Name: Livraison automatisée de cibles microfabriquées pour des expériences intenses d’irradiation laser (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-01-28T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 40 s
Description: Découvrez la livraison automatisée de cibles microfabriquées pour l'irradiation laser intense. Ce protocole permet un alignement à 0,2 Hz et améliore l'efficacité des expériences de physique des plasmas.

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Ce travail a été soutenu par la Fondation scientifique d’Israël, la subvention n ° 1135/15 et par le Zuckerman STEM Leadership Program, Israël, qui sont reconnaissants. Nous reconnaissons également le soutien de la Fondation Pazy, de l'#27707241 et de la subvention n° 01025495 du FNS-BSF. Les auteurs aimeraient bien reconnaître le Centre universitaire de nanosciences et de nanotechnologies de Tel Aviv

1. Fabrication cible
REMARQUE : La figure 2 et la figure 3 illustrent le processus de fabrication des feuilles d’or autoportantes.
<ol><li>Côté arrière<ol>
<li>Utilisez une gaufrette de silicium de 250 μm d’épaisseur, de 100 mm de diamètre et à stress élevé dans une formation de cristal de 100 μm, recouverte des deux côtés de nitride de silicium.</li>
		<li>Nettoyer la gaufrette à l’aide d’acétone suivie d’isopropanol et sécher avec de l’azote.  Ensuite, faites tourner une couche de SMHM pour former une couche adhésive en suivant les étapes décrites dans le tableau 1.</li>
		<li>Enduire la gaufrette d’une couche photorésiste AZ1518 en suivant les étapes décrites dans le tableau 2.</li>
		<li>Cuire la gaufrette à 100 °C pendant 1 min, puis laisser refroidir.</li>
		<li>Photolithographie 1000 μm x 1000 ouvertures carrées de μm sous vide, exposant la gaufrette en 1 cycle de 4 à 7 secondes à une lampe UV de 400 nm. La gaufrette est exposée à une fluence globale de 40 J/cm2. Utilisez un développeur AZ726K pour exposer le nitride de silicium, et un bain d’eau déshydratée pour arrêter le processus.</li>
		<li>Utilisez Reactive Ion Etcher (RIE) pour enlever le nitride de silicium à l’emplacement des carrés.</li>
		<li>Utilisez un bain N-méthyl-2-pyrrolidone (NMP) pendant 20 min pour enlever la résistance résiduelle et photorésistante, produisant une réplique du masque sur la couche de nitride de silicium. Laver la gaufrette sous l’eau douce et sécher avec de l’azote.</li>
		<li>Enfoncez la gaufrette dans une solution hydroxyde de potassium à 30%, 90 °C, pour graver le silicium à travers les ouvertures carrées. Couler la gaufrette pendant 40 min pour chaque 50 μm de silicium qui doit être gravé. Parce que le taux d’échoir dans le <100> plan est beaucoup plus élevé que dans d’autres, l’hydroxyde de potassium atteint la couche inférieure de nitride de silicium à travers le silicium en vrac avant de graver toute profondeur significative dans le masque de nitride de silicium.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Côté avant<ol>
<li>Pour le côté avant, répétez les étapes 1.1.1-1.1.6 avec un masque en forme de trois anneaux concentriques.</li>
		<li>Utilisez RIE pour enlever le nitride de silicium où se trouvent les anneaux, suivi d’un bain NMP pour enlever les restes résistants et photorésistants.</li>
		<li>Enfin, pour rugueuser les anneaux de silicium, couler la gaufrette dans de l’acide nitrique et dans une solution de nitrate d’argent de 0,02 M et de fluorure d’hydrogène de 4 M.</li>
		<li>Sur le côté gravé de la gaufrette, utilisez une machine de dépôt de vapeur physique (PVD)18 pour pulvériser une couche de quelques centaines de nanomètres d’or au-dessus d’un film mince d’environ 10 nm de titane adhésif, nickel ou chrome. La couche d’or pulvérisée deviendra la cible de membrane autonome.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Alignement
REMARQUE : La figure 4 montre la configuration de l’irradiation cible.
<ol><li>Mettre en vue une première cible choisie arbitrairement sous un microscope grossissant 100x.</li>
	<li>Pointer un capteur de triangulation (p. ex., MTI/MicroTrak 3 LTS 120-20)19 à l’anneau rugueux le plus proche de la cible, et enregistrer sa lecture de déplacement. REMARQUE : Le modèle de capteur de portée utilisé n’est pas destiné aux applications à vide élevé. Différents modèles, comme le MTI-2100 du même fournisseur, sont compatibles avec des applications à faible dégazage.</li>
	<li>Tout en laissant le microscope en place, déplacez la plaquette loin d’une distance connue pour dégager le chemin de faisceau.</li>
	<li>À l’aide de deux miroirs pliants et du miroir parabolique hors axe (OAP), alignez le faisceau à faible puissance dans le champ de vision du microscope.</li>
	<li>Ajustez ces trois miroirs pour corriger les astigmatismes dans le faisceau. Le résultat devrait être une tache focale presque diffraction-limitée.</li>
	<li>Bloquez le faisceau laser et ramenez la cible au centre du microscope. Validez sa position à l’aide du microscope et de la lecture du capteur de portée.</li>
	<li>Déplacez le microscope vers une position dans laquelle il sera gardé à l’abri de la lumière laser et des débris.</li>
</ol>3. Séquence d’irradiation et positionnement automatisé des cibles
<ol><li>Implémenter une rétroaction en boucle fermée entre le manipulateur de l’axe focal de la cible et la lecture du capteur de déplacement à l’aide d’un logiciel. Utilisez la valeur enregistrée de l’étape 2.2 du protocole comme point de défini. La séquence de commandeprincipale de PID 20, préparée avec LabView, est indiquée dans la figure 5.</li>
	<li>Une fois que le positionnement en boucle fermée a atteint la distance de tolérance souhaitée par rapport au point défini, irradier la cible avec une seule impulsion laser de haute puissance.</li>
	<li>Traduire l’IP à l’aide de la procédure d’alimentation mécanique à une nouvelle position.</li>
	<li>Répétez la séquence d’irradiation avec la cible suivante mise au point par le logiciel.</li>
</ol>

<ol><li>Snavely, R. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intense+High-Energy+Proton+Beams+from+Petawatt-Laser+Irradiation+of+Solids%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Intense High-Energy Proton Beams from Petawatt-Laser Irradiation of Solids.</a> Physical Review Letters. 85, 4945(2000).</li>
<li>Tosaki, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+laser-driven+ion+energies+for+fusion+fast-ignition+research%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+of+Theoretical+and+Experimental+Physics%22%5BJournal%5D)">Evaluation of laser-driven ion energies for fusion fast-ignition research.</a> Progress of Theoretical and Experimental Physics. 2017 (10), 103(2017).</li>
<li>Borghesi, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Proton+imaging%3A+a+diagnostic+for+inertial+confinement+fusion%2Ffast+ignitor+studies+Related+content+Inertial+confinement+fusion+and+fast+ignitor+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Plasma+Physics+and+Controlled+Fusion%22%5BJournal%5D)">Proton imaging: a diagnostic for inertial confinement fusion/fast ignitor studies Related content Inertial confinement fusion and fast ignitor studies.</a> Plasma Physics and Controlled Fusion. 43, 12(2001).</li>
<li>Malka, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Practicability+of+proton+therapy+using+compact+laser+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+Physics%22%5BJournal%5D)">Practicability of proton therapy using compact laser systems.</a> Medical Physics. 31 (6), 1587-1592 (2004).</li>
<li>Roth, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Laser-Driven+Neutron+Source+Based+on+the+Relativistic+Transparency+of+Solids%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Laser-Driven Neutron Source Based on the Relativistic Transparency of Solids.</a> Physical Review Letters. 110, 044802(2013).</li>
<li>Noaman-Ul-Haq, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Statistical+analysis+of+laser+driven+protons+using+a+high-repetition-rate+tape+drive+target+system%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Accelerators+and+Beams%22%5BJournal%5D)">Statistical analysis of laser driven protons using a high-repetition-rate tape drive target system.</a> Physical Review Accelerators and Beams. 20 (4), 41301(2017).</li>
<li>Li, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Protons+and+electrons+generated+from+a+5-%CE%BCm+thick+copper+tape+target+irradiated+by+s-%2C+circularly-%2C+and+p-polarized+55-fs+laser+pulses%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+Letters%2C+Section+A%3A+General%2C+Atomic+and+Solid+State+Physics%22%5BJournal%5D)">Protons and electrons generated from a 5-μm thick copper tape target irradiated by s-, circularly-, and p-polarized 55-fs laser pulses.</a> Physics Letters, Section A: General, Atomic and Solid State Physics. 369 (5-6), 483-487 (2007).</li>
<li>Shaw, B. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-peak-power+surface+high-harmonic+generation+at+extreme+ultra-violet+wavelengths+from+a+tape%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">High-peak-power surface high-harmonic generation at extreme ultra-violet wavelengths from a tape.</a> Journal of Applied Physics. 114 (4), 43106(2013).</li>
<li>Fill, E., Bayerl, J., Tommasini, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+tape+target+for+use+with+repetitively+pulsed+lasers%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">A novel tape target for use with repetitively pulsed lasers.</a> Review of Scientific Instruments. 73 (5), 2190-2192 (2002).</li>
<li>Morrison, J. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MeV+proton+acceleration+at+kHz+repetition+rate+from+ultra-intense+laser+liquid+interaction%5BTitle%5D)+AND+%22New+Journal+of+Physics%22%5BJournal%5D)">MeV proton acceleration at kHz repetition rate from ultra-intense laser liquid interaction.</a> New Journal of Physics. 20 (2), 22001(2018).</li>
<li>Margarone, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Proton+Acceleration+Driven+by+a+Nanosecond+Laser+from+a+Cryogenic+Thin+Solid-Hydrogen+Ribbon%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+X%22%5BJournal%5D)">Proton Acceleration Driven by a Nanosecond Laser from a Cryogenic Thin Solid-Hydrogen Ribbon.</a> Physical Review X. 6, 041030(2016).</li>
<li>Prencipe, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Targets+for+high+repetition+rate+laser+facilities%3A+needs%2C+challenges+and+perspectives%5BTitle%5D)+AND+%22High+Power+Laser+Science+and+Engineering%22%5BJournal%5D)">Targets for high repetition rate laser facilities: needs, challenges and perspectives.</a> High Power Laser Science and Engineering. 5, 17(2017).</li>
<li>Porat, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Towards+direct-laser-production+of+relativistic+surface+harmonics%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+Volume+11036%2C+Relativistic+Plasma+Waves+and+Particle+Beams+as+Coherent+and+Incoherent+Radiation+Sources+III%22%5BJournal%5D)">Towards direct-laser-production of relativistic surface harmonics.</a> Proceedings Volume 11036, Relativistic Plasma Waves and Particle Beams as Coherent and Incoherent Radiation Sources III. , 110360(2019).</li>
<li>Gershuni, Y., et al. A gatling-gun target delivery system for high-intensity laser irradiation experiments. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGershuni%2C+Y+%22Nuclear+Instruments+and+Methods+in+Physics+Research%2C+Section+A%3A+Accelerators%2C+Spectrometers%2C+Detectors+and+Associated+Equipment%22">Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment</a>. 934, 58-62 (2019).</li>
<li>Jung, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+a+high+resolution+and+high+dispersion+Thomson+parabola%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">Development of a high resolution and high dispersion Thomson parabola.</a> Review of Scientific Instruments. 82 (1), 13306(2011).</li>
<li>Cobble, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-resolution+Thomson+parabola+for+ion+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">High-resolution Thomson parabola for ion analysis.</a> Review of Scientific Instruments. 82 (11), 113504(2011).</li>
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<li>Mattox, D. M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMattox%2C+DM+%22Processing.+Handbook+of+Physical+Vapor+Deposition+%28PVD%29+Processing%22">Processing. Handbook of Physical Vapor Deposition (PVD) Processing</a>. , Elsevier Inc. (2007).</li>
<li>MTI Instruments. , Available from: 
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<li>Astrom, K. J., Murray, R. M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAstrom%2C+KJ+%22Feedback+Systems%3A+An+Introduction+for+Scientists+and+Engineers%22">Feedback Systems: An Introduction for Scientists and Engineers</a>. , Princeton University Press. Ch. 10 (2006).</li>
<li>Passoni, M., Bertagna, L., Zani, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Target+normal+sheath+acceleration%3A+Theory%2C+comparison+with+experiments+and+future+perspectives%5BTitle%5D)+AND+%22New+Journal+of+Physics%22%5BJournal%5D)">Target normal sheath acceleration: Theory, comparison with experiments and future perspectives.</a> New Journal of Physics. 12, 045012(2010).</li>
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<li>Harres, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+and+calibration+of+a+Thomson+parabola+with+microchannel+plate+for+the+detection+of+laser-accelerated+MeV+ions%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">Development and calibration of a Thomson parabola with microchannel plate for the detection of laser-accelerated MeV ions.</a> Review of Scientific Instruments. 79 (9), 93306(2008).</li>
<li>Robinson, A. P. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spectral+modification+of+laser-accelerated+proton+beams+by+self-generated+magnetic+fields+Related+content+New+Journal+of+Physics+Spectral+modification+of+laser-accelerated+proton+beams+by+self-generated+magnetic+fields%5BTitle%5D)+AND+%22New+Journal+of+Physics%22%5BJournal%5D)">Spectral modification of laser-accelerated proton beams by self-generated magnetic fields Related content New Journal of Physics Spectral modification of laser-accelerated proton beams by self-generated magnetic fields.</a> New Journal of Physics. 11 (15), 83018(2009).</li>
<li>Treffert, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+implementation+of+a+Thomson+parabola+for+fluence+dependent+energy-loss+measurements+at+the+Neutralized+Drift+Compression+experiment%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">Design and implementation of a Thomson parabola for fluence dependent energy-loss measurements at the Neutralized Drift Compression experiment.</a> Review of Scientific Instruments. 89 (10), 103302(2018).</li>
<li>Pappalardo, A., Cosentino, L., Finocchiaro, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+imaging+technique+for+detection+and+absolute+calibration+of+scintillation+light%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">An imaging technique for detection and absolute calibration of scintillation light.</a> Review of Scientific Instruments. 81 (3), 33308(2010).</li>
</ol>

Les auteurs n’ont pas d’intérêts financiers concurrents.

Avec quelques variations, le processus de fabrication cible décrit dans ce protocole est commun (p. ex., Zaffino et coll.23). Ici, une étape unique qui est essentielle au fonctionnement du positionnement automatique est l’ajout d’un roughening à l’échelle nanométrique dans les zones en forme d’anneau à l’arrière de la plaquette (étape 1.2.3). Le but de cette étape est d’augmenter la diffusion diffuse de l’incident de lumière sur la plaquette dans ces zones. Le capteur de portée fait briller un fai...

An erratum was issued for:&#160;<a href="https://www.jove.com/t/61056">Automated Delivery of Microfabricated Targets for Intense Laser Irradiation Experiments</a>. The author list was updated.
The author list was updated from:
Yonatan Gershuni1,2, Michal Elkind1,2, Itamar Cohen1,2, Aviad Tsabary1,2, Deep Sarkar1,2, Ishay Pomerantz1,2 
1The School of Physics and Astronomy, Tel Aviv University, 
2Tel Aviv University Center for Light-Matter Interaction
to:
Yonatan Gershuni1,2, Michal Elkind1,2, Dolev Roitman1,2, Itamar Cohen1,2, Aviad Tsabary1,2, Deep Sarkar1,2, Ishay Pomerantz1,2 
1The School of Physics and Astronomy, Tel Aviv University, 
2Tel Aviv University Center for Light-Matter Interaction

An erratum was issued for:&#160;<a href="https://www.jove.com/t/61056">Automated Delivery of Microfabricated Targets for Intense Laser Irradiation Experiments</a>. The author list was updated.

Erratum: Automated Delivery of Microfabricated Targets for Intense Laser Irradiation Experiments

L’irradiation laser de haute intensité des cibles solides génère de multiples formes de rayonnement. L’un d’eux est l’émission d’ions énergétiques avec des énergies au niveau Mega electron-volt (MeV)1. Une source compacte d’ions MeV a un potentiel pour de nombreuses applications, telles que l’allumage rapide desprotons 2,la radiographie desprotons 3,la radiothérapie irionale4et la génération neutronique5.
Un défi majeur pour rendre l’accélération laser-ion pratique est la capacité de positionner les cibles à l’échelle du micromètre avec précision dans le foyer du laser à un taux élevé. Peu de technologies de livraison cibles ont été mises au point pour relever ce défi. Les plus courants sont les systèmes cibles basés sur des bandes épaisses à l’échelle du micromètre. Ces cibles sont simples à reconstituer et peuvent être facilement positionnées dans le foyer du laser. La cible de bande a été faite utilisant VHS6,cuivre7,Mylar, et Kