No campo do processamento de material a laser ultra -rápido, o controle extremo da escala de processamento sempre foi um dos principais desafios do campo. Com o desenvolvimento de profundidade de- da tecnologia de processamento a laser em nanoescala, o problema intrínseco do processamento a laser se tornou um tópico de preocupação de fronteira na comunidade acadêmica. Considerando a limitação do ponto focal do laser causado pelo efeito de difração, a chave para alcançar super - nanoprocessamento de difração é usar laser - induzido. Portanto, a regulamentação do comportamento dos lasers no campo distante e no campo próximo não só deve romper o limite de difração óptica tradicional e alcançar a modificação de material ultra -rápida em nanoescala, mas também para obter uma resolução sem precedentes de vários nanômetros, abrindo um novo caminho.
No artigo "Processamento de nanoestrutura extrema de nanoestrutura extrema de materiais de vidro além de λ/100" a serem publicados em ciências ultra -rápidas, uma equipe conjunta do professor Cheng Guanghua do Northwestern PolyTechnical University e pesquisador Razvan Stoian do Hubert Curien Laboratory do Centro Nacional do French para o Scientific Scientific para Scientific Scientific. O tamanho do recurso de processamento pode ser inferior a 1/100 do comprimento de onda de-} lasers ultra -rápidos, atingindo o nível do nanômetro e pode manter esse tamanho de recurso na direção de profundidade de dezenas de microns. Esta tecnologia usa um não - focado fortemente longo - foco não -} feixe de difração para induzir próximo - ablação material em nanoescala de campo, estabelecendo assim um mecanismo de corte de material em nanoescala. Esta tecnologia de nanoprocessamento extrema ultra -rápida a laser diversificou as perspectivas de aplicativos em dois níveis dimensionais- e três níveis dimensionais -, cobrindo vários campos, como fotônica, informação quântica, sensor de tecnologia e até biomedicina.
Os resultados da pesquisa relevantes foram publicados recentemente no Jornal de Parceiros de Ciência, Science Ultrafast sob o título "Ultrafast Laser High - aspecto - ratio extrema nanoestrutura de vidro além de λ/100".
Revisão da pesquisa
O principal diagrama esquemático de não -} difração de combustão ultrafast de bessel de escrita direta de gravação de dispersores e nanofios com uma largura de linha de 10nm em vidro de quartzo é mostrado na figura 1. A nanoestrutura oca 4 -}}} pulse {{{}}}} pulse não Gradiente de índice de refração, que pode produzir uma forte dispersão do campo a laser ultra -rápido. Seu campo próximo contém dois componentes principais: um componente de campo da superfície do campo próximo a - e um componente interno próximo a -} com características de distribuição semelhantes. Na direção perpendicular à polarização do laser, a distribuição de intensidade do campo - próxima mostra um recurso de aprimoramento de campo melhor que 50%. No entanto, na direção paralela à polarização do laser, a distribuição de intensidade do campo - próxima mostra uma atenuação significativa, que efetivamente suprime a interação da matéria a laser -} nessa direção. Esse recurso de distribuição de campo assimétrico próximo a -} será aprimorado ainda mais durante o processo de varredura da sequência de pulsos a laser e, através da evolução contínua, promoverá a extensão da estrutura dos poros na direção perpendicular à polarização do laser. Portanto, esse mecanismo mostra a viabilidade do processamento em nanoescala extrema através de grandes pontos focais fracamente convergentes.
Figura 1: (a) Cruz - Seção de um nanoporo típico induzido em sílica fundida por um single fracamente convergente - pulse non - difrating gauss - feixe de bessel. Essas estruturas de poros podem se estender à superfície traseira da amostra. Essa estrutura de poros pode ser induzida sob uma faixa relativamente ampla de ângulos de cone, larguras de pulso e comprimentos de onda do laser. Esse furo nanodeep produzirá um campo significativo próximo -} do campo do laser incidente, de modo que a intensidade do campo na área adjacente ao nanohole aumenta significativamente na direção perpendicular à polarização do laser, e esse recurso sempre existe ao longo da direção da profundidade do nanohole. (b) Usando um laser ultra -rápido com um comprimento de onda de 1030 nm e uma largura de pulso de 2ps e uma taxa de repetição de 333kHz, um nanofio com uma largura de cerca de 15Nm foi escrito a uma velocidade de 1,2 mm/s.
Para estudar o mecanismo de processamento do extremo - nanogrooves em escala sob a ação de múltiplos pulsos, este trabalho construiu um modelo de campo de física multi - sob a ação cumulativa de múltiplos pulsos. Assim, o processo de deposição de energia e conversão de calor quando diferentes pulsos de tempo atuam no material durante o processo de movimento do foco. A partir da distribuição não linear de deposição de energia do laser, pode -se obtiver que, na região de aprimoramento de campo próxima - induzida pela espalhamento da estrutura dos poros, a temperatura local induzida pela deposição de energia do laser pode atingir mais de 3000k, o que é suficiente para induzir um fenômeno semelhante à superfície de laser »}. Como resultado, quando múltiplos pulsos se acumulam, o campo de campo aprimorado localmente próximo a - em campo corroia continuamente a parede interna do nano - profundo buraco, formando assim uma estrutura de raio nano -. Durante o processo de processamento de nanogroove, a largura da ranhura mostra uma tendência de diminuição com o aumento da densidade da linha de pulso de deposição. Como a ablação e expansão do nanogroove se origina principalmente da vanguarda do campo próximo aprimorado, que possui uma localização espacial mais alta, a largura do nanogroove escrito pelo laser ultrafast pode ser menor que o diâmetro da estrutura da estrutura de poro inicial.
Figura 2: (a) Superfície e (b) Cruz de profundidade - Seção Micrografias eletrônicas de varredura do nanogroove escrito pelo laser ultra -rápido na superfície traseira da amostra. Quando o foco do laser se move perpendicularmente à direção da polarização do laser, o (c) fluxo de laser não linear e (d) distribuição de temperatura da superfície traseira da amostra actinada por diferentes pulsos de tempo. (e) distribuição de fluxo a laser não linear na seção transversal de profundidade quando o laser ultra -rápido age no nano - buraco profundo.
