Automatisierte Lieferung von mikrofabrizierten Targets für intensive Laserbestrahlungsexperimente

Zusammenfassung

Für die automatisierte Bestrahlung dünner Goldfolien mit hochintensiven Laserpulsen wird ein Protokoll vorgelegt. Das Protokoll enthält eine Schritt-für-Schritt-Beschreibung des Mikrobearbeitungszielfertigungsprozesses und eine detaillierte Anleitung, wie Ziele mit einer Geschwindigkeit von 0,2 Hz in den Fokus des Lasers gebracht werden.

Zusammenfassung

Beschrieben ist ein experimentelles Verfahren, das eine Hochleistungslaserbestrahlung von mikrofabrizierten Targets ermöglicht. Die Ziele werden durch eine geschlossene Rückkopplungsschleife, die zwischen dem Zielmanipulator und einem Sensor arbeitet, in den Laserfokus gebracht. Der Zielfertigungsprozess wird ausführlich erläutert. Repräsentative Ergebnisse von Protonenstrahlen auf MeV-Ebene, die durch Bestrahlung von 600 nm dicken Goldfolien mit einer Rate von 0,2 Hz erzeugt werden. Die Methode wird mit anderen nachfüllbaren Zielsystemen verglichen und die Aussichten, die Schussraten auf über 10 Hz zu erhöhen, werden diskutiert.

Einleitung

Die hochintensive Laserbestrahlung von festen Targets erzeugt mehrere Strahlungsformen. Eine davon ist die Emission energetischer Ionen mit Energien auf der Mega-Elektronen-Volt-Stufe¹. Eine kompakte Quelle von MeV-Ionen hat Potenzial für viele Anwendungen, wie Protonen-Schnellzündung², Protonen-Radiographie³, Ionen-Strahlentherapie⁴und Neutronen-Generation⁵.

Eine große Herausforderung bei der praktischen Laser-Ionenbeschleunigung ist die Fähigkeit, Mikrometer-Ziele mit hoher Geschwindigkeit präzise innerhalb des Fokus des....

Protokoll

1. Zielfertigung

ANMERKUNG: Abbildung 2 und Abbildung 3 veranschaulichen den Herstellungsprozess freistehender Goldfolien.

1. Rückseite
   1. Verwenden Sie einen 250 mm dicken, 100 mm großen, hochbeanspruchten Siliziumwafer in einer <100> Kristallbildung, der beidseitig mit Siliziumnitrid beschichtet ist.
   2. Reinigen Sie den Wafer mit Aceton gefolgt von Isopropanol und trocknen Sie ihn mit Stickstoff.  Dann drehen Sie eine Schicht von HMDS, um eine Klebeschicht nach den Schritten in Tabelle 1beschrieben zu bilden.
   3. Verschichten Sie den Wa....

Ergebnisse

Dieses Zielliefersystem wurde eingesetzt, um Ionen von der Rückseite von 600 nm dicken Goldfolien zu beschleunigen. Bei Bestrahlung mit einer normalisierten Laserintensität von₀ = 5,6 wurden diese Ionen durch den Ziel-Normalmantelbeschleunigungsmechanismus (TNSA)²¹beschleunigt. In TNSA ionisierte das Licht mit geringerer Intensität, das dem Hauptlaserpuls vorausging, die Vorderseite der Zielfolie. Die vom Hauptlaserpuls ausgeübte Gedankenkraft trieb heiße Elektronen durch die Schüttgut........

Diskussion

Bei einigen Variationen ist der in diesem Protokoll beschriebene Zielfertigungsprozess üblich (z. B. Zaffino et al.²³). Ein einzigartiger Schritt für den Betrieb der automatischen Positionierung ist hier die Zugabe von Nanometer-Schruppen in ringförmigen Bereichen auf der Rückseite des Wafers (Schritt 1.2.3). Der Zweck dieses Schritts ist es, die diffuse Streuung des Lichteinfalls auf dem Wafer in diesen Bereichen zu erhöhen. Der Bereichsensor strahlt einen Low-Power-Laserstrahl auf den Wafer, sam.......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
76,2 x 127 mm EFL 90° Geschütztes Gold 100Å Off-Axis-Parabolspiegel	Edmund optics	35-535
MicroTrak 3 LTS 120-20	MTI Instruments
Ultraschnelle dielektrische Hochleistungsspiegel für 800 nm	Thorlabs