Entrega automatizada de objetivos microfabricados para experimentos de irradiación láser intensa

Resumen

Se presenta un protocolo para la irradiación automatizada de láminas de oro delgadas con pulsos láser de alta intensidad. El protocolo incluye una descripción paso a paso del proceso de fabricación de objetivos de micromecanizado y una guía detallada de cómo se llevan los objetivos al enfoque del láser a una velocidad de 0,2 Hz.

Resumen

Descrito es un procedimiento experimental que permite la irradiación láser de alta potencia de objetivos microfabricados. Los objetivos son llevados al enfoque láser mediante un bucle de retroalimentación cerrado que opera entre el manipulador de destino y un sensor de rango. El proceso de fabricación de destino se explica en detalle. Se dan resultados representativos de haces de protones a nivel MeV generados por irradiación de láminas de oro de 600 nm de espesor a una velocidad de 0,2 Hz. El método se compara con otros sistemas de objetivos reabastecidos y se discuten las perspectivas de aumentar las tasas de disparos por encima de 10 Hz.

Introducción

La irradiación láser de alta intensidad de objetivos sólidos genera múltiples formas de radiación. Uno de ellos es la emisión de iones energéticos con energías en el nivel¹de Mega electron-volt (MeV). Una fuente compacta de iones MeV tiene potencial para muchas aplicaciones, tales como protones de encendido rápido^2,radiografía de protones^3,radioterapia iónica⁴y generación de neutrones^5.

Un desafío importante para hacer que la aceleración de iones láser sea práctica es la capacidad de posicionar objetivos a escala de micróm....

Protocolo

1. Fabricación de objetivos

NOTA: La Figura 2 y la Figura 3 ilustran el proceso de fabricación de láminas de oro independientes.

1. Reverso
   1. Utilice una oblea de silicio de alta tensión de 250 mm de espesor y 100 mm de diámetro en una formación de cristal <100>, recubierta en ambos lados con nitruro de silicio.
   2. Limpie la oblea con acetona seguida de isopropanol y seque con nitrógeno.  A continuación, gire la capa de una capa de HMDS para formar una capa adhesiva siguiendo los pasos descritos en la Tabla 1.
   3. Gire la oblea con una c....

Resultados

Este sistema de entrega objetivo se empleó para acelerar los iones desde la parte posterior de las láminas de oro de 600 nm de espesor. Cuando se irradian con una intensidad láser normalizada de un₀ x 5,6, estos iones fueron acelerados por el mecanismo de aceleración de vaina normal (TNSA) objetivo²¹. En TNSA, la luz de menor intensidad que precedió al pulso láser principal ionizó la superficie frontal de la lámina objetivo. La fuerza ponderomotiva ejercida por el pulso láser principal .......

Discusión

Con algunas variaciones, el proceso de fabricación objetivo descrito en este protocolo es común (por ejemplo, Zaffino et al.²³). Aquí, un paso único que es crítico para el funcionamiento del posicionamiento automático es la adición de rugoso a escala de nanómetros en áreas en forma de anillo en la parte posterior de la oblea (paso 1.2.3). El propósito de este paso es aumentar la dispersión difusa del incidente de luz en la oblea en esas áreas. El sensor de rango brilla un rayo láser de baja potenc.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
76,2 x 127 mm EFL 90 grados; Oro Protegido 100Å Espejo parabólico fuera del eje	Edmund optics	35-535
MicroTrak 3 LTS 120-20	MTI Instruments
Espejos dieléctricos ultrarrápidos de alta potencia para	Thorlabs de

800 nm