המחברים מבקשים להודות בתודה תמיכה כספית בתנאי לצורך מחקר זה על ידי הקרן הלאומית למדע (גרנט לא: CMMI-0653578, CBET-0853890).

1. מערכת ההתקנה אופטי (איור 1) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדרת הצלחת חצי גל מקטב בעקבות פלט לייזר כדי להתאים את האנרגיה הדופק לייזר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להקים קרן splitter אחרי מקטב לפצל את הדופק לייזר שתי פעימות הדופק: משאבת והדופק בדיקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש ארבעה מראות המשקפות ובמה translational ידנית על מנת לבנות מכשיר עיכוב אופטי דופק את המשאבה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש עוד מראות המשקפות ארבע להנחות את הדופק משאבת להגיע אל פני השטח היעד אנכית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדרת גנרטור הרמוני 2 (SHG) להפוך את הדופק לייזר באורך גל של nm 800 ל -400 ננומטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש מפריד הרמונית להעביר את הדופק 800 ננומטר ומשקפים את הדופק ל -400 ננומטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדרת כמפחית קרן וזוג עדשות focally כדי להתאים את גודל ואת ההתכנסות של הדופק בדיקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדרת התקן אחר עיכוב אופטי, כאמור בשלב 1.3, את הדופק בדיקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש טבעת איריס להתאים את שטח שלבדיקה הדופק ולוודא את הדופק בדיקה להעביר את השטח למטרה אופקית מצטלבים עם דופק את המשאבה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדרת שתי עדשות אובייקטיביים ומסננים כמה לייצר את הדימוי של אזור פלזמה להתקבל על ידי מכשיר תשלום מצמידים התעצמה (ICCD) המצלמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את המחשב, לייזר, מצלמה ICCD הבקר שלה באמצעות כבלי BNC או כבל USB. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להתאים את זמן השהיה של בקר המצלמה עד המצלמה לוכדת תמונה של הדופק בדיקה. לפיכך, דופק את החללית ואת המצלמה מסונכרנים. </li></ol> 2. משאבה בדיקה סנכרון <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח קרן splitter בצומת של דופק את המשאבה ואת הדופק בדיקה, ולהקים שתי פוטודיודות לקבל שתי פעימות. שני פוטודיודות צריך באותו מרחק מן ספליטר הקורה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש אוסצילוסקופ לקבל את האותות של שני פוטודיודות, ולעבור לשלב עיכוב על דרך הדופק משאבת הקורה עד Proקבצים של דופק את המשאבה ואת הדופק בדיקה חופפים זה עם זה על המסך אוסצילוסקופ. ברמת דיוק של 20 נ.ב. מושגת בשל ההחלטה הזמני של אוסצילוסקופ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את הקורה מפצל ושני פוטודיודות כאמור בשלב 2.1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את שלב עיכוב על דרך הדופק משאבת הקורה עד לאזור פירוט האוויר יכול פשוט לצפות במסך ICCD. בזמן היווצרות של תקלה באוויר ניתן היה לזהות במקום רקע אחיד נקבע אפס זמן עיכוב. </li></ol> 3. לדוגמה שלב ההכנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להקים מעבדה ג&#39;ק בשני שלבים ליניאריים ידנית כדי להעביר את המדגם עם שלוש דרגות חופש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש אינדיקטור חיוג shims דיוק גבוהה כדי להשיג שטיחות גבוהה של השלבים. ההבדל גובה צריך להיות בטווח של 1 מיקרומטר לכל במרחק של 25.4 מ&quot;מ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותכים חתיכה מרובע (30 מ&quot;מ × 30 מ&quot;מ) מתוך גיליון Cu עם עובי של 0.8 מ&quot;מ בעזרת כרסוםהמכונה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פולין צדדי צר (30 מ&quot;מ × 0.8 מ&quot;מ) של היצירה Cu עד חספוס פני השטח הוא מתחת 0.5 מיקרומטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תקן את היצירה Cu על הבמה את המדריך למעלה עם פנים צרות מלוטש למעלה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> העבר את היעד על ידי שימוש במה אחת כאמור בשלב 3.1) ואילו לפקח מעמדה באמצעות המצלמה ICCD כך שכל הטיה תוכלו להתאים על ידי הוספת shims דיוק גבוהה מתחת ליעד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלב 3.6 משלב את המדריך השני. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לקדוח עשרות חורים על המטרה בעוד משתנים את המיקום של העדשה על ידי מיקוד ידני בשלב 3 דיוק גבוהה. מיקום מוקד מקביל לתפקיד של העדשה מרכזית בו את החור הקטן ביותר הוא קדח. </li></ol> 4. אבלציה ומדידה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להעביר את מיקוד העדשה עד למרחק של כ 50 מיקרומטר הרחק מנקודת המוקד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להזיז את הבמה עיכוב על נתיב קרן הדופק בדיקה עם מרווח של 0.3 מ&quot;מ כדי ללכוד את התמונה בכל PS 2 עד 10 PS, אועם מרווח של 3 מ&quot;מ כדי ללכוד את התמונה בכל 20 עד 480 PS PS. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלב 4.2 עבור מספר פעמים עבור הדירות ודיוק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להעביר את מיקוד העדשה עד למרחק של כ 50 מיקרומטר הרחק מנקודת המוקד, וחזור על שלב 4.3. </li></ol> 5. נציג תוצאות התמונות shadowgraph הנמדדים בהם באיור. איור 2 ו. 3, את נקודת הכובד מעט מעל ומתחת לפני היעד, בהתאמה. עמדות והרחבת אורכיים רדיאלי הם להתוות איור. איור 4 ו. 5. את הרחבות האורך של שני מקרים 1 100 PS הם שונים באופן משמעותי, עם זאת, הרחבות האורך שלהם הבאה 400 PS ו הרחבות רדיאליים שלהם דומים. במקרה הראשון, פלזמה מוקדמת בטווח של 100 נ.ב. יש מבנה חד ממדי הרחבה בהיקף של מספר שכבות. במקרה השני, PL מוקדםאסמא יש מבנה דו מימדי ההרחבה זה לא משנה הרבה בתוך 100 PS. מודל הסימולציה 12 משמש לחקור את המנגנון של האבולוציה פלזמה מוקדם. אפס זמן מוגדר בזמן הדופק לייזר השיא מגיע לפני השטח היעד. את מדומה המוקדמות התפתחות תהליכים פלזמה מסכים גם עם התוצאות נמדדו הן של שני המקרים האלה, כפי שמוצג באיור. איור 6 ו. 7, בהתאמה. היווצרות של פלזמה מוקדם בתוך 1 PS הוא ניבא גם במקרה הראשון באמצעות מודל סימולציה באיור. 8. פלזמה מוקדם נמצא יש פירוט האוויר באזור ואת אזור פלזמה מ&quot;ק. פירוט האוויר נגרמת על ידי 1 יינון רב פוטון ולאחר מכן ואחריו יינון מפולת. במקרה השני, לעומת זאת, המוקד הוא מתחת לפני השטח היעד ולא באזור נפרד פירוט האוויר נוצר. במקום זאת, יינון האוויר מתרחשת ליד PLA Cuמול SMA והיא נגרמת על ידי בשל ההשפעה יינון על אלקטרונים חופשיים שנפלטו מן המטרה מ&quot;ק. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig1.jpg" /> באיור 1. סכמטי של מדידת המשאבה, בדיקה shadowgraph. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig2.jpg" /> איור 2. Cu פלזמה הרחבת לפעמים עיכוב רצופים עם נקודת מיקוד מעט מעל פני השטח. לייזר באורך גל: 800 ננומטר, משך הדופק: 100 FS: צפיפות הספק: 4.2 × 10 14 W / cm 2: היעד: מ&quot;ק. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig3.jpg" /> איור 3. Cu פלזמה הרחבת לפעמים עיכוב רצופים עם נקודת מיקוד מעט מתחת לפני השטח. לייזר באורך גל: 800 ננומטר, משך הדופק: 100 FS: צפיפות הספק: 4.2 × 10 14 W / cm 2: היעד: מ&quot;ק. &lt;img alt = &quot;איור 4&quot; src = &quot;/ files/ftp_upload/4033/4033fig4.jpg&quot; /&gt; איור 4. פלזמה אורך ועמדות הרחבה רדיאליים בזמנים עיכוב רצופים עם מוקד מעט מעל פני השטח. לייזר באורך גל: 800 ננומטר, משך הדופק: 100 FS: צפיפות הספק: 4.2 × 10 14 W / cm 2: היעד: מ&quot;ק. <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig5.jpg" /> איור 5. פלזמה אורך ועמדות הרחבה מחוגי הזמן עיכוב רצופים עם נקודת מיקוד מעט מתחת לפני השטח. לייזר באורך גל: 800 ננומטר, משך הדופק: 100 FS: צפיפות הספק: 4.2 × 10 14 W / cm 2: היעד: מ&quot;ק. איור 6. אנימציה של התפשטות פלזמה נמדד ומחושב תוך זמן עיכוב של 70 נ.ב. עם נקודת מיקוד מעט מעל פני השטח. לייזר באורך גל: 800 ננומטר, משך הדופק: 100 FS: צפיפות הספק: 4.2 × 10 14 </sup&gt; W / cm 2: היעד: Cu. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/4033/4033movie6.avi" target="_blank">לחץ כאן כדי לראות את האנימציה</a> . איור 7. אנימציה של התפשטות פלזמה נמדד ומחושב תוך זמן עיכוב של 70 נ.ב. עם נקודת מיקוד מעט מתחת לפני השטח. לייזר באורך גל: 800 ננומטר, משך הדופק: 100 FS: צפיפות הספק: 4.2 × 10 14 W / cm 2: היעד: Cu. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/4033/4033movie7.avi" target="_blank">לחץ כאן כדי לראות את האנימציה</a> . איור 8. אנימציה של התפשטות פלזמה נמדד ומחושב תוך זמן עיכוב של 1 PS עם נקודת מיקוד מעט מעל פני השטח. לייזר באורך גל: 800 ננומטר, משך הדופק: 100 FS: צפיפות הספק: 4.2 × 10 14 W / cm 2: היעד:. Cu <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/4033/4033movie8.avi" target="_blank">לחץ כאן כדי להציג אנימציה &lt;</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>

