Investigation of laser processing of CVD diamonds using 532 nm wavelength radiation

Abstract

A study has been conducted on the processing of CVD diamonds subjected to laser radiation at a wavelength of 532 nm. The finite element method was employed to determine the geometric parameters of the craters generated in the diamonds as a result of laser heating for three different processing scenarios: I – laser radiation exposure along the second-order symmetry axis (L2), II – exposure along the third-order symmetry axis (L3), and III – exposure along the fourth-order symmetry axis (L4). A numerical experiment was carried out using laser power density, pulse duration, and laser beam cross-section radius as factors. The calculations were performed for 125 factor combinations as per the numerical experiment design to ascertain the geometric parameters of the laser-induced craters across the three CVD diamond processing scenarios. The finite element calculations derived from the numerical experiment were used to develop neural network models for the laser processing of CVD diamonds. The effective architectures of artificial neural networks for determining the geometric parameters of laser-induced craters were identified using the TensorFlow library. The experimental studies were conducted on the laser processing of CVD diamonds. = Выполнено исследование процесса обработки CVD-алмазов при воздействии лазерного излучения с длиной волны 532 нм. Методом конечных элементов определены геометрические параметры лунок, формируемые в алмазах в результате лазерного нагрева, для трех различных вариантов обработки: I – при воздействии лазерного излучения вдоль оси симметрии второго порядка (L2), II – при воздействии лазерного излучения вдоль оси симметрии третьего порядка (L3), III – при воздействии лазерного излучения вдоль оси симметрии четвертого порядка (L4). Проведен численный эксперимент, в котором в качестве факторов были использованы плотность мощности лазерного излучения, длительность импульса, радиус поперечного сечения лазерного пучка. В соответствии с планом численного эксперимента выполнены расчеты для 125 комбинаций факторов с определением геометрических параметров лазерно-индуцированных лунок для трех вариантов обработки CVD-алмазов. Результаты конечно-элементных расчетов, полученные с использованием численного эксперимента, использованы для создания нейросетевых моделей лазерной обработки CVDалмазов. С использованием библиотеки TensorFlow определены эффективные архитектуры искусственных нейронных сетей для определения геометрических параметров лазерно-индуцированных лунок. Проведены экспериментальные исследования лазерной обработки CVD-алмазов.