Les auteurs souhaitent exprimer leur gratitude envers le soutien financier fourni pour cette étude par la National Science Foundation (Grant n °: CMMI-0653578, 0853890-CBET).

1. De configuration du système optique (Fig. 1) <ol><li> Mettre en place une plaque demi-onde et un polariseur à la suite de la sortie laser pour ajuster l&#39;énergie d&#39;impulsion laser. </li><li> Mettre en place un séparateur de faisceau après le polariseur de diviser l&#39;impulsion laser à deux impulsions: impulsions pompe et sonde d&#39;impulsion. </li><li> Utilisez les quatre miroirs réfléchissants et une étape manuelle de translation de construire un dispositif de retard optique pour l&#39;impulsion de pompe. </li><li> Utiliser un autre miroirs réfléchissants quatre à guider l&#39;impulsion de pompe d&#39;atteindre la surface de cible verticalement. </li><li> Mettre en place un générateur de seconde harmonique (SHG) pour transformer la longueur d&#39;onde laser à impulsions de 800 nm à 400 nm. </li><li> Utilisation d&#39;un séparateur harmonique pour transmettre l&#39;impulsion de 800 nm et de réfléchir l&#39;impulsion de 400 nm. </li><li> Mettre en place un réducteur de faisceau et une paire de lentilles focalement pour ajuster la taille et la convergence de l&#39;impulsion de sonde. </li><li> Mettre en place un autre dispositif de retard optique, tel que mentionné dans l&#39;étape 1.3, pour l&#39;impulsion de sonde. </li><li> Utilisez une bague Iris pour ajuster la zone de l&#39;impulsion sonde et assurez-vous passer l&#39;impulsion de sonde sur la surface cible horizontalement et se croisent avec l&#39;impulsion de la pompe. </li><li> Mettre en place deux lentilles de l&#39;objectif et les filtres plusieurs pour générer l&#39;image de la région de plasma à être reçu par le intensifiée charge-coupled device (ICCD) appareil photo. </li><li> Connectez l&#39;ordinateur, le laser, la caméra ICCD et son contrôleur en utilisant des câbles BNC ou des câbles USB. </li><li> Réglez le temps de retard du contrôleur de caméra jusqu&#39;à ce que la caméra capture une image de l&#39;impulsion de la sonde. Ainsi, l&#39;impulsion de sonde et la caméra sont synchronisés. </li></ol> 2. Pompe-sonde de synchronisation <ol><li> Placer un séparateur de faisceau à l&#39;intersection de l&#39;impulsion de pompe et l&#39;impulsion de sonde, et mettre en place deux photodiodes pour recevoir ces deux impulsions. Ces deux photodiodes doit avoir une même distance à partir du séparateur de faisceau. </li><li> Utilisation d&#39;un oscilloscope à recevoir les signaux de ces deux photodiodes, et déplacer l&#39;étage de retard sur la trajectoire du faisceau d&#39;impulsions de pompe jusqu&#39;à la profichiers de l&#39;impulsion de pompe et l&#39;impulsion de sonde se chevauchent les uns avec les autres sur l&#39;écran de l&#39;oscilloscope. Une précision de 20 ps est atteint en raison de la résolution temporelle de l&#39;oscilloscope. </li><li> Retirer le faisceau et le séparateur des deux photodiodes comme mentionné à l&#39;étape 2.1. </li><li> Réglez l&#39;étage de retard sur le trajet du faisceau pompe d&#39;impulsion jusqu&#39;à la région de ventilation de l&#39;air pourrait être simplement observé sur l&#39;écran le document ICCD. Le moment où la formation de ventilation d&#39;air peut être détecté au lieu d&#39;un fond uniforme est déterminée comme temps de retard nulle. </li></ol> 3. Des échantillons et de préparation du stade <ol><li> Mettre en place un laboratoire-jack et deux platines linéaires manuelles, afin de déplacer l&#39;échantillon avec trois degrés de liberté. </li><li> Utiliser un comparateur et des cales de haute précision pour atteindre une planéité élevée des stades. La différence de hauteur doit être à moins de 1 pm par une distance de 25,4 mm. </li><li> Couper une pièce carrée (30 mm x 30 mm) sur une feuille de Cu ayant une épaisseur de 0,8 mm en utilisant un broyageMachine. </li><li> Polir un côté étroit (30 mm x 0,8 mm) de la pièce de Cu jusqu&#39;à ce que la rugosité de surface est inférieur à 0,5 um. </li><li> Fixer la pièce Cu sur la scène mode haut avec la face polie étroite vers le haut. </li><li> Déplacez la cible par une étape manuelle tel que mentionné dans l&#39;étape 3.1), tandis que de surveiller sa position par l&#39;intermédiaire de la caméra ICCD telle que toute inclinaison peut être ajusté en insérant des cales de haute précision en dessous de la cible. </li><li> Répétez l&#39;étape 3.6 avec le stade autre manuel. </li><li> Percer une douzaine de trous sur la cible tandis varier la position de la lentille focale par une troisième étape de haute précision manuelle. L&#39;emplacement du point focal correspondant à la position de la lentille focale la plus petite lorsque le trou est foré. </li></ol> 4. Ablation et évaluation <ol><li> Déplacer la lentille focale jusqu&#39;à une distance d&#39;environ 50 um de distance du point focal. </li><li> Déplacer l&#39;étage de retard sur la voie de faisceau sonde d&#39;impulsions avec un intervalle de 0,3 mm à capturer l&#39;image tous les ps 2 ps jusqu&#39;à 10, ouavec un intervalle de 3 mm pour capturer l&#39;image tous les ps 20 jusqu&#39;à 480 ch. </li><li> Répétez l&#39;étape 4.2 à plusieurs reprises pour la répétabilité et l&#39;exactitude. </li><li> Déplacez la lentille de focale vers le bas à une distance d&#39;environ 50 um loin du point focal, et répétez l&#39;étape 4.3. </li></ol> 5. Les résultats représentatifs Les images sont mesurées ont montré dans la figure. 2 et Fig. 3, pour le point focal légèrement au-dessus et au-dessous de la surface de la cible, respectivement. Les positions d&#39;extension longitudinale et radiale sont tracées dans la Fig. 4 et Fig. 5. Les dilatations longitudinales de ces deux cas dans la première tranche de 100 ps sont significativement différentes, mais leurs dilatations longitudinales dans les domaines suivants 400 ps et leurs expansions radiales sont similaires. Pour le premier cas, le plasma au début à moins de 100 ps a une structure d&#39;expansion unidimensionnelle constituées de plusieurs couches. Pour le second cas, au début des années plasma a une structure d&#39;expansion à deux dimensions qui ne change pas beaucoup à moins de 100 ps. Le modèle 12 de simulation est utilisée pour étudier le mécanisme de l&#39;évolution du plasma au début. Temps zéro est défini comme le moment où l&#39;impulsion laser atteint la surface de crête cible. Les simulations de début des processus d&#39;évolution du plasma sont en bon accord avec les résultats mesurés pour chacun de ces deux cas, comme indiqué dans la Fig. 6 et Fig. 7, respectivement. La formation du plasma précoce au sein de 1 ps est également prévue pour le premier cas en utilisant le modèle de simulation et montré dans la figure. 8. Le plasma se trouve au début d&#39;avoir une région ventilation de l&#39;air et une région de plasma Cu. La ventilation de l&#39;air est d&#39;abord causée par ionisation multi-photons, puis suivie par ionisation d&#39;avalanche. Pour le second cas, cependant, le point focal est en dessous de la surface de la cible et aucune région d&#39;air séparé ventilation est formé. Au lieu de cela, ionisation de l&#39;air se produit à proximité de la pla CuSMA avant et est provoquée par l&#39;ionisation par impact en raison des électrons libres éjectées de la cible de Cu. <img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig1.jpg" /> Figure 1. Schéma de la mesure ombroscopie pompe-sonde. <img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig2.jpg" /> Figure 2. Cu plasmatique d&#39;expansion au temps de retard successifs avec le point focal légèrement au-dessus de la surface. Longueur d&#39;onde laser: 800 nm; durée d&#39;impulsion: 100 fs; densité de puissance: 4,2 × 10 14 W / cm 2; cible: Cu. <img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig3.jpg" /> Figure 3. Cu plasmatique d&#39;expansion au temps de retard successifs avec le point focal légèrement en dessous de la surface. Longueur d&#39;onde laser: 800 nm; durée d&#39;impulsion: 100 fs; densité de puissance: 4,2 × 10 14 W / cm 2; cible: Cu. &lt;img alt = &quot;Figure 4&quot; src = &quot;/ files/ftp_upload/4033/4033fig4.jpg&quot; /&gt; Figure 4. Plasma longitudinale et les positions d&#39;expansion radiale à temps de retard successifs avec le point focal légèrement au-dessus de la surface. Longueur d&#39;onde laser: 800 nm; durée d&#39;impulsion: 100 fs; densité de puissance: 4,2 × 10 14 W / cm 2; cible: Cu. <img alt="Figure 5" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig5.jpg" /> Figure 5. Plasma longitudinale et les positions d&#39;expansion radiale au temps de retard successifs avec le point focal légèrement en dessous de la surface. Longueur d&#39;onde laser: 800 nm; durée d&#39;impulsion: 100 fs; densité de puissance: 4,2 × 10 14 W / cm 2; cible: Cu. Figure 6. Animation de l&#39;expansion du plasma mesurées et calculées dans un délai de 70 ps avec le point focal légèrement au-dessus de la surface. Densité de puissance; 100 fs:: 4,2 × 10 14;: Longueur d&#39;onde laser 800 nm durée d&#39;impulsion </sup&gt; W / cm 2; cible: Cu. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/4033/4033movie6.avi" target="_blank">Cliquez ici pour voir l&#39;animation</a> . Figure 7. Animation de l&#39;expansion du plasma mesurées et calculées dans un délai de 70 ps avec le point focal légèrement en dessous de la surface. Longueur d&#39;onde laser: 800 nm; durée d&#39;impulsion: 100 fs; densité de puissance: 4,2 × 10 14 W / cm 2; cible: Cu. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/4033/4033movie7.avi" target="_blank">Cliquez ici pour voir l&#39;animation</a> . Figure 8. Animation de l&#39;expansion du plasma mesurées et calculées dans un délai de 1 ps avec le point focal légèrement au-dessus de la surface. Longueur d&#39;onde laser: 800 nm; durée d&#39;impulsion: 100 fs; densité de puissance: 4,2 × 10 14 W / cm 2; cible:. Cu <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/4033/4033movie8.avi" target="_blank">Cliquez ici pour voir l&#39;animation &lt;</a>/ A&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>

Pas de conflits d&#39;intérêt déclarés.

Les méthodes de mesure et de simulation présentés dans le présent document permettra des examens plus précis de la dynamique du plasma début et une meilleure compréhension des mécanismes d&#39;ionisation pour l&#39;air et Cu. Hautes structures plasma de qualité sont capturées avec une résolution temporelle de 1 ps et une résolution spatiale de 1 um. Cette mesure a une répétabilité élevée trop. La procédure est critique pour aligner le faisceau très bien et préparer une surface cible avec une planéité de haute ainsi qu&#39;un faible rugosité. Cette approche peut être appliquée à des matériaux cibles et d&#39;autres paramètres du laser différentes. La seule limitation de la méthode ombroscopie pompe-sonde est une variation trop faible nombre d&#39;électrons de densité.

<table border="1"><tbody><tr><td> Nom de l&#39;équipement </td><td> Entreprise </td><td> Numéro de catalogue </td></tr><tr><td> Laser </td><td> Spectra-Physics </td><td> SPTF-100F-1K-1P </td></tr><tr><td> Caméra ICCD </td><td> Princeton Instruments </td><td> 7467-0028 </td></tr><tr><td> Oscilloscope </td><td> Rigol </td><td> DS1302CA </td></tr><tr><td> Photodiode </td><td> Newport </td><td> 818-BB30 </td></tr><tr><td> Étape linéaire </td><td> Newport </td><td> 433 </td></tr><tr><td> Comparateur </td><td> Mitutoyo </td><td> ID-C112E </td></tr></tbody></table>

investigation of early plasma evolution induced by ultrashort laser pulses

Plasmatique précoce est généré grâce à l&#39;irradiation laser de haute intensité de la cible et l&#39;ionisation cible suivante matériau. Sa dynamique joue un rôle important dans l&#39;interaction laser-matière, en particulier dans l&#39;environnement de l&#39;air 1-11. L&#39;évolution du plasma précoce a été repris par pompe-sonde ombroscopie 1-3 et interférométrie 1,4-7. Cependant, les plages étudiées délais et appliquées paramètres laser sont limités. Par exemple, examens directs de logements avant et la densité du plasma d&#39;électrons dans un temps de retard de 100 picosecondes (ps) par rapport à la crête d&#39;impulsion laser sont encore très peu, en particulier pour l&#39;impulsion ultracourte d&#39;une durée d&#39;environ 100 femtosecondes (fs) et une faible densité de puissance d&#39;environ 10 14 W / cm 2. Au début du plasma généré dans ces conditions n&#39;a été capturé récemment avec de hautes résolutions spatiales et temporelles 12. La stratégie d&#39;installation détaillé etprocédures de cette mesure de haute précision sera illustrée dans le présent document. La justification de la mesure est optique pompe-sonde ombroscopie: un ultra-laser à impulsions est divisée à une impulsion de pompe et d&#39;une impulsion sonde, alors que le temps de retard entre eux peut être ajustée en changeant leurs longueurs du trajet du faisceau. L&#39;impulsion de pompe ablate la cible et génère le plasma début, et l&#39;impulsion de sonde se propage à travers la région de plasma et détecte la non-uniformité de la densité nombre d&#39;électrons. En outre, des animations sont générées en utilisant les résultats calculés à partir du modèle de simulation de la Réf. De 12 à illustrer la formation de plasma et de l&#39;évolution avec une très haute résolution (0,04 ~ 1 ps). Tant la méthode expérimentale et la méthode de simulation peut être appliquée à un large éventail de délais et paramètres du laser. Ces méthodes peuvent être utilisées pour examiner le plasma généré au début non seulement à partir de métaux, mais aussi de semi-conducteurs et des isolants.

