Innen ultrafast lasermateriale prosessering har ekstrem kontroll av prosesseringsskala alltid vært en av kjerneutfordringene i feltet. Med In - Dybdeutviklingen av nanoskala laserbehandlingsteknologi, har det iboende grensespillet med laserbehandling blitt et grensemessige temaer i det akademiske samfunnet. Tatt i betraktning laserfokal spotbegrensning forårsaket av diffraksjonseffekten, er nøkkelen til å oppnå Super - diffraksjon nanoprocessing å bruke laser - indusert selv - -montert spredning for å konvertere laser langt} - feltradiasjon til nær {} felt}}} feltradiasjon til nær}}}} felte} felt} feltet}}}} feltet}}}} felte} feltet}} feltet. Derfor forventes ikke bare å bryte gjennom den tradisjonelle optiske diffraksjonsgrensen og oppnå nanoskala ultrahalende materialmodifisering, men også for å oppnå en enestående oppløsning av flere nanometre, å regulere oppførselen til lasere i FAR -feltet og nær feltet og nær feltet.
I papiret "Ultrafast Laser High Aspektforhold Ekstrem nanostrukturbehandling av glassmaterialer utover λ/100" som skal publiseres i Ultrahast Science, et felles team av professor Cheng Guanghua fra Northwestern Polytechnical University og forsker Razvan Stoian fra Hubert Curien Laboratory {{{forsker Researcht Applate Break Labor) som er for å tegne det franske laboratoriet. Størrelse kan være lavere enn 1/100 av bølgelengden til nær - infrarøde ultrafast lasere, når nanometernivået, og kan opprettholde denne funksjonsstørrelsen i dybdetningen til titalls mikron. Denne teknologien bruker en ikke - tett fokusert lang - fokuser dyp non - diffraksjonsstråle for å indusere nær - felt nanoskala materiale ablasjon, og dermed etablere en nanoskala materialskjæringsmekanisme. Denne ultrafast laser ekstrem nanoprocessing -teknologien har diversifiserte applikasjonsutsikter i to - dimensjonal og tre - dimensjonale nivåer, som dekker flere felt som fotonikk, kvanteinformasjon, sensingsteknologi og til og med biomedisin.
De relevante forskningsresultatene ble nylig publisert i Science Partner Journal Ultrafast Science under tittelen "Ultrafast Laser High - Aspect - Ratio Extreme Nanostructuring of Glass Beyond λ/100".
Forskningsgjennomgang
Det prinsippskjematiske diagrammet av ikke - Diffraksjon Ultrafast Bessel Beam Direct Writ Gradient, som kan produsere sterk spredning av det ultrafast laserfeltet. Det nærmeste feltet inneholder to hovedkomponenter: en nær - feltoverflatekomponent og en intern nær - feltkomponent med lignende distribusjonsegenskaper. I retningen vinkelrett på laserpolarisasjonen viser nær - feltintensitetsfordelingen et feltforbedringsfunksjon på bedre enn 50%. Imidlertid, i retning parallelt med laserpolarisasjonen, viser den nær - feltintensitetsfordelingen en betydelig demping, som effektivt undertrykker laser - materie -interaksjonen i denne retningen. Denne asymmetriske nær - feltfordelingsfunksjonen vil bli ytterligere forbedret under skanneprosessen av laserpulsekvensen, og gjennom kontinuerlig evolusjon vil den fremme utvidelsen av porestrukturen i retningen vinkelrett på laserpolarisasjonen. Derfor viser denne mekanismen muligheten for ekstrem nanoskala -prosessering gjennom svakt konvergerte store fokale flekker.
Figur 1: (a) Kryss - del av en typisk nanopore indusert i smeltet silika av en svakt konvergerte single - puls non - diffracting gauss - bessel bjelke. Disse porestrukturene kan strekke seg til bakoverflaten av prøven. Denne porestrukturen kan induseres under et relativt bredt spekter av kjeglevinkler, pulsbredder og laserbølgelengder. Dette nanodeephullet vil produsere en betydelig nær - feltmodulering av det innfallende laserfeltet, slik at feltintensiteten i området ved siden av nanohullet blir betydelig økt i retningen vinkelrett på laserpolarisasjonen, og denne funksjonen eksisterer alltid langs dybde retning av nanohullet. (b) Bruk av en ultrafast laser med en bølgelengde på 1030nm og en pulsbredde på 2Ps og en repetisjonshastighet på 333 kHz, en nanotråd med en bredde på omtrent 15 nm ble skrevet med en hastighet på 1,2 mm/s.
For å studere prosesseringsmekanismen til ekstrem - skala nanogrooves under virkningen av flere pulser, konstruerte dette arbeidet en multi - Fysikkfeltmodell under kumulativ virkning av flere pulser. Dermed analyseres energiavsetningen og varmekonverteringsprosessen når forskjellige timingpulser virker på materialet under fokusbevegelsesprosessen. Fra den ikke -lineære laserenergiavsetningsfordelingen, kan det oppnås at i nær - feltforbedringsregionen indusert av porestrukturspredning, kan den lokale temperaturen indusert av laserenergiavsetning nå mer enn 3000k, som er nok til å indusere en fenomen som laser overflaten. Som et resultat, når flere pulser samler seg, eroderer den lokalt nær - feltfronten kontinuerlig innerveggen til nano - dyp hull, og danner dermed en nano - dyp groove -struktur. Under prosesseringsprosessen for nanogroove viser sporbredden en trend med å synke med økningen av avsetningspulens tetthet. Siden ablasjonen og utvidelsen av nanogroove hovedsakelig stammer fra forkant av det forbedrede nærfeltet, som har en høyere romlig lokalisering, kan bredden på nanogroove skrevet av den ultrafast laseren til og med være mindre enn diameteren til startporestrukturen.
Figur 2: (a) Overflate og (b) Dybdekors - Seksjon Skanning av elektronmikrografer av nanogroove skrevet av ultrafast -laseren på bakoverflaten av prøven. Når laserfokuset beveger seg vinkelrett på laserpolarisasjonsretningen, ventet den (c) ikke -lineære laserfluksen og (d) temperaturfordelingen av bakoverflaten på prøven på forskjellige tidspulser. (e) Ikke -lineær laserfluksfordeling på dybden tverrsnitt når den ultrafast laseren virker på nano - dypt hull.
