الكتاب ترغب في امتنانهم للدعم المالي المقدم لهذه الدراسة من قبل مؤسسة العلوم الوطنية (المنح رقم: CMMI-0653578، 0853890، CBET).

1. بصري إعداد النظام (الشكل 1) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> انشاء لوحة نصف موجة والمستقطب في أعقاب انتاج الليزر لضبط الطاقة نبضة ليزر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إنشاء الحزمة الخائن بعد المستقطب لتقسيم نبضة ليزر لاثنين من البقول: نبض المضخة ونبض التحقيق. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام أربعة المرايا التي تعكس ومرحلة دليل متعدية لبناء جهاز تأخير البصرية لنبض مضخة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام آخر المرايا التي تعكس 4 لتوجيه نبض مضخة للوصول الى سطح الهدف عموديا. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> اقامة مولد 2 التوافقي (SHG) لتحويل طول الموجة نبضة ليزر من 800 نانومتر إلى 400 نانومتر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام فاصل متناسق لنقل نبض 800 نانومتر، وتعكس نبض 400 نانومتر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> انشاء المخفض شعاع وزوج من العدسات الوزراء البريطانى لضبط حجم وتقارب نبض التحقيق. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إنشاء جهاز آخر تأخير البصرية، كما هو مذكور في الخطوة 1.3، لنبض التحقيق. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام خاتم ايريس لضبط منطقةمسبار النبض والتأكد من نبض التحقيق تمرير سطح الهدف أفقيا وتتقاطع مع نبض مضخة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> انشاء اثنين من العدسات والفلاتر الهدف عدة لتوليد صورة المنطقة البلازما التي سترد من قبل الجهاز المسؤول عن الديناميكي المكثف (ICCD) الكاميرا. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ربط جهاز الكمبيوتر، ليزر، والكاميرا ICCD وتحكم في استخدام الكابلات BNC أو كابلات USB. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضبط الوقت تأخير من وحدة تحكم كاميرا حتى تلتقط الكاميرا صورة من نبض التحقيق. وبالتالي، تتم مزامنة نبض التحقيق والكاميرا. </li></ol> 2. مضخة تحقيق التزامن <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع الحزمة الخائن عند تقاطع للنبض المضخة ونبض التحقيق، وإنشاء شركتين فوتوديوديس لتلقي هذه النبضات اثنين. وينبغي لهذه فوتوديوديس لهما نفس المسافة بعيدا عن الحزمة الخائن. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام الذبذبات لاستقبال اشارات من هذه فوتوديوديس اثنين، والتحرك في المرحلة تأخير في مسار شعاع مضخة النبض حتى المواليملفات نبض المضخة ونبض التحقيق تتداخل مع بعضها البعض على شاشة مرسمة الذبذبات. ويتحقق بدقة من 20 PS بسبب القرار الزمني للالذبذبات. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة الحزمة الخائن وفوتوديوديس 2 كما هو مذكور في الخطوة 2.1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضبط مرحلة تأخير في مسار شعاع مضخة النبض حتى يمكن فقط في المنطقة انهيار الهواء يمكن ملاحظة على الشاشة ICCD. يتم تحديد الوقت الذي يمكن أن يتم الكشف عن تشكيل لانهيار الهواء بدلا من خلفية موحدة كما صفر تأخير الوقت. </li></ol> 3. العينة وتحضير المرحلة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> انشاء مختبر جاك وعلى مرحلتين دليل خطي من أجل نقل عينة مع ثلاث درجات من الحرية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام مؤشر الطلب والحشوات عالية الدقة لتحقيق التسطيح عالية من المراحل. يجب أن يكون ضمن الفرق ارتفاع 1 ميكرومتر في مسافة 25.4 مم. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قطع قطعة مربع (30 ملم × 30 ملم) من أصل ورقة النحاس مع سمك 0.8 مم باستخدام الطحنآلة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تلميع جانب ضيق (30 مم × 0.8 مم) من قطعة نحاس وحتى خشونة السطح هو أقل من 0.5 ميكرون. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحديد قطعة النحاس على الساحة دليل أعلى مع الوجه المصقول ضيق يصل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حرك الهدف من مرحلة دليل واحد كما ذكر في الخطوة 3.1) في حين رصد موقفها عبر كاميرا ICCD بحيث يمكن تعديل أي الميل عن طريق إدخال الحشوات عالية الدقة أقل من الرقم المستهدف. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> كرر الخطوة 3،6 مع مرحلة دليل آخر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حفر عشرات من الثقوب على الهدف في حين تختلف عن موقف عدسة التنسيق بمقدار الثلث عالية الدقة مرحلة دليل. الموقع نقطة اتصال يتوافق مع موقف للعدسة حيث يتم التنسيق حفر أصغر ثقب. </li></ol> 4. الاجتثاث والقياس <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحريك العدسة المحورية لمسافة تصل إلى حوالي 50 ميكرون بعيدا عن النقطة المركزية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> نقل مرحلة تأخير في تحقيق مسار شعاع نبض مع فاصل من 0.3 مم لالتقاط صورة كل PS 2 حتى 10 PS، أومع فاصل من 3 ملم لالتقاط صورة كل PS 20 حتى 480 فرع فلسطين. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> كرر الخطوة 4.2 لعدة مرات لتكرار والدقة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحريك العدسة التنسيق وصولا الى مسافة نحو 50 ميكرومتر بعيدا عن النقطة المركزية، وكرر الخطوة 4.3. </li></ol> 5. ممثل النتائج وتظهر هذه الصور صورة شعاعية يقاس في الشكل. (2) والشكل. 3، لجهة التنسيق قليلا فوق وتحت سطح الهدف، على التوالي. يتم رسم المواقف التوسع الطولي وشعاعي في الشكل. (4) والشكل. 5. التوسعات طولية من هاتين القضيتين في PS 100 الأولى تختلف اختلافا كبيرا، إلا أن توسعاتها طولية في PS 400 التالية وتوسعاتها شعاعي متشابهة. عن الحالة الأولى، والبلازما في وقت مبكر خلال 100 PS لديها بنية توسيع ذات بعد واحد يتكون من طبقات متعددة. للحالة الثانية، في وقت مبكر ررأسما لديها بنية توسيع ثنائية الأبعاد التي لا تتغير كثيرا خلال 100 فرع فلسطين. يتم استخدام نموذج المحاكاة من 12 إلى التحقيق في آلية تطور البلازما في وقت مبكر. ويعرف صفر الوقت لأن الوقت الذي كان فيه نبضة ليزر الذروة تصل إلى السطح المستهدف. لمحاكاة تطور البلازما في وقت مبكر عمليات توافق بشكل جيد مع النتائج المقاسة لكلا من هاتين الحالتين، كما هو مبين في الشكل. (6) والشكل. 7 على التوالي. ومن المتوقع أيضا تشكيل البلازما في وقت مبكر ضمن PS (1) لاول حالة باستخدام نموذج محاكاة وهو مبين في الشكل. 8. تم العثور على البلازما في وقت مبكر أن يكون لمنطقة انهيار الهواء ومنطقة بلازما النحاس. يحدث لأول مرة انهيار الهواء متعددة الفوتون التأين ومن ثم تليها التأين الانهيار. عن الحالة الثانية، ومع ذلك، فإن النقطة المحورية هي تحت سطح الأرض المستهدفة، ويتم تشكيل أي انهيار جوية منفصلة المنطقة. بدلا من ذلك، والهواء التأين يحدث بالقرب من جيش التحرير الشعبى الصينى النحاسويتسبب جبهة سعد محمد، وذلك بسبب تأثير التأين الى الإلكترونات الحرة طرد من النحاس الهدف. <img alt="الشكل 1" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig1.jpg" /> الشكل 1. تخطيطي لقياس صورة شعاعية مضخة مسبار. <img alt="الشكل 2" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig2.jpg" /> الشكل 2. توسيع البلازما النحاس في بعض الأحيان تأخير المتعاقبة مع مركز تنسيق قليلا فوق السطح. الليزر الطول الموجي: 800 نانومتر؛ مدة النبضة: 100 FS؛ كثافة الطاقة: 4.2 × 10 14 واط / سم 2، الهدف: النحاس. <img alt="الشكل (3)" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig3.jpg" /> الشكل 3. توسيع البلازما النحاس في بعض الأحيان تأخير المتعاقبة مع مركز تنسيق قليلا تحت السطح. الليزر الطول الموجي: 800 نانومتر؛ مدة النبضة: 100 FS؛ كثافة الطاقة: 4.2 × 10 14 واط / سم 2، الهدف: النحاس. &lt;IMG ALT = &quot;الشكل 4&quot; SRC = &quot;/ files/ftp_upload/4033/4033fig4.jpg&quot; /&gt; الشكل 4. البلازما الطولية ومواقف توسع شعاعي في أوقات التأخير المتعاقبة مع مركز تنسيق قليلا فوق السطح. الليزر الطول الموجي: 800 نانومتر؛ مدة النبضة: 100 FS؛ كثافة الطاقة: 4.2 × 10 14 واط / سم 2، الهدف: النحاس. <img alt="الشكل 5" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig5.jpg" /> الشكل 5. البلازما الطولية ومواقف توسع شعاعي في أوقات التأخير المتعاقبة مع مركز تنسيق قليلا تحت السطح. الليزر الطول الموجي: 800 نانومتر؛ مدة النبضة: 100 FS؛ كثافة الطاقة: 4.2 × 10 14 واط / سم 2، الهدف: النحاس. الشكل (6). الرسوم المتحركة للتوسع بلازما قياس وحساب التأخير في غضون فترة زمنية من 70 PS مع مركز تنسيق قليلا فوق السطح. الليزر الطول الموجي: 800 نانومتر؛ مدة النبضة: 100 FS؛ كثافة الطاقة: 4.2 × 10 14 </suP&gt; واط / سم 2، الهدف: النحاس. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/4033/4033movie6.avi" target="_blank">انقر هنا لعرض الصور المتحركة</a> . الشكل 7. الرسوم المتحركة للتوسع بلازما قياس وحساب التأخير في غضون فترة زمنية من 70 PS مع مركز تنسيق قليلا تحت السطح. الليزر الطول الموجي: 800 نانومتر؛ مدة النبضة: 100 FS؛ كثافة الطاقة: 4.2 × 10 14 واط / سم 2، الهدف: النحاس. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/4033/4033movie7.avi" target="_blank">انقر هنا لعرض الصور المتحركة</a> . الرقم 8. الرسوم المتحركة للتوسع بلازما قياس وحساب التأخير في غضون فترة زمنية من 1 مز مع مركز تنسيق قليلا فوق السطح. الليزر الطول الموجي: 800 نانومتر؛ مدة النبضة: 100 FS؛ كثافة الطاقة: 4.2 × 10 14 واط / سم 2، الهدف: النحاس <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/4033/4033movie8.avi" target="_blank">اضغط هنا لمشاهدة الرسوم المتحركة &lt;</a>/ أ&gt;.

<ol>
	<li>Garnov, S. V., Malyutin, A. A., Tsarkova, O. G., Konov, V. I., Dausinger, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrafast+laser-induced+plasma+diagnostics+with+time-spatial+resolved+shadow+and+interferometric+techniques.">Ultrafast laser-induced plasma diagnostics with time-spatial resolved shadow and interferometric techniques.</a> Proc. SPIE. 4637, 31-42 (2002).</li><li>Zhang, N., Zhu, X., Yang, J., Wang, X., Wang, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time-resolved+shadowgraphs+of+material+ejection+in+intense+femtosecond+laser+ablation+of+aluminum.">Time-resolved shadowgraphs of material ejection in intense femtosecond laser ablation of aluminum.</a> Phys. Rev. Lett. 99, 167602 (2007).</li><li>Li, J., Wang, X., Chen, Z., Clinite, R., Mao, S. S., Zhu, P., Sheng, Z., Zhang, J., Cao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrafast+electron+beam+imaging+of+femtosecond+laser-induced+plasma+dynamics.">Ultrafast electron beam imaging of femtosecond laser-induced plasma dynamics.</a> J. Appl. Phys. 107, 083305 (2010).</li><li>Veysman, M. E., Agranat, M. B., Andreev, N. E., Ashitkov, S. I., Fortov, V. E., Khishchenko, K. V., Kostenko, O. F., Levashov, P. R., Ovchinnikov, A. V., Sitnikov, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Femtosecond+optical+diagnostics+and+hydrodynamic+simulation+of+Ag+plasma+created+by+laser+irradiation+of+a+solid+target.">Femtosecond optical diagnostics and hydrodynamic simulation of Ag plasma created by laser irradiation of a solid target.</a> J. Phys. B. 41, 125704 (2008).</li><li>Geindre, J. P., Audebert, P., Rousse, A., Falli&#233;s, F., Gauthier, J. C., Mysyrowicz, A., Santos, A. D., Hamoniaux, G., Antonetti, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frequency-domain+interferometer+for+measuring+the+phase+and+amplitude+of+a+femtosecond+pulse+probing+a+laser-produced+plasma.">Frequency-domain interferometer for measuring the phase and amplitude of a femtosecond pulse probing a laser-produced plasma.</a> Opt. Lett. 19, 1997-1999 (1994).</li><li>Inogamov, N. A., Anisimov, S. I., Petrov, Y. u. V., Khokhlov, V. A., Zhakhovskii, V. V., Nishihara, K., Agranat, M. B., Ashitkov, S. I., Komarov, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theoretical+and+experimental+study+of+hydrodynamics+of+metal+target+irradiated+by+ultrashort+laser+pulse.">Theoretical and experimental study of hydrodynamics of metal target irradiated by ultrashort laser pulse.</a> Proc. SPIE. 7005, 70052F.1-70052F.10 (2008).</li><li>Flacco, A., Guemnie-Tafo, A., Nuter, R., Veltcheva, M., Batani, D., Lefebvre, E., Malka, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+a+controlled+plasma+expansion+in+vacuum+for+laser+driven+ion+acceleration.">Characterization of a controlled plasma expansion in vacuum for laser driven ion acceleration.</a> J. Appl. Phys. 104, 103304.1-103304.5 (2008).</li><li>Mao, S. S., Mao, X., Greif, R., Russo, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simulation+of+a+picosecond+laser+ablation+plasma.">Simulation of a picosecond laser ablation plasma.</a> Appl. Phys. Lett. 76, 3370-3372 (2000).</li><li>Chen, Z., Mao, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Femtosecond+laser-induced+electronic+plasma+at+metal+surface.">Femtosecond laser-induced electronic plasma at metal surface.</a> Appl. Phys. Lett. 93, 051506.1-051506.3 (2008).</li><li>Kononenko, T. V., Konov, V. I., Garnov, S. V., Danielius, R., Piskarskas, A., Tamoshauskas, G., Dausinger, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparative+study+of+the+ablation+of+materials+by+femtosecond+and+pico-+or+nanosecond+laser+pulses.">Comparative study of the ablation of materials by femtosecond and pico- or nanosecond laser pulses.</a> Quantum Electron. 29, 724-728 (1999).</li><li>Dausinger, F., Hügel, H., Konov, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-machining+with+ultrashort+laser+pulses:+From+basic+understanding+to+technical+applications.">Micro-machining with ultrashort laser pulses: From basic understanding to technical applications.</a> Proc. SPIE. 5147, 106-115 (2003).</li><li>Hu, W., Shin, Y. C., King, G. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Early-stage+plasma+dynamics+with+air+ionization+during+ultrashort+laser+ablation+of+metal.">Early-stage plasma dynamics with air ionization during ultrashort laser ablation of metal.</a> Phys. of Plasmas. 18, 093302.1-093302.12 (2011).</li></ol>

