Dans le domaine du traitement des matériaux laser ultrafast, un contrôle extrême de l'échelle de traitement a toujours été l'un des principaux défis dans le domaine. Avec le développement approfondi de la technologie de traitement laser à l'échelle nanométrique, le problème de limite intrinsèque du traitement au laser est devenu un sujet de préoccupation frontière dans la communauté académique. Compte tenu de la limitation du point focal au laser causée par l'effet de diffraction, la clé pour atteindre le nanoprocèse de super-diffraction est d'utiliser des diffuseurs auto-assemblés induits par le laser pour convertir le rayonnement laser en champ lointain en composants en champ proche. Par conséquent, la régulation du comportement des lasers dans le champ éloigné et le champ proche devrait non seulement franchir la limite de diffraction optique traditionnelle et atteindre une modification des matériaux ultra-rapides à l'échelle nanométrique, mais également pour obtenir une résolution sans précédent de plusieurs nanomètres, ouvrant un nouveau chemin pour les moyens optiques pour atteindre une précision de traitement de niveau atomique.
Dans l'article "Ultrafast Laser Laser High Aspect Ratio Extreme Nanostructure Traitement des matériaux de verre au-delà de λ / 100" à publier dans Ultrafast Science, une équipe conjointe de professeur Cheng Guangua du laboratoire de traitement du Northwestern Polytechnical University et chercheur Science Science Science Science Science Science Science Science Longueur d'onde des lasers ultrapochants près de l'infrarouge, atteignant le niveau nanométrique, et peut maintenir cette taille de caractéristique dans le sens de profondeur des dizaines de microns. Cette technologie utilise un faisceau de non-diffraction profond à longue focus non tordonné pour induire une ablation de matériaux à l'échelle nanométrique en champ proche, établissant ainsi un mécanisme de coupe des matériaux à l'échelle nanométrique. Cette technologie de nanoprocessement extrêmement laser ultra-dérivé a des perspectives d'application diversifiées à des niveaux bidimensionnels et tridimensionnels, couvrant plusieurs champs tels que la photonique, les informations quantiques, la technologie de détection et même la biomédecine.
Les résultats de la recherche pertinents ont été récemment publiés dans la revue des partenaires scientifiques Ultrafast Science sous le titre "Ultrafast laser laser à haut rendement nanostructuring extrême du verre au-delà de λ / 100".
Revue de recherche
Le principal diagramme schématique de la non-diffraction ultrafast Bessel Beam Direct Writing Nanoporeous Structure Matchers and NanoWiRs avec une largeur de ligne de 10 nm sur le verre de quartz est illustré à la figure 1. La Nanostructure creuse induite par un gradin de Bessel ultrafraction à ultrafraction à un seul impulsion a un gradient d'index de réflexion élevé. Son champ proche contient deux composants principaux: une composante de surface en champ proche et un composant interne en champ proche avec des caractéristiques de distribution similaires. Dans la direction perpendiculaire à la polarisation laser, la distribution d'intensité en champ proche montre une caractéristique d'amélioration du champ de meilleure que 50%. Cependant, dans la direction parallèle à la polarisation laser, la distribution d'intensité en champ proche montre une atténuation significative, qui supprime efficacement l'interaction laser-matière dans cette direction. Cette caractéristique de distribution asymétrique en champ proche sera encore améliorée pendant le processus de balayage de la séquence d'impulsions laser, et par évolution continue, elle favorisera l'extension de la structure des pores dans la direction perpendiculaire à la polarisation laser. Par conséquent, ce mécanisme montre la faisabilité du traitement à l'échelle nanométrique extrême par des points focaux faibles faiblement convergés.
Figure 1: (a) Réduction d'un nanopore typique induit dans la silice fondue par un faisceau de baissel à gaussage à impulsion unique faiblement convergé. Ces structures de pores peuvent s'étendre à la surface arrière de l'échantillon. Cette structure interstitielle peut être induite sous une gamme relativement large d'angles de cônes, de largeurs d'impulsions et de longueurs d'onde laser. Ce trou de nanodeep produira une modulation importante en champ proche du champ laser incident, de sorte que l'intensité du champ dans la zone adjacente au nanohole est considérablement augmentée dans la direction perpendiculaire à la polarisation laser, et cette caractéristique existe toujours le long de la direction de la profondeur du nanohole. (b) L'utilisation d'un laser ultrafast avec une longueur d'onde de 1030 nm et une largeur d'impulsion de 2ps et un taux de répétition de 333 kHz, un nanofil d'une largeur d'environ 15 nm a été écrit à une vitesse de 1,2 mm / s.
Afin d'étudier le mécanisme de traitement des nanogrooves à l'échelle extrême sous l'action de plusieurs impulsions, ce travail a construit un modèle de champ multi-physique sous l'action cumulative de plusieurs impulsions. Ainsi, le processus de dépôt d'énergie et de conversion de la chaleur lorsque différentes impulsions de synchronisation agissent sur le matériau pendant le processus de mouvement de mise au point sont analysées. À partir de la distribution de dépôt d'énergie laser non linéaire, il peut être obtenu que dans la région d'amélioration du champ proche induit par la diffusion de la structure des pores, la température locale induite par le dépôt d'énergie laser peut atteindre plus de 3000K, ce qui est suffisant pour induire un phénomène similaire à l'ablation de la surface laser sur la paroi intérieure du trou de nano-profondeur. En conséquence, lorsque plusieurs impulsions s'accumulent, le front de champ proche amélioré localement érode en continu la paroi intérieure du trou nano-profonde, formant ainsi une structure de rainure nano-profonde. Pendant le processus de traitement de Nanogroove, la largeur de la rainure montre une tendance à diminuer avec l'augmentation de la densité de la ligne d'impulsion de dépôt. Étant donné que l'ablation et l'expansion du nanogroove proviennent principalement de la pointe du champ proche amélioré, qui a une localisation spatiale plus élevée, la largeur du nanogroove écrit par le laser ultrafast peut même être plus petite que le diamètre du diffusion de structure de pore de départ.
Figure 2: (a) Surface et (b) Micrographies électroniques à balayage transversal de profondeur du nanogroove écrit par le laser ultrafast sur la surface arrière de l'échantillon. Lorsque la focalisation laser se déplace perpendiculairement à la direction de polarisation laser, le flux laser non linéaire (C) et (d) la distribution de température de la surface arrière de l'échantillon ont agi par différentes impulsions de temps. (E) Distribution du flux laser non linéaire sur la section transversale de profondeur lorsque le laser ultrafast agit sur le trou nano-profonde.