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Investigation of Early Plasma Evolution Induced by Ultrashort Laser Pulses

Une méthode expérimentale pour étudier l&#39;évolution du plasma début induite par lasers engendrent des impulsions est décrite. En utilisant cette méthode, des images de haute qualité de plasma au début sont obtenus avec de hautes résolutions spatiales et temporelles. Un roman modèle intégré atomistique est utilisé pour simuler et d&#39;expliquer les mécanismes de plasma au début.

Enquête de l&#39;évolution rapide du plasma induite par lasers engendrent des impulsions

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

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Research

JoVE Journal

Engineering

14.8K vues.  Purdue University. Une méthode expérimentale pour étudier l'évolution du plasma début induite par lasers engendrent des impulsions est décrite. En utilisant cette méthode, des images de haute qualité de plasma au début sont obtenus avec de hautes résolutions spatiales et temporelles. Un roman modèle intégré atomistique est utilisé pour simuler et d'expliquer les mécanismes de plasma au début.

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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.

Fabrication de nano-oxydes conducteurs transparents conçus par ablation laser

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

Recherche

Ingénierie

Laser-induced Breakdown Spectroscopy: A New Approach for Nanoparticle's Mapping and Quantification in Organ Tissue

Emission spectroscopy of laser-induced plasma was applied to elemental analysis of biological samples. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) performed on thin sections of rodent tissues: kidneys and tumor, allows the detection of inorganic elements such as (i) Na, Ca, Cu, Mg, P, and Fe, naturally present in the body and (ii) Si and Gd, detected after the injection of gadolinium-based nanoparticles. The animals were euthanized 1&#160;to 24 hr&#160;after intravenous injection of particles. A two-dimensional scan of the sample, performed using a motorized micrometric 3D-stage, allowed the infrared laser beam exploring the surface with a lateral resolution less than 100 &#956;m. Quantitative chemical images of Gd element inside the organ were obtained with sub-mM sensitivity. LIBS offers a simple and robust method to study the distribution of inorganic materials without any specific labeling. Moreover, the compatibility of the setup with standard optical microscopy emphasizes its potential to provide multiple images of the same biological tissue with different types of response:&#160;elemental, molecular, or cellular.

Laser-induced Breakdown Spectroscopy: A New Approach for Nanoparticle&#039;s Mapping and Quantification in Organ Tissue

Laser-induced breakdown spectroscopy performed on thin organ and tumor tissue successfully detected natural elements and artificially injected gadolinium (Gd), issued from Gd-based nanoparticles. Images of chemical elements reached a resolution of 100 &#956;m and quantitative sub-mM sensitivity. The compatibility of the setup with standard optical microscopy emphasizes its potential to provide multiple images of a same biological tissue.

Induite par laser Répartition Spectroscopy: Une nouvelle approche pour la cartographie et la quantification de nanoparticules dans les tissus d&#39;organes

Emission spectroscopy of laser-induced plasma was applied to elemental analysis of biological samples. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) ...

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.

Induite par laser transfert vers l&#39;avant pour Flip-chip emballage de Dies simples

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.

Selective Area Modification de la Silicon mouillabilité de surface par irradiation laser pulsé UV en milieu liquide

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.

Comment Ignite une pression atmosphérique à micro-ondes de la flamme plasma sans aucune Allumeurs supplémentaires

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.

Automatisation du mode de verrouillage dans un Nonlinear Polarisation Rotation fibre laser par Polarisation sortie Mesures

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.

induite par laser-Transfer Forward de Ag nanopâte

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.

Une configuration de plasma Pression atmosphérique pour enquêter sur la formation espèces réactives

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.

Fabrication de 1-D Cristal Photonique Cavity sur un nanofibres utilisant Ablation laser femtoseconde induite

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.

Localisation de défauts souterrains par chauffage structuré à l&#39;aide d&#39;une thermographie photothermique à laser

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