בתחום עיבוד חומרי הלייזר האולטרה -פסטי, השליטה הקיצונית בסולם העיבוד הייתה מאז ומתמיד אחד האתגרים העיקריים בתחום. עם פיתוח עומק - עומק של טכנולוגיית עיבוד לייזר ננומטרית, בעיית הגבול המהותית של עיבוד לייזר הפכה לנושא הגבול של דאגה בקהילה האקדמית. בהתחשב במגבלת המוקד של המוקד בלייזר הנגרמת כתוצאה מאפקט ההפרדה, המפתח להשגת סופר - ננו -מעקב דיפרקציה הוא להשתמש בלייזר {}}} גרם לעצמי - שהרכיב פיזורים כדי להמיר לייזר רחוק -}, לפיכך, ויסות התנהגותם של לייזרים בשדה הרחוק ובשדה הקרוב לא רק צפוי לפרוץ את גבול ההפרדה האופטית המסורתית ולהשיג שינוי חומרי אולטרה -סופי ננו, אלא גם כדי להשיג רזולוציה חסרת תקדים של מספר ננומטרים, פתיחת מסלול חדש לאמצעים אופטיים להשגת אטומי - עיבוד.
בעיתון "לייזר אולטרה -לייזר, יחס גבוה, יחס ננו -מבנה קיצוני של חומרי זכוכית מעבר ל- λ/100" שיפורסם ב- Ultrafast Science, צוות משותף של פרופסור צ'נג גואנגהואה מצפון -מערב הפוליטכניקה של האוניברסיטה והחוקרת של עיבודו של ריסן, מעבדה של הובאן קוריאן. גודל התכונה יכול להיות נמוך מ- 1/100 מאורך הגל של לייזרי UltraFAST כמעט - ultrafast, להגיע לרמת הננומטר, ויכול לשמור על גודל תכונה זה בכיוון העומק של עשרות מיקרון. טכנולוגיה זו משתמשת ב- - ממוקד בחוזקה - מיקוד עמוק ללא - קרן דיפרקציה כדי לגרום לסמוך - הפחתת חומר ננו -סולם בשדה, ובכך לקבוע מנגנון חיתוך חומר ננו. טכנולוגיית ננו -עיבוד ננו -עיבוד קיצוני לייזר אולטרה -פסטית יש סיכויי יישום מגוונים בשני - ממדיים ושלושה- רמות ממדיות, המכסים תחומים מרובים כמו פוטוניקה, מידע קוונטי, טכנולוגיית חישה ואפילו ביו -רפואה.
תוצאות המחקר הרלוונטיות פורסמו לאחרונה בכתב העת Science Partner Journal Ultrafast Science תחת הכותרת "לייזר Ultrafast High - get -etter - יחס ננו -מבנה קיצוני של זכוכית מעבר ל- λ/100".
סקירת מחקר
The principle schematic diagram of non-diffraction ultrafast Bessel beam direct writing nanoporous structure scatterers and nanowires with a line width of 10nm on quartz glass is shown in Figure 1. The hollow nanostructure induced by a single-pulse non-diffraction ultrafast Bessel beam has a high refractive שיפוע אינדקס, שיכול לייצר פיזור חזק של שדה הלייזר Ultrafast. השדה הקרוב שלו מכיל שני רכיבים עיקריים: רכיב שטח שדה קרוב {}}} רכיב שדה פנימי קרוב - רכיב שדה עם מאפייני הפצה דומים. בכיוון בניצב לקיטוב הלייזר, התפלגות עוצמת השדה הקרובה- מציגה תכונה לשיפור שדה של טוב יותר מ- 50%. עם זאת, בכיוון המקביל לקיטוב הלייזר, התפלגות עוצמת השדה הקרובה- מראה הנחתה משמעותית, המדכאת למעשה את האינטראקציה של הלייזר {}} חומר בכיוון זה. תכונת חלוקת השדה האסימטרית הזו ליד -} תוגבר עוד יותר במהלך תהליך הסריקה של רצף הדופק של לייזר, ובאמצעות התפתחות רציפה, היא תקדם את הרחבת מבנה הנקבוביות בכיוון בניצב לקוטב הלייזר. לפיכך, מנגנון זה מראה את היתכנותה של עיבוד ננומטוס קיצוני באמצעות כתמי מוקד גדולים חלשים.