الإعلان عن أي تضارب في المصالح.

طرق القياس والمحاكاة المعروضة في هذه الورقة تمكين الامتحانات أكثر دقة لديناميات البلازما في وقت مبكر والتوصل إلى فهم أفضل للآليات التأين لكل من الهواء والنحاس. ويتم التقاط عالية الجودة مع الهياكل البلازما قرار الزمنية من 1 PS والقرار المكانية من 1 ميكرون. هذا القياس لديه التكرار مرتفعة جدا. الإجراء الحاسم هو لمحاذاة شعاع بشكل جيد للغاية وإعداد سطح الهدف مع التسطيح عالية، فضلا عن خشونة منخفضة. ويمكن تطبيق هذا النهج على المواد المستهدفة الأخرى والمعلمات ليزر مختلف. والقيد الوحيد للأسلوب صورة شعاعية مضخة مسبار هو عدد الإلكترونات منخفضة جدا اختلاف كثافة.

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> اسم المعدات </td><td> شركة </td><td> فهرس العدد </td></tr><tr><td> الليزر </td><td> الأطياف، الفيزياء </td><td> SPTF-100F-1K-1P </td></tr><tr><td> ICCD كاميرا </td><td> برينستون الآلات </td><td> 7467-0028 </td></tr><tr><td> مرسمة الذبذبات </td><td> Rigol </td><td> DS1302CA </td></tr><tr><td> الثنائي الضوئي </td><td> نيوبورت </td><td> 818-BB30 </td></tr><tr><td> خطي المرحلة </td><td> نيوبورت </td><td> 433 </td></tr><tr><td> مؤشر الطلب </td><td> شركة ميتيو تويو </td><td> ID-C112E </td></tr></tbody></table>

investigation of early plasma evolution induced by ultrashort laser pulses

يتم توليد البلازما في وقت مبكر بسبب ارتفاع كثافة أشعة الليزر على الهدف، والهدف التأين المواد اللاحقة. دينامياته تلعب دورا هاما في الليزر مادة التفاعل، وخاصة في بيئة الهواء 1-11. تم القاء القبض عليه في وقت مبكر تطور البلازما من خلال تصوير شعاعي 1-3 مضخة مسبار والتداخل 1،4-7. ومع ذلك، وتقتصر المعلمة الليزر درس الأطر الزمنية وتطبيق النطاقات. على سبيل المثال، والامتحانات مباشرة من المواقع الأمامية البلازما وكثافة عدد الإلكترونات في غضون فترة زمنية تأخير من 100 بيكو ثانية (PS) فيما يتعلق ذروة نبضة ليزر لا تزال قليلة جدا، وخاصة بالنسبة للنبض فائقة القصر لمدة حوالي 100 الفيمتو ثانية (FS) و كثافة منخفضة الطاقة حول W 14 10 / سم 2. البلازما في وقت مبكر ولدت في ظل هذه الظروف فقط وقد تم القبض مؤخرا مع ارتفاع قرارات الزمانية والمكانية 12. إعداد استراتيجية تفصيلية ووسوف يتضح من هذه الإجراءات قياس دقة عالية في هذه الورقة. الأساس المنطقي للقياس هو بصري مضخة مسبار تصوير شعاعي: يتم تقسيم واحد ليزر فائقة القصر نبض لنبض مضخة ونبض التحقيق، في حين يمكن تعديل زمن التأخير بينهما من خلال تغيير مسار شعاع أطوالها. نبض مضخة ablates الهدف ويولد البلازما في وقت مبكر، ونبض التحقيق تنتشر عبر المنطقة البلازما ويكشف عدم التجانس من كثافة عدد الإلكترونات. وبالإضافة إلى ذلك، يتم إنشاء الرسوم المتحركة باستخدام نتائج محسوبة من نموذج المحاكاة من المرجع. 12 لتوضيح تشكيل البلازما وتطور مع دقة عالية جدا (0.04 ~ 1 PS). ويمكن تطبيق المنهج التجريبي على حد سواء، وطريقة محاكاة لمجموعة واسعة من الأطر الزمنية والمعلمات ليزر. ويمكن استخدام هذه الأساليب لفحص البلازما في وقت مبكر تولدت ليس فقط من المعادن، ولكن أيضا من أشباه الموصلات والعوازل.

Watch this Scientific Journal Video about Investigation of Early Plasma Evolution Induced by Ultrashort Laser Pulses at JoVE.com

Investigation of Early Plasma Evolution Induced by Ultrashort Laser Pulses

يوصف أسلوب تجريبي لدراسة تطور البلازما في وقت مبكر الناجمة عن الليزر فائقة القصر البقول. باستخدام هذا الأسلوب، ويتم الحصول على صور ذات جودة عالية من البلازما في وقت مبكر مع ارتفاع قرارات الزمانية والمكانية. ويستخدم نموذج ذري رواية متكاملة لمحاكاة وشرح آليات البلازما في وقت مبكر.

التحقيق في التطور المبكر البلازما المستحثة بواسطة الليزر فائقة القصر البقول

Early plasma is generated owing to high intensity laser irradiation of target and the subsequent target material ionization. Its dynamics plays a ...

investigation-early-plasma-evolution-induced-ultrashort-laser

Research

JoVE Journal

Engineering

14.8K Views.  Purdue University. يوصف أسلوب تجريبي لدراسة تطور البلازما في وقت مبكر الناجمة عن الليزر فائقة القصر البقول. باستخدام هذا الأسلوب، ويتم الحصول على صور ذات جودة عالية من البلازما في وقت مبكر مع ارتفاع قرارات الزمانية والمكانية. ويستخدم نموذج ذري رواية متكاملة لمحاكاة وشرح آليات ال?...

Video: Investigation of Early Plasma Evolution Induced by Ultrashort Laser Pulses

Fabrication of Nano-engineered Transparent Conducting Oxides by Pulsed Laser Deposition

Nanosecond Pulsed Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition of metal oxides with tunable morphology, structure, density and stoichiometry by a proper control of the plasma plume expansion dynamics. Such versatility can be exploited to produce nanostructured films from compact and dense to nanoporous characterized by a hierarchical assembly of nano-sized clusters. In particular we describe the detailed methodology to fabricate two types of Al-doped ZnO (AZO) films as transparent electrodes in photovoltaic devices: 1) at low O2 pressure, compact films with electrical conductivity and optical transparency close to the state of the art transparent conducting oxides (TCO) can be deposited at room temperature, to be compatible with thermally sensitive materials such as polymers used in organic photovoltaics (OPVs); 2) highly light scattering hierarchical structures resembling a forest of nano-trees are produced at higher pressures. Such structures show high Haze factor (&gt;80%) and may be exploited to enhance the light trapping capability. The method here described for AZO films can be applied to other metal oxides relevant for technological applications such as TiO2, Al2O3, WO3 and Ag4O4.

We describe the experimental method to deposit nanostructured oxide thin films by nanosecond Pulsed Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas. By using this method Al-doped ZnO (AZO) films, from compact to hierarchically structured as nano-tree forests, can be deposited.

تلفيق نانو هندسيا إجراء أكاسيد شفافة من ترسب الليزر النبضي

Nanosecond Pulsed  Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition  of metal oxides with tunable morphology, structure, ...

Laser-induced Forward Transfer for Flip-chip Packaging of Single Dies

Flip-chip (FC) packaging is a key technology for realizing high performance, ultra-miniaturized and high-density circuits in the micro-electronics industry. In this technique the chip and/or the substrate is bumped and the two are bonded via these conductive bumps. Many bumping techniques have been developed and intensively investigated since the introduction of the FC technology in 19601 such as stencil printing, stud bumping, evaporation and electroless/electroplating2. Despite the progress that these methods have made they all suffer from one or more than one drawbacks that need to be addressed such as cost, complex processing steps, high processing temperatures, manufacturing time and most importantly the lack of flexibility. In this paper, we demonstrate a simple and cost-effective laser-based bump forming technique known as Laser-induced Forward Transfer (LIFT)3. Using the LIFT technique a wide range of bump materials can be printed in a single-step with great flexibility, high speed and accuracy at RT. In addition, LIFT enables the bumping and bonding down to chip-scale, which is critical for fabricating ultra-miniature circuitry.

We demonstrate the use of the Laser-induced Forward Transfer (LIFT) technique for flip-chip assembly of optoelectronic components. This approach provides a simple, cost-effective, low-temperature, fast and flexible solution for fine-pitch bumping and bonding on chip-scale for achieving high-density circuits for optoelectronic applications.

الليزر التي يسببها نقل إلى الأمام للرقي رقاقة التغليف وفاة واحدة

Flip-chip (FC) packaging is a key technology for realizing high performance, ultra-miniaturized and high-density circuits in the micro-electronics ...

Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of biosensing devices. We report on a protocol of using KrF and ArF lasers irradiating Si (001) samples immersed in a liquid environment with low number of pulses and operating at moderately low pulse fluences to induce Si wettability modification. Wafers immersed for up to 4 hr in a 0.01% H2O2/H2O solution did not show measurable change in their initial contact angle (CA) ~75&#176;. However, the 500-pulse KrF and ArF lasers irradiation of such wafers in a microchamber filled with 0.01% H2O2/H2O solution at 250 and 65 mJ/cm2, respectively, has decreased the CA to near 15&#176;, indicating the formation of a superhydrophilic surface. The formation of OH-terminated Si (001), with no measurable change of the wafer&#8217;s surface morphology, has been confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy and atomic force microscopy measurements. The selective area irradiated samples were then immersed in a biotin-conjugated fluorescein-stained nanospheres solution for 2 hr, resulting in a successful immobilization of the nanospheres in the non-irradiated area. This illustrates the potential of&#160;the method for selective area biofunctionalization and fabrication of advanced Si-based biosensing architectures. We also describe a similar protocol of irradiation of wafers immersed in methanol (CH3OH) using ArF laser operating at pulse fluence of 65 mJ/cm2 and in situ formation of a strongly hydrophobic surface of Si (001) with the CA of 103&#176;. The XPS results indicate ArF laser induced formation of Si&#8211;(OCH3)x compounds responsible for the observed hydrophobicity. However, no such compounds were found by XPS on the Si surface irradiated by KrF laser in methanol, demonstrating the inability of the KrF laser to photodissociate methanol and create -OCH3 radicals.

We report on a process of in situ alteration of HF treated Si (001) surface into a hydrophilic or hydrophobic state by irradiating samples in microfluidic chambers filled with&#160;H2O2/H2O solution (0.01%-0.5%) or methanol solutions using pulsed UV laser of a relative low pulse fluence.

انتقائية المساحة تعديل السيليكون بلل السطح بواسطة الليزر النبضي للأشعة فوق البنفسجية تشعيع في البيئة السائلة

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of ...

How to Ignite an Atmospheric Pressure Microwave Plasma Torch without Any Additional Igniters

This movie shows how an atmospheric pressure plasma torch can be ignited by microwave power with no additional igniters. After ignition of the plasma, a stable and continuous operation of the plasma is possible and the plasma torch can be used for many different applications. On one hand, the hot (3,600 K gas temperature) plasma can be used for chemical processes and on the other hand the cold afterglow (temperatures down to almost RT) can be applied for surface processes. For example chemical syntheses are interesting volume processes. Here the microwave plasma torch can be used for the decomposition of waste gases which are harmful and contribute to the global warming but are needed as etching gases in growing industry sectors like the semiconductor branch. Another application is the dissociation of CO2. Surplus electrical energy from renewable energy sources can be used to dissociate CO2 to CO and O2. The CO can be further processed to gaseous or liquid higher hydrocarbons thereby providing chemical storage of the energy, synthetic fuels or platform chemicals for the chemical industry. Applications of the afterglow of the plasma torch are the treatment of surfaces to increase the adhesion of lacquer, glue or paint, and the sterilization or decontamination of different kind of surfaces. The movie will explain how to ignite the plasma solely by microwave power without any additional igniters, e.g., electric sparks. The microwave plasma torch is based on a combination of two resonators &#8212; a coaxial one which provides the ignition of the plasma and a cylindrical one which guarantees a continuous and stable operation of the plasma after ignition. The plasma can be operated in a long microwave transparent tube for volume processes or shaped by orifices for surface treatment purposes.

This movie shows how an atmospheric plasma torch can be ignited by microwaves with no additional igniters and provides a stable and continuous plasma operation suitable for plenty of applications.

كيفية اشعال على الضغط الجوي البلازما الشعلة ميكروويف دون أي اشعال إضافية

This movie shows how an atmospheric pressure plasma torch can be ignited by microwave power with no additional igniters. After ignition of the plasma, a ...

Automation of Mode Locking in a Nonlinear Polarization Rotation Fiber Laser through Output Polarization Measurements

When a laser is mode-locked, it emits a train of ultra-short pulses at a repetition rate determined by the laser cavity length. This article outlines a new and inexpensive procedure to force mode locking in a pre-adjusted nonlinear polarization rotation fiber laser. This procedure is based on the detection of a sudden change in the output polarization state when mode locking occurs. This change is used to command the alignment of the intra-cavity polarization controller in order to find mode-locking conditions. More specifically, the value of the first Stokes parameter varies when the angle of the polarization controller is swept and, moreover, it undergoes an abrupt variation when the laser enters the mode-locked state. Monitoring this abrupt variation provides a practical easy-to-detect signal that can be used to command the alignment of the polarization controller and drive the laser towards mode locking. This monitoring is achieved by feeding a small portion of the signal to a polarization analyzer measuring the first Stokes parameter. A sudden change in the read out of this parameter from the analyzer will occur when the laser enters the mode-locked state. At this moment, the required angle of the polarization controller is kept fixed. The alignment is completed. This procedure provides an alternate way to existing automating procedures that use equipment such as an optical spectrum analyzer, an RF spectrum analyzer, a photodiode connected to an electronic pulse-counter or a nonlinear detecting scheme based on two-photon absorption or second harmonic generation. It is suitable for lasers mode locked by nonlinear polarization rotation. It is relatively easy to implement, it requires inexpensive means, especially at a wavelength of 1550 nm, and it lowers the production and operation costs incurred in comparison to the above-mentioned techniques.

