিক চ্যানেল প্রস্তুত করার জন্য ফেমটোসেকেন্ড লেজার-প্ররোচিত নির্বাচনী এচিং।
০৭ ইনজেক্টর নজলের মাইক্রো ড্রিলিং
ফ্লো হোলের প্রোফাইল পরিবর্তনে অধিকতর নমনীয়তা এবং কম মেশিনিং সময়ের কারণে উচ্চ-চাপের ইনজেক্টর বাজারের অনেক কোম্পানিতে ফেমটোসেকেন্ড লেজার মাইক্রোহোল মেশিনিং মাইক্রো-ইডিএম-কে প্রতিস্থাপন করেছে। একটি প্রসেসিং স্ক্যান হেডের মাধ্যমে বিমের ফোকাস অবস্থান এবং টিল্ট স্বয়ংক্রিয়ভাবে নিয়ন্ত্রণ করার ক্ষমতা এমন অ্যাপারচার প্রোফাইল (যেমন, ব্যারেল, ফ্লেয়ার, কনভারজেন্স, ডাইভারজেন্স) ডিজাইন করতে সাহায্য করেছে যা কম্বাশন চেম্বারে অ্যাটোমাইজেশন বা পেনিট্রেশনকে ত্বরান্বিত করতে পারে। ড্রিলিংয়ের সময় অ্যাবলেশন ভলিউমের উপর নির্ভর করে, যেখানে ড্রিলের পুরুত্ব ০.২ – ০.৫ মিমি এবং ছিদ্রের ব্যাস ০.১২ – ০.২৫ মিমি হয়, যা এই কৌশলটিকে মাইক্রো-ইডিএম-এর চেয়ে দশগুণ দ্রুততর করে তোলে। মাইক্রোড্রিলিং তিনটি পর্যায়ে সম্পন্ন করা হয়, যার মধ্যে থ্রু-পাইলট হোলের রাফিং এবং ফিনিশিং অন্তর্ভুক্ত। বোরহোলকে অক্সিডেশন থেকে রক্ষা করতে এবং প্রাথমিক পর্যায়ে চূড়ান্ত প্লাজমাকে শিল্ড করার জন্য সহায়ক গ্যাস হিসেবে আর্গন ব্যবহার করা হয়।
চিত্র ৭. ডিজেল ইঞ্জিন ইনজেক্টরের জন্য ফেমটোসেকেন্ড লেজার দ্বারা উচ্চ-নির্ভুল প্রক্রিয়ায় উল্টানো টেপার ছিদ্র নির্মাণ।
০৮ অতি-দ্রুত লেজার টেক্সচারিং
সাম্প্রতিক বছরগুলোতে, মেশিনিং নির্ভুলতা উন্নত করতে, উপাদানের ক্ষতি কমাতে এবং প্রক্রিয়াকরণের দক্ষতা বাড়াতে, মাইক্রোমেশিনিং ক্ষেত্রটি ক্রমশ গবেষকদের মনোযোগের কেন্দ্রবিন্দুতে পরিণত হয়েছে। আল্ট্রাফাস্ট লেজারের কম ক্ষতি এবং উচ্চ নির্ভুলতার মতো বিভিন্ন প্রক্রিয়াকরণ সুবিধা রয়েছে, যা প্রক্রিয়াকরণ প্রযুক্তির উন্নয়নে মনোযোগের কেন্দ্রবিন্দুতে পরিণত হয়েছে। একই সাথে, আল্ট্রাফাস্ট লেজার বিভিন্ন ধরণের উপাদানের উপর কাজ করতে পারে এবং লেজার প্রক্রিয়াকরণে উপাদানের ক্ষতিও একটি প্রধান গবেষণার দিক। আল্ট্রাফাস্ট লেজার উপাদান অ্যাবলেট করতে ব্যবহৃত হয়। যখন লেজারের শক্তি ঘনত্ব উপাদানের অ্যাবলেশন থ্রেশহোল্ডের চেয়ে বেশি হয়, তখন অ্যাবলেট করা উপাদানের পৃষ্ঠে নির্দিষ্ট বৈশিষ্ট্য সহ একটি মাইক্রো-ন্যানো কাঠামো দেখা যায়। গবেষণায় দেখা গেছে যে এই বিশেষ পৃষ্ঠ কাঠামোটি লেজার প্রক্রিয়াকরণের সময় উপাদানে ঘটা একটি সাধারণ ঘটনা। পৃষ্ঠের মাইক্রো-ন্যানো কাঠামো প্রস্তুত করা উপাদানের নিজস্ব বৈশিষ্ট্য উন্নত করতে পারে এবং নতুন উপাদানের বিকাশেও সহায়তা করে। এটি আল্ট্রাফাস্ট লেজার দ্বারা পৃষ্ঠের মাইক্রো-ন্যানো কাঠামো প্রস্তুত করাকে গুরুত্বপূর্ণ উন্নয়ন তাৎপর্যপূর্ণ একটি প্রযুক্তিগত পদ্ধতিতে পরিণত করে। বর্তমানে, ধাতব পদার্থের ক্ষেত্রে, অতিদ্রুত লেজার সারফেস টেক্সচারিং নিয়ে গবেষণা ধাতব পৃষ্ঠের সিক্তকরণ বৈশিষ্ট্য, পৃষ্ঠের ঘর্ষণ ও ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা, আবরণের আনুগত্য এবং কোষের দিকনির্দেশক বিস্তার ও আনুগত্য উন্নত করতে পারে।
