En el campo del procesamiento de material láser ultrarrápido, el control extremo de la escala de procesamiento siempre ha sido uno de los desafíos centrales en el campo. Con el desarrollo de profundidad en - de la tecnología de procesamiento láser a nanoescala, el problema límite intrínseco del procesamiento láser se ha convertido en un tema fronterizo de preocupación en la comunidad académica. Teniendo en cuenta la limitación de punto focal del láser causada por el efecto de difracción, la clave para lograr súper - nanoprocesamiento de difracción es usar láser - self -} Los espantadores ensamblados con láser FAR -} la radiación de campo en cerca de -} Por lo tanto, la regulación del comportamiento de los láseres en el campo lejano y el campo cercano no solo se espera que rompan el límite tradicional de difracción óptica y logre una modificación de material ultrarrápido a nanoescala, sino que también alcancen una resolución sin precedentes de varios nanómetros, abriendo una nueva ruta para lograr medios ópticos para lograr la acuabilidad atómica de procesamiento atómico -}.
En el documento "Ultrafast láser alta relación de aspecto, procesamiento de nanoestructura extrema de materiales de vidrio más allá de λ/100" que se publicará en Ultrafast Science, un equipo conjunto del profesor Cheng Guanghua de la Northwestern Polytechnical University y el investigador Razvan Stoian de Hubert Curien Laboratorio del Centro Nacional Francés para la Investigación Científica de la Científica Investigación de Breakughughughughughughughughughughughughughughughughorer Láser. puede ser inferior a 1/100 de la longitud de onda de los láseres ultrarrápidos infrarrojos cercanos -, alcanzando el nivel de nanómetro, y puede mantener esta característica en la dirección de profundidad de decenas de micras. Esta tecnología utiliza un no -} muy enfocado - enfoque profundo non - haz de difracción para inducir cerca de - ablación de material a nanoescala de campo, estableciendo así un mecanismo de corte de material a nanoescala. Esta tecnología de nanoprocesamiento extremo láser ultra rápido tiene perspectivas de aplicación diversificada en dos niveles dimensionales - dimensionales y tres -}, que cubren múltiples campos como fotónicos, información cuántica, tecnología de detección e incluso biomedicina.
Los resultados de la investigación relevantes se publicaron recientemente en la revista Science Partner Ultrafast Science bajo el título "ultrarrápido láser alto - aspecto - nanoestructuración extrema de vidrio más allá de λ/100".
Revisión de investigación
El diagrama esquemático principal de Non - DiFraction ultrafast Bessel Beam Escritura directa de la estructura nanoporosa dispersores y nanocables con un ancho de línea de 10 nm en el vidrio de cuarzo se muestra en la Figura 1. La ultraza de nanoestructura de nanoestructación de nanocación hueca inducida por una sola {}}} pulso no {}}}}}}}}} ultaffraction de la basura Gradiente del índice de refracción, que puede producir una fuerte dispersión del campo láser ultrarrápido. Su campo cercano contiene dos componentes principales: un componente de superficie de campo cercano - y un componente de campo interno cercano - con características de distribución similares. En la dirección perpendicular a la polarización del láser, la distribución cercana de intensidad de campo -} muestra una característica de mejora de campo de mejor al 50%. Sin embargo, en la dirección paralela a la polarización del láser, la distribución cercana de la intensidad del campo -} muestra una atenuación significativa, que suprime efectivamente la interacción láser -} en esta dirección. Esta característica asimétrica de distribución de campo cerca de - se mejorará aún más durante el proceso de escaneo de la secuencia del pulso láser, y a través de la evolución continua, promoverá la extensión de la estructura de poros en la dirección perpendicular a la polarización del láser. Por lo tanto, este mecanismo muestra la viabilidad del procesamiento de nanoescala extrema a través de grandes puntos focales débilmente convergidos.
Figura 1: (a) Cross - Sección de un nanoporo típico inducido en sílice fusionada mediante un solo {}}}} non - Gauss -} Bessel. Estas estructuras de poros pueden extenderse a la superficie posterior de la muestra. Esta estructura de poros puede inducirse bajo una gama relativamente amplia de ángulos de cono, anchos de pulso y longitudes de onda láser. Este agujero de nanodeep producirá una modulación significativa de campo -} del campo láser incidente, de modo que la intensidad del campo en el área adyacente al nanohole aumenta significativamente en la dirección perpendicular a la polarización láser, y esta característica siempre existe a lo largo de la dirección de profundidad de la nanohole. (b) Usando un láser ultrarrápido con una longitud de onda de 1030 nm y un ancho de pulso de 2ps y una tasa de repetición de 333kHz, se escribió un nanocable con un ancho de aproximadamente 15 nm a una velocidad de 1.2 mm/s.
Para estudiar el mecanismo de procesamiento de nanogrooves de escala -} bajo la acción de múltiples pulsos, este trabajo construyó un modelo de campo de física múltiple - bajo la acción acumulativa de múltiples pulsos. Por lo tanto, se analiza el proceso de deposición de energía y conversión de calor cuando se analizan diferentes pulsos de sincronización sobre el material durante el proceso de movimiento de enfoque. A partir de la distribución de deposición de energía láser no lineal, se puede obtener que en la región de mejora de campo cercana - inducida por la dispersión de la estructura de los poros, la temperatura local inducida por la deposición de energía láser puede alcanzar más de 3000k, lo cual es suficiente para inducir un fenómeno similar a la ablación de la superficie del láser en la pared interna del nano -}}} Como resultado, cuando se acumulan múltiples pulsos, el campo mejorado localmente cerca de - frontal erosiona continuamente la pared interna del nano - agujero profundo, formando así un nano - estructura del grano profundo. Durante el proceso de procesamiento de nanogroores, el ancho del surco muestra una tendencia de disminución con el aumento de la densidad de la línea de pulso de deposición. Dado que la ablación y la expansión del nanogroove se originan principalmente desde la vanguardia del campo Near mejorado, que tiene una mayor localización espacial, el ancho del nanogudeo escrito por el láser ultra rápido puede ser más pequeño que el diámetro del dispersión de la estructura de poros inicial.
Figura 2: (a) superficie y (b) Cruz de profundidad - Micrografías electrónicas de barrido de la nanogroove escritas por el láser ultrarrápido en la superficie posterior de la muestra. Cuando el enfoque del láser se mueve perpendicular a la dirección de polarización del láser, el (c) flujo láser no lineal y (d) distribución de temperatura de la superficie posterior de la muestra actuada por diferentes pulsos de tiempo. (e) Distribución de flujo láser no lineal en la sección transversal de profundidad cuando el láser ultrarrápido actúa en el agujero profundo nano -.
