Inden for UltraFast Laser Material Processing har ekstrem kontrol af behandlingsskala altid været en af de centrale udfordringer på området. Med in - dybdeudviklingen af nanoskala laserbehandlingsteknologi er det iboende grænseproblem med laserforarbejdning blevet et grænseemne for bekymring i det akademiske samfund. I betragtning af laserfokale spotbegrænsningen forårsaget af diffraktionseffekten er nøglen til at opnå super - diffraktion nanoprocessing at bruge laser - induceret selv - monterede spredere til omdannelseslaser langt - feltstråling til nær {{7} field -komponenter. Derfor forventes regulering af lasers opførsel i det fjerne felt og nær felt ikke kun at bryde gennem den traditionelle optiske diffraktionsgrænse og opnå nanoskala ultrahøst materialemodifikation, men også for at opnå en hidtil uset opløsning af flere nanometer, der åbner en ny sti for optiske midler til at opnå atomisk - -niveau -behandlingsnøjagtighed.
In the paper "Ultrafast Laser High Aspect Ratio Extreme Nanostructure Processing of Glass Materials Beyond λ/100" to be published in Ultrafast Science, a joint team of Professor Cheng Guanghua from Northwestern Polytechnical University and Researcher Razvan Stoian from Hubert Curien Laboratory of the French National Center for Scientific Research reported a breakthrough laser processing technology - the processing Funktionsstørrelse kan være lavere end 1/100 af bølgelængden af nær - infrarøde ultrahastiske lasere, nå nanometerniveauet og kan opretholde denne funktionsstørrelse i dybden af titusinder af mikron. Denne teknologi bruger en ikke - tæt fokuseret lang - fokuserer dyb ikke - diffraktionsstråle til at inducere nær - felt nanoskala -ablation, hvorved et nanoskala -materialeskæringsmekanisme. Denne ultrahast laser ekstrem nanoprocesseringsteknologi har diversificeret applikationsudsigter i to - dimensionelt og tre - dimensionelle niveauer, der dækker flere felter såsom fotonik, kvanteinformation, sensing -teknologi og endda biomedicin.
De relevante forskningsresultater blev for nylig offentliggjort i Science Partner Journal UltraFast Science under titlen "UltraFAST LASER High - aspekt - Ratio Extreme Nanostructuring of Glass Beyond λ/100".
Forskningsanmeldelse
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 Indeksgradient, der kan producere stærk spredning af det ultrahastede laserfelt. Dens nær felt indeholder to hovedkomponenter: en nær - feltoverfladekomponent og en intern nær - feltkomponent med lignende distributionsegenskaber. I retning vinkelret på laserpolariseringen viser den nær - feltintensitetsfordeling et feltforbedringsfunktion på bedre end 50%. I retning parallelt med laserpolariseringen viser den nær - feltintensitetsfordeling imidlertid en betydelig dæmpning, som effektivt undertrykker laseren - stofinteraktion i denne retning. Denne asymmetriske nær - feltdistributionsfunktion vil blive yderligere forbedret under scanningsprocessen for laserpulssekvensen, og gennem kontinuerlig udvikling vil den fremme udvidelsen af porestrukturen i retning vinkelret på laserpolariseringen. Derfor viser denne mekanisme gennemførligheden af ekstrem nanoskala -behandling gennem svagt konvergerede store fokale pletter.
Figur 1: (a) Cross - sektion af en typisk nanopore induceret i smeltet silica af en svagt konvergeret enkelt - pulse non - diffracting gauss - Bessel Beam. Disse porestrukturer kan strække sig til den bageste overflade af prøven. Denne porestruktur kan induceres under en relativt bred vifte af keglevinkler, pulsbredder og laserbølgelængder. Dette nanodep -hul vil producere en signifikant nær - feltmodulering af det hændelseslaserfelt, så feltintensiteten i området ved siden af nanohullet øges markant i retningen vinkelret på laserpolariseringen, og denne funktion eksisterer altid langs dybden for nanohullet. (b) Brug af en ultrahøst laser med en bølgelængde på 1030Nm og en pulsbredde på 2P'er og en gentagelseshastighed på 333 kHz, blev der skrevet en nanowire med en bredde på ca. 15Nm med en hastighed på 1,2 mm/s.
For at studere behandlingsmekanismen for ekstrem - skala nanogrooves under handlingen af flere pulser konstruerede dette arbejde en multi - fysikfeltmodel under den kumulative virkning af flere pulser. Således analyseres energiaflejrings- og varmekonverteringsprocessen, når forskellige timingimpulser virker på materialet under fokusbevægelsesprocessen. Fra den ikke -lineære laserenergiaflejringsfordeling kan det opnås, at i den nær - feltforbedringsregion induceret af porestrukturspredning, kan den lokale temperatur induceret af laserenergiaflejring nå mere end 3000K, hvilket er nok til at inducere en fænomen, der ligner laseroverflade -ablation på indervæggen i nano {- dybet. Som et resultat, når flere impulser akkumuleres, er det lokalt forbedret nær - feltfront kontinuerligt udhuler den indvendige væg i nano - dybhullet og danner derved en nano - dyb rillestruktur. Under nanogroove -behandlingsprocessen viser rillebredden en tendens til at falde med stigningen i deponerings -pulslinjetætheden. Da ablationen og ekspansionen af nanogroove hovedsageligt stammer fra spidsen for det forbedrede nær felt, som har en højere rumlig lokalisering, kan bredden af nanogrloove skrevet af den ultrahastede laser endda være mindre end diameteren af den startporstrukturspredning.
Figur 2: (a) overflade og (b) dybde kryds - Afsnit scanning elektronmikrografer af nanogrloove skrevet af den ultrahastede laser på bagsiden af prøven. Når laserfokus bevæger sig vinkelret på laserpolarisationsretningen, fungerede den (c) ikke -lineære laserflux og (d) temperaturfordeling af den bageste overflade af prøven på forskellige tidspulser. (e) Ikke -lineær laserfluxfordeling på dybdekortsektionen, når den ultrahastede laser virker på nano - dybhullet.