איור 1: (א) Cross - קטע של ננו -פורט טיפוסי הנגרם בסיליקה התמזגה על ידי סינגל מתכנס חלש - דופק ללא - gauss- Bessel Bem. מבני נקבוביות אלה יכולים להתרחב על פני השטח האחורי של הדגימה. ניתן לגרום למבנה נקבוביות זה תחת מגוון רחב יחסית של זוויות חרוט, רוחב דופק ואורכי גל לייזר. חור ננודיפ זה ייצר אפנון שדה משמעותי קרוב - שדה של שדה הלייזר האירוע, כך שעוצמת השדה באזור הסמוכה לננו -ננו מוגברת באופן משמעותי בכיוון הניצב לקיטוב הלייזר, ותכונה זו תמיד קיימת לאורך הכיוון העומק של הננו. (ב) שימוש בלייזר אולטרה -פסטי עם אורך גל של 1030 ננומטר ורוחב דופק של 2Ps ושיעור חזרה של 333 קילו הרץ, ננו עם רוחב של כ- 15nm נכתב במהירות של 1.2 מ"מ/שניות.
על מנת ללמוד את מנגנון העיבוד של ננוגרובים קיצוניים - ננו -פרוזים תחת פעולה של פולסים מרובים, עבודה זו בנה מודל שדה פיזיקה רב {}} תחת פעולה מצטברת של פולסים מרובים. לפיכך, מנותחים תהליך הפקדת האנרגיה והמרת החום כאשר פולסים תזמון שונים פועלים על החומר במהלך תהליך תנועת המיקוד. החל מהפצת התפוצה של תמצית אנרגיה בליינארית, ניתן להשיג כי באזור שיפור השדה הקרוב- הנגרם על ידי פיזור מבנה הנקבוביות, הטמפרטורה המקומית הנגרמת על ידי תמצית אנרגיה בלייזר יכולה להגיע ליותר מ- 3000K, וזה מספיק כדי לגרום לפנומנון הדומה לשטח לייזר על הקומה הפנימית של ננו (} up. כתוצאה מכך, כאשר פולסים מרובים מצטברים, השדה משופר באופן מקומי בסמוך - שדה קדמי שוחק ברציפות את הקיר הפנימי של החור העמוק של ננו- ובכך יוצר מבנה עמוק של ננו-. במהלך תהליך עיבוד הננווגוב, רוחב החריץ מראה מגמה של ירידה עם עליית צפיפות קו הדופק בתצהיר. מכיוון שהבלטציה וההתרחבות של הננו -גרוב מקורו בעיקר בחזית השדה המשופר, שיש לו לוקליזציה מרחבית גבוהה יותר, רוחב הננווגוב שנכתב על ידי הלייזר האולטרה -פסט יכול אפילו להיות קטן יותר מקוטרו של פיזור מבנה הנקבוביות.
איור 2: (א) פני השטח ו- (ב) צלב עומק - סריקת מיקרוגרפי אלקטרונים של הננווגוב שנכתב על ידי הלייזר האולטרה -פסט על פני השטח האחורי של הדגימה. כאשר מיקוד הלייזר נע בניצב לכיוון קיטוב הלייזר, שטף הלייזר הלא לינארי (ד) חלוקת הטמפרטורה של המשטח האחורי של הדגימה פעל על ידי פולסי זמן שונים. (ה) חלוקת שטף לייזר לא לינארי על חתך העומק כאשר הלייזר Ultrafast פועל על החור העמוק של ננו -.