চিত্র ৮. লেজার দ্বারা প্রস্তুত সিলিকন পৃষ্ঠের অতি-জলবিকর্ষী বৈশিষ্ট্য
একটি অত্যাধুনিক প্রক্রিয়াকরণ প্রযুক্তি হিসেবে, অতি-দ্রুত লেজার প্রক্রিয়াকরণের বৈশিষ্ট্য হলো ক্ষুদ্র তাপ-প্রভাবিত অঞ্চল, পদার্থের সাথে অরৈখিক মিথস্ক্রিয়া প্রক্রিয়া এবং ডিফ্র্যাকশন সীমার বাইরে উচ্চ-রেজোলিউশন প্রক্রিয়াকরণ। এটি বিভিন্ন পদার্থের উচ্চ-মানের ও উচ্চ-নির্ভুল মাইক্রো-ন্যানো প্রক্রিয়াকরণ এবং ত্রিমাত্রিক মাইক্রো-ন্যানো কাঠামো নির্মাণ করতে পারে। বিশেষ পদার্থ, জটিল কাঠামো এবং বিশেষ যন্ত্রপাতির লেজার উৎপাদন মাইক্রো-ন্যানো উৎপাদনের জন্য নতুন দিগন্ত উন্মোচন করে। বর্তমানে, ফেমটোসেকেন্ড লেজার অনেক অত্যাধুনিক বৈজ্ঞানিক ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হচ্ছে: ফেমটোসেকেন্ড লেজার ব্যবহার করে বিভিন্ন অপটিক্যাল ডিভাইস, যেমন মাইক্রোলেন্স অ্যারে, বায়োনিক যৌগিক চোখ, অপটিক্যাল ওয়েভগাইড এবং মেটাসারফেস প্রস্তুত করা যায়; এর উচ্চ নির্ভুলতা, উচ্চ রেজোলিউশন এবং ত্রিমাত্রিক প্রক্রিয়াকরণ ক্ষমতা ব্যবহার করে, ফেমটোসেকেন্ড লেজার মাইক্রোহিটার উপাদান এবং ত্রিমাত্রিক মাইক্রোফ্লুইডিক চ্যানেলের মতো মাইক্রোফ্লুইডিক এবং অপ্টোফ্লুইডিক চিপ প্রস্তুত বা একীভূত করতে পারে। এছাড়াও, ফেমটোসেকেন্ড লেজার অ্যান্টি-রিফ্লেকশন, সুপার-হাইড্রোফোবিক, অ্যান্টি-আইসিং এবং অন্যান্য কার্যকারিতা অর্জনের জন্য বিভিন্ন ধরণের পৃষ্ঠ মাইক্রো-ন্যানোস্ট্রাকচার তৈরি করতে পারে; শুধু তাই নয়, ফেমটোসেকেন্ড লেজার বায়োমেডিসিনের ক্ষেত্রেও প্রয়োগ করা হয়েছে, যা বায়োলজিক্যাল মাইক্রো-স্টেন্ট, সেল কালচার সাবস্ট্রেট এবং বায়োলজিক্যাল মাইক্রোস্কোপিক ইমেজিং-এর মতো ক্ষেত্রে অসামান্য কার্যকারিতা দেখিয়েছে। এর ব্যাপক প্রয়োগের সম্ভাবনা রয়েছে। বর্তমানে, ফেমটোসেকেন্ড লেজার প্রক্রিয়াকরণের প্রয়োগ ক্ষেত্রগুলি বছর বছর প্রসারিত হচ্ছে। উপরে উল্লিখিত মাইক্রো-অপটিক্স, মাইক্রোফ্লুইডিক্স, বহু-কার্যকরী মাইক্রো-ন্যানোস্ট্রাকচার এবং বায়োমেডিকেল ইঞ্জিনিয়ারিং অ্যাপ্লিকেশনগুলি ছাড়াও, এটি মেটাসারফেস প্রস্তুতি, মাইক্রো-ন্যানো উৎপাদন এবং বহু-মাত্রিক অপটিক্যাল তথ্য সঞ্চয়স্থানের মতো কিছু উদীয়মান ক্ষেত্রেও একটি বিশাল ভূমিকা পালন করে।
পোস্ট করার সময়: ১৭ এপ্রিল, ২০২৪