אין ניגוד עניינים הצהיר.

המדידה וסימולציה שיטות שהוצגו במאמר זה לאפשר בדיקות מדויקות יותר של הדינמיקה פלזמה הראשונים והבנה טובה יותר של המנגנונים יינון עבור שניהם אוויר מ&quot;ק. מבנים באיכות גבוהה פלזמה נלכדים עם רזולוציה הזמני של 1 PS ו ברזולוציה מרחבית של 1 מיקרומטר. מדידה זו הדירות גבוה מדי. ההליך הוא קריטי כדי ליישר את קרן היטב ולהכין משטח היעד עם השטיחות גבוהה כמו גם חספוס נמוך. גישה זו ניתן ליישם חומרים אחרים היעד ופרמטרים לייזר שונים. המגבלה היחידה של שיטה משאבה בדיקה shadowgraph הוא מספר נמוך מדי צפיפות אלקטרונים שונות.

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> שם הציוד </td><td> חברה </td><td> מספר קטלוגי </td></tr><tr><td> לייזר </td><td> Spectra-Physics </td><td> SPTF-100F-1K-1P </td></tr><tr><td> ICCD המצלמה </td><td> פרינסטון מכשירים </td><td> 7467-0028 </td></tr><tr><td> אוסצילוסקופ </td><td> Rigol </td><td> DS1302CA </td></tr><tr><td> Photodiode </td><td> ניופורט </td><td> 818-BB30 </td></tr><tr><td> יישור קווי הבמה </td><td> ניופורט </td><td> 433 </td></tr><tr><td> חוגן </td><td> Mitutoyo </td><td> ID-C112E </td></tr></tbody></table>

investigation of early plasma evolution induced by ultrashort laser pulses

פלזמה מוקדם שנוצר עקב הקרנת לייזר גבוהה עוצמת היעד יינון לאחר מכן החומר היעד. הדינמיקה שלה משחק תפקיד משמעותי באינטראקציה לייזר חומר, במיוחד בסביבה אוויר 1-11. האבולוציה פלזמה מוקדם כבר שנתפסו באמצעות משאבה בדיקה shadowgraphy 1-3 ו interferometry 1,4-7. עם זאת, פרמטר הטווחים למד מסגרות זמן ויישומי לייזר מוגבלים. לדוגמה, בדיקות ישירות של מקומות פלזמה הקדמיות וצפיפות מספר אלקטרונים בתוך זמן עיכוב של picosecond 100 (PS) לגבי הדופק לייזר השיא עדיין מעט מאוד, במיוחד עבור הדופק ultrashort משך סביב femtosecond 100 (FS) ו צפיפות הספק נמוכה סביב 10 14 W / cm 2. פלזמה מוקדם שנוצר בתנאים אלה לא רק נתפס לאחרונה עם החלטות של זמן ומרחב גבוהה 12. הגדרת אסטרטגיה מפורטתנהלי המדידה הזו דיוק גבוהה יהיה לידי ביטוי במאמר זה. הרציונל של מדידה אופטית היא shadowgraphy משאבה בדיקה: 1 לייזר UltraShort הדופק מפוצל לדופק המשאבה ואת הדופק בדיקה, תוך השהיית זמן בין אותם ניתן להתאים על ידי שינוי נתיב הקורה שלהם אורכי. הדופק משאבת ablates היעד ויוצר פלזמה מוקדם, הדופק בדיקה מתפשטת דרך האזור פלזמה מזהה אחידות הלא צפיפות מספר האלקטרונים. בנוסף, אנימציות נוצרות באמצעות תוצאות שנמדדות מודל סימולציה של שופט. 12 כדי להמחיש את היווצרות והתפתחות פלזמה עם רזולוציה גבוהה מאוד (0.04 ~ 1 PS). גם שיטת הניסוי ואת שיטת הדמיה ניתן ליישם במגוון רחב של מסגרות זמן ופרמטרים לייזר. שיטות אלה ניתן להשתמש כדי לבחון את הפלזמה מוקדם שנוצר לא רק מתכות, אלא גם מוליכים למחצה ומבודדים.

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

שיטת הניסוי לבחון את האבולוציה פלזמה מוקדם הנגרם על ידי לייזר UltraShort פולסים מתואר. באמצעות שיטה זו, תמונות באיכות גבוהה של פלזמה מוקדם מתקבלים עם החלטות של זמן ומרחב גבוהה. מודל הרומן atomistic משולב משמש כדי לדמות ולהסביר את מנגנוני פלזמה מוקדם.

חקירת Evolution פלזמה מוקדם בהשפעת לייזר UltraShort קטניות

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. שיטת הניסוי לבחון את האבולוציה פלזמה מוקדם הנגרם על ידי לייזר UltraShort פולסים מתואר. באמצעות שיטה זו, תמונות באיכות גבוהה של פלזמה מוקדם מתקבלים עם החלטות של זמן ומרחב גבוהה. מודל הרומן atomistic משולב משמש כדי לדמות ולהסביר את מנגנוני פלזמה מוקדם.

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.

ייצור של ננו מהונדס תחמוצות שקופות לנהל בתצהיר ליזר פעם

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.

העברה קדימה מושרה לייזר לאריזת Flip-שבב של מבלטים יחיד

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.

פינת שינוי סלקטיבית של יכולת רטיבות משטח סיליקון על ידי פעמו UV לייזר הקרנה בסביבה נוזלית

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.

כיצד להצית לחץ האטמוספרה מיקרוגל פלזמה לפיד ללא כל igniters נוסף

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.

אוטומציה של מצב נעילה בתוך לייזר סיב סיבוב קוי קיטוב באמצעות מדידות קיטוב פלט

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.

העברה קדימה-induced לייזר של 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 ...

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.

התקנת פלזמת לחץ אטמוספרה לחקר היווצרות המינים הריאקטיבי

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.

המצאה של 1-D פוטוניים Crystal חלל על nanofiber שימוש Femtosecond אבלציה לייזר המושרה

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.

לוקליזציה פגם תת קרקעי על ידי חימום מובנה באמצעות לייזר מוקרן Photothermal Thermography

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.

היישום החדש של Jet פלזמה הלחץ האטמוספרי כסוכן נוירו-מגן נגד גלוקוז הנוצרות על-ידי מניעת פגיעה בתאי SH-SY5Y

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