Op het gebied van ultrasnelle verwerking van lasermateriaal is extreme controle van de verwerkingsschaal altijd een van de kernuitdagingen in het veld geweest. Met de in - diepteontwikkeling van nanoschaal laserverwerkingstechnologie, is het intrinsieke limietprobleem van laserverwerking een grensonderwerp geworden in de academische gemeenschap. Gezien de laser -focale spotbeperking veroorzaakt door het diffractie -effect, is de sleutel tot het bereiken van super - diffractie nanoprocessing om laser te gebruiken - geïnduceerde zelf - geassembleerde verstrooiers om laser far - veld te stralen in nabije {{7} {7} {7} {7} {7} {7} {7} {7} {7} {7} {7} {7} {7} {7} {7} {7}- {7} {7} {7} {7} {7} {7} {7} {7} {7} {7} {7} veldcomponenten. Daarom wordt het reguleren van het gedrag van lasers in het verre veld en het nabije veld niet alleen verwacht dat het de traditionele optische diffractielimiet doorbreekt en ultrasnelle materiaalmodificatie op nanoschaal zal bereiken, maar ook om een ongekende resolutie van verschillende nanometers te bereiken, een nieuw pad opent voor optische middelen om atomair -} niveaus te bereiken.
In de paper "Ultrasnelle laser high aspect ratio Extreme nanostructuurverwerking van glasmaterialen buiten λ/100" dat wordt gepubliceerd in UltrAlt Science, een gezamenlijk team van professor Cheng Guanghua van Noordwestelijke Polytechnical University en onderzoeker van het Franse nationale centrum voor wetenschappelijk onderzoek. De grootte kan lager zijn dan 1/100 van de golflengte van nabij - infrarood ultrasnelle lasers, het bereiken van het nanometerniveau en kan deze functiegrootte in de diepte -richting van tientallen micron houden. Deze technologie maakt gebruik van een non - strak gefocust lang - Focus diep non - diffractiebundel om te induceren in de buurt van - veldnanoschaal materiaalablatie, waardoor een materiaalsnijmechanisme van nanoschaal werd opgezet. Deze ultrasnelle laser extreme nanoprocessing -technologie heeft gediversifieerde applicatievooruitzichten in twee {- dimensionale en drie {- dimensionale niveaus, die meerdere velden omvatten zoals fotonica, kwantuminformatie, detectietechnologie en zelfs biomedicine.
De relevante onderzoeksresultaten zijn onlangs gepubliceerd in het Science Partner Journal Ultraskast Science onder de titel "Ultrasnel laser high - aspect - Extreme nanostructurering van glas buiten λ/100".
Onderzoeksreview
Het hoofdschematische diagram van non - diffractie ultrasnelle bessel balk direct schrijven nanoporeuze structuurverspreiders en nanodraden met een lijnbreedte van 10 nm op quartz glas wordt getoond in figuur 1. De hollow nanostructuur geïnduceerd door een single - diffrractie Brekingsindexgradiënt, die een sterke verstrooiing van het ultrasnelle laserveld kan produceren. Het nabije veld bevat twee hoofdcomponenten: een veldoppervlakte -component van de veld - en een interne in de buurt van - veldcomponent met vergelijkbare distributiekarakteristieken. In de richting loodrecht op de laserpolarisatie vertoont de bijna - veldintensiteitsverdeling een veldverbeteringsfunctie van beter dan 50%. In de richting parallel aan de laserpolarisatie vertoont echter de bijna - veldintensiteitsverdeling een significante verzwakking, die de laser - materie -interactie in deze richting effectief onderdrukt. Deze asymmetrische nabije - veldverdelingsfunctie zal verder worden verbeterd tijdens het scanproces van de laserpulssequentie, en door continue evolutie zal het de uitbreiding van de poriënstructuur in de richting loodrecht op de laserpolarisatie bevorderen. Daarom toont dit mechanisme de haalbaarheid van extreme verwerking op nanoschaal door zwak geconvergeerde grote focale plekken.
Afbeelding 1: (a) Kruis - sectie van een typische nanopore geïnduceerd in gefuseerd silica door een zwak geconvergeerde single - puls non - diffracterende Gauss -} bessel bundel. Deze poriënstructuren kunnen zich uitstrekken tot het achteroppervlak van het monster. Deze poriënstructuur kan worden geïnduceerd onder een relatief breed bereik van kegelhoeken, pulsbreedtes en lasergolflengten. Dit nanodeep -gat zal een significante nabije - veldmodulatie van het invallende laserveld produceren, zodat de veldintensiteit in het gebied grenzend aan het nanobole aanzienlijk wordt verhoogd in de richting loodrecht op de laserpolarisatie, en dit kenmerk bestaat altijd langs de diepte -richting van het nanobole. (b) Het gebruik van een ultrasnelle laser met een golflengte van 1030 nm en een pulsbreedte van 2ps en een herhalingssnelheid van 333 kHz, een nanodraad met een breedte van ongeveer 15 nm werd geschreven met een snelheid van 1,2 mm/s.
Om het verwerkingsmechanisme van extreme - schaal nanogrooves te bestuderen onder de werking van meerdere pulsen, construeerde dit werk een multi {- Physics Field Model onder de cumulatieve werking van meerdere pulsen. Aldus worden de energieafzetting en warmteconversieproces geanalyseerd wanneer verschillende timingpulsen werken op het materiaal tijdens het focusbewegingsproces. Uit de niet -lineaire laser -energie -depositieverdeling kan worden verkregen dat in het nabije {- veldverbeteringsgebied geïnduceerd door poriestructuurverstrooiing, de lokale temperatuur geïnduceerd door laser -energieafzetting meer dan 3000K kan bereiken, wat voldoende is om een fenomenon te induceren om een fenomenon te induceren met laseroppervlakvergrenking op de binnenwand van de nano- diepgat. Dientengevolge, wanneer meerdere pulsen zich ophopen, erodeert het lokaal verbeterde nabij - veld continu de binnenwand van de nano - diep gat, waardoor een nano - diepgroefstructuur wordt gevormd. Tijdens het verwerkingsproces van nanogroove vertoont de groefbreedte een trend van afnemende met de toename van de depositiepulslijndichtheid. Aangezien de ablatie en uitbreiding van de nanogroove voornamelijk afkomstig is van de voorhoede van het verbeterde nabije veld, dat een hogere ruimtelijke lokalisatie heeft, kan de breedte van de nanogroove geschreven door de ultrasnelle laser zelfs kleiner zijn dan de diameter van de startende poriestructuurverspreider.
Figuur 2: (a) oppervlak en (b) Diepte kruis - sectie scanning elektronenmicrofoto's van de nanogroove geschreven door de ultrasnelle laser op het achteroppervlak van het monster. Wanneer de laserfocus loodrecht op de laserpolarisatierichting beweegt, werkt de (c) niet -lineaire laserflux en (d) temperatuurverdeling van het achteroppervlak van het monster op verschillende tijdpulsen. (e) Niet -lineaire laserfluxverdeling op de dieptedoorsnede wanneer de ultrasnelle laser werkt op het diepe gat van nano -.