A protocol to detect and automate mode locking in a pre-adjusted nonlinear polarization rotation fiber laser is presented. The detection of a sudden change in the output polarization state when mode locking occurs is used to command the alignment of an intra-cavity polarization controller in order to find mode-locking conditions.

أتمتة وضع قفل في اللاخطية الاستقطاب دوران الألياف الليزر من خلال قياسات الاستقطاب الناتج

When a laser is mode-locked, it emits a train of ultra-short pulses at a repetition rate determined by the laser cavity length. This article outlines a ...

Laser-induced Forward Transfer of Ag Nanopaste

Over the past decade, there has been much development of non-lithographic methods1-3 for printing metallic inks or other functional materials. Many of these processes such as inkjet3 and laser-induced forward transfer (LIFT)4 have become increasingly popular as interest in printable electronics and maskless patterning has grown. These additive manufacturing processes are inexpensive, environmentally friendly, and well suited for rapid prototyping, when compared to more traditional semiconductor processing techniques. While most direct-write processes are confined to two-dimensional structures and cannot handle materials with high viscosity (particularly inkjet), LIFT can transcend both constraints if performed properly. Congruent transfer of three dimensional pixels (called voxels), also referred to as laser decal transfer (LDT)5-9, has recently been demonstrated with the LIFT technique using highly viscous Ag nanopastes to fabricate freestanding interconnects, complex voxel shapes, and high-aspect-ratio structures. In this paper, we demonstrate a simple yet versatile process for fabricating a variety of micro- and macroscale Ag structures. Structures include simple shapes for patterning electrical contacts, bridging and cantilever structures, high-aspect-ratio structures, and single-shot, large area transfers using a commercial digital micromirror device (DMD) chip.

We demonstrate the use of the Laser-induced forward transfer technique (LIFT) for the printing of high-viscosity Ag paste. This technique offers a simple, low temperature, robust process for non-lithographically printing microscale 2D and 3D structures.

نقل الليزر التي يسببها إلى الأمام من حج Nanopaste

Over the past decade, there has been much development of non-lithographic methods1-3 for printing metallic inks or other functional materials. Many of ...

An Atmospheric Pressure Plasma Setup to Investigate the Reactive Species Formation

Non-thermal atmospheric pressure (&#39;cold&#39;) plasmas have received increased attention in recent years due to their significant biomedical potential. The reactions of cold plasma with the surrounding atmosphere yield a variety of reactive species, which can define its effectiveness. While efficient development of cold plasma therapy requires kinetic models, model benchmarking needs empirical data. Experimental studies of the source of reactive species detected in aqueous solutions exposed to plasma are still scarce. Biomedical plasma is often operated with He or Ar feed gas, and a specific interest lies in investigation of the reactive species generated by plasma with various gas admixtures (O2, N2, air, H2O vapor, etc.) Such investigations are very complex due to difficulties in controlling the ambient atmosphere in contact with the plasma effluent. In this work, we addressed common issues of &#39;high&#39; voltage kHz frequency driven plasma jet experimental studies. A reactor was developed allowing the exclusion of ambient atmosphere from the plasma-liquid system. The system thus comprised the feed gas with admixtures and the components of the liquid sample. This controlled atmosphere allowed the investigation of the source of the reactive oxygen species induced in aqueous solutions by He-water vapor plasma. The use of isotopically labelled water allowed distinguishing between the species originating in the gas phase and those formed in the liquid. The plasma equipment was contained inside a Faraday cage to eliminate possible influence of any external field. The setup is versatile and can aid in further understanding the cold plasma-liquid interactions chemistry.

An experimental setup was created for the helium-operated kHz frequency plasma jet. The setup includes a cage for the plasma power supply and jet and an in-house built reactor to monitor plasma-induced reactive species without the interference of the ambient atmosphere.

لإعداد البلازما الضغط الجوي المعنية بالتحقيق في تشكيل أنواع رد الفعل

Non-thermal atmospheric pressure (&#39;cold&#39;) plasmas have received increased attention in recent years due to their significant biomedical potential. ...

Fabrication of 1-D Photonic Crystal Cavity on a Nanofiber Using Femtosecond Laser-induced Ablation

We present a protocol for fabricating 1-D Photonic Crystal (PhC) cavities on subwavelength-diameter tapered optical fibers, optical nanofibers, using femtosecond laser-induced ablation. We show that thousands of periodic nano-craters are fabricated on an optical nanofiber by irradiating with just a single femtosecond laser pulse. For a typical sample, periodic nano-craters with a period of 350 nm and with diameter gradually varying from 50 - 250 nm over a length of 1 mm are fabricated on a nanofiber with diameter around 450 - 550 nm. A key aspect of such a nanofabrication is that the nanofiber itself acts as a cylindrical lens and focuses the femtosecond laser beam on its shadow surface. Moreover, the single-shot fabrication makes it immune to mechanical instabilities and other fabrication imperfections. Such periodic nano-craters on nanofiber, act as a 1-D PhC and enable strong and broadband reflection while maintaining the high transmission out of the stopband. We also present a method to control the profile of the nano-crater array to fabricate apodized and defect-induced PhC cavities on the nanofiber. The strong confinement of the field, both transverse and longitudinal, in the nanofiber-based PhC cavities and the efficient integration to the fiber networks, may open new possibilities for nanophotonic applications and quantum information science.

We present a protocol for fabricating 1-D photonic crystal cavities on subwavelength diameter silica fibers (optical nanofibers) using femtosecond laser-induced ablation.

تصنيع 1-D الضوئية التجويف البلوري على ألياف نانوية عن طريق الاجتثاث التي يسببها الليزر الفيمتو ثانية

We present a protocol for fabricating 1-D Photonic Crystal (PhC) cavities on subwavelength-diameter tapered optical fibers, optical nanofibers, using ...

Subsurface Defect Localization by Structured Heating Using Laser Projected Photothermal Thermography

The presented method is used to locate subsurface defects oriented perpendicularly to the surface. To achieve this, we create destructively interfering thermal wave fields that are disturbed by the defect. This effect is measured and used to locate the defect. We form the destructively interfering wave fields by using a modified projector. The original light engine of the projector is replaced with a fiber-coupled high-power diode laser. Its beam is shaped and aligned to the projector&#39;s spatial light modulator and optimized for optimal optical throughput and homogeneous projection by first characterizing the beam profile, and, second, correcting it mechanically and numerically. A high-performance infrared (IR) camera is set up according to the tight geometrical situation (including corrections of the geometrical image distortions) and the requirement to detect weak temperature oscillations at the sample surface. Data acquisition can be performed once a synchronization between the individual thermal wave field sources, the scanning stage, and the IR camera is established by using a dedicated experimental setup which needs to be tuned to the specific material being investigated. During data post-processing, the relevant information on the presence of a defect below the surface of the sample is extracted. It is retrieved from the oscillating part of the acquired thermal radiation coming from the so-called depletion line of the sample surface. The exact location of the defect is deduced from the analysis of the spatial-temporal shape of these oscillations in a final step. The method is reference-free and very sensitive to changes within the thermal wave field. So far, the method has been tested with steel samples but is applicable to different materials as well, in particular to temperature sensitive materials.

This method aims at locating vertical subsurface defects. Here, we couple a laser with a spatial light modulator and trigger its video input to heat a sample surface deterministically with two anti-phased modulated lines while acquiring highly resolved thermal images. The defect position is retrieved from evaluating thermal wave interference minima.

توطين العيوب تحت السطح عن طريق التدفئة المنظمة باستخدام الليزر الحرارية الحرارية المتوقعة

The presented method is used to locate subsurface defects oriented perpendicularly to the surface. To achieve this, we create destructively interfering ...

New Application of an Atmospheric Pressure Plasma Jet as a Neuro-protective Agent Against Glucose Deprivation-induced Injury of SH-SY5Y Cells

The atmospheric pressure plasma jet (APPJ) has attracted the attention of many researchers from multiple disciplines in recent years because its emissions include multiple types of reactive nitrogen species (RNS) and reactive oxygen species (ROS). Our previous study has shown the cytoprotective effect of the APPJ against oxidative stress-induced injuries. The aim of the present study is to provide a detailed in vitro treatment protocol regarding the neuroprotective applications of helium APPJs on glucose deprivation-induced injury in SH-SY5Y cells. The SH-SY5Y human neuroblastoma-derived cell line was maintained in RPMI 1640 medium supplemented with 15% fetal calf serum. The culture medium was then changed to RPMI 1640 without glucose before APPJ treatment. After a 1 h incubation in a cell incubator, cell viability was determined using Cell Counting Kit 8. The results showed that, compared to the glucose deprivation group, cells treated with APPJ exhibited significantly increased cell viability in a dose-dependent manner, with 8 s/well observed as an optimal dose. Meanwhile, helium flow had no effect on the glucose deprivation-induced cell impairment. Our results indicated that APPJ could be potentially used as a treatment method for the diseases in the central nervous system related to glucose deprivation. This protocol could also be used as a cytoprotective application for other cells with different impairments, but the cell culture and APPJ treatment conditions should be readjusted, and the treatment dose must be relatively low.

A protocol for the neuroprotective application of low-dose atmospheric pressure plasma treatment on glucose deprivation-induced SH-SY5Y injuries.

تطبيق جديد لطائرة البلازما الضغط الجوي كعامل العصبية واقية ضد الإصابات الناجمة عن الحرمان الجلوكوز خلايا ش SY5Y

The atmospheric pressure plasma jet (APPJ) has attracted the attention of many researchers from multiple disciplines in recent years because its emissions ...