Naukowcy ulepszają selektywne selektywne trawienie w procesie Femtosecond

W artykule zatytułowanym "Niewrażliwe na polaryzację selektywne trawienie w stopionej krzemionce indukowane przez napromieniowanie pikosekundowe", grupa naukowców omawia selektywne trawienie chemiczne w przestrzeni kosmicznej, które można osiągnąć, gdy stopiona krzemionka jest napromieniowana skupionymi femtosekundowymi wiązkami laserowymi. Lasery femtosekundowe są cennym narzędziem do tworzenia mikrostruktur 3D z przezroczystych materiałów, w tym ze szkła. Technika ta została wykorzystana do wytwarzania różnych urządzeń mikroprzepływowych i komponentów optycznych.

W swoich eksperymentach naukowcy użyli próbek szkła ze stopionej krzemionki jako substratów do przetwarzania. Do laserowego bezpośredniego pisania używano ultrakrótkiego systemu laserowego CD3D .

"Aby ocenić zależność szybkości trawienia różne kombinacje czasu trwania impulsu, polaryzacji i mocy lasera, skanowaliśmy grupy linii (każda grupa zawiera pięć równoległych linii) o długości 10 mm i odległości między liniami 50 μm w różnych warunkach ", stwierdzają naukowcy. "Pięć linii w każdej grupie zostało zapisanych w tych samych warunkach, a pomiary wykonano przez uśrednienie danych uzyskanych z poszczególnych linii w tej samej grupie."

Po napromieniowaniu laserem próbki szkła przeszły przetwarzanie końcowe, a następnie zbadano je za pomocą mikroskopii optycznej i skaningowej mikroskopii elektronowej.

"Wpływ długości trwania impulsu na szybkość trawienia można podzielić na dwa reżimy: 0,27 ps (270fs) ~ 4ps i 4 ~ 10 ps. W reżimie od 0,27 ps do 4 ps widać silną zależność szybkości trawienia od polaryzacji wiązki laserowej ", wyjaśniają naukowcy. "Szybkości trawienia uzyskane przy liniowo spolaryzowanych promieniach laserowych (R ⊥, θ = 90 °) są znacznie wyższe niż uzyskiwane przy użyciu kołowo spolaryzowanych promieni laserowych (RΟ, kołowo) i liniowo spolaryzowanego (R∥, θ = 0 °) belki. W szczególności szybkość trawienia 766,3 ± 22,2 μm / godzinę można uzyskać przy liniowo spolaryzowanych wiązkach laserowych (R⊥) przy 2 psach, gdy moc lasera jest ustawiona na 400 mW (patrz Figura 1d i Tabela 1), która jest najwyższa. Szybkość trawienia uzyskana w naszym badaniu. "

Zależność szybkości wytrawiania od piszącej polaryzacji laserowej pochodzi z tworzenia nanostruktur w stopionej krzemionce przy powtarzanym naświetlaniu ultrakrótkimi impulsami laserowymi; w związku z tym naukowcy kontynuują, zachowania trawiące są zdominowane przez istnienie nanibracji wywołanych ultrakrótkim laserempulsy.

Wyniki trawienia są bardzo różne w reżimie między 4 ps a 10 ps. Szybkości trawienia uzyskane za pomocą kołowo spolaryzowanych wiązek laserowych (RΟ) i liniowo spolaryzowanych wiązek laserowych (R∥) znacznie wzrastają, podczas gdy szybkość uzyskiwana z liniowo spolaryzowanych wiązek laserowych (R⊥) maleje. Kiedy czas trwania impulsu osiągnął 10 ps, ​​zależność szybkości wytrawiania na polaryzacji laserowej prawie zniknęła.

"Podsumowując, nasze badania ujawniają nowy obszar interakcji ultrakrótkich impulsów laserowych ze stopioną krzemionką, która nie tworzy albo gładka modyfikacja (tj. region 1) i nanogracja (tj. region 2) lub nanovoid (tj. region 3), jak opisano wcześniej, "podsumowują naukowcy. Pokazano, że naświetlanie laserowe pikosekundą może wytwarzać połączone wzajemnie nanokątki, które są preferencyjnie zorientowane wzdłuż kierunku skanowania laserowego. Wyjaśniona charakterystyka jest wykorzystywana do wytwarzania kanałów mikroprzepływowych wzdłuż różnych kierunków, aby osiągnąć wysokie szybkości wytrawiania niewrażliwe na stan pisma laserowego polaryzacji. "

Wytwarzanie kanałów mikroprzepływowych, jeśli jest złożone. Obecnie często wiąże się z dużą ilością pracy ręcznej, łącząc kilka różnych części lub łańcuch technologii współpracujących ze sobą. Chociaż na wczesnym etapie to pikosekundowe podejście może prowadzić do opłacalnej komercyjnej technologii wytwarzania mikroprzepływów.

Autorami artykułu są Xiaolong Li, Jian Xu, Zijie Lin, Jia Qi, Peng Wang, Wei Chu, Zhiwei Fang, Zhenhua Wang, Zhifang Chai i Ya Cheng.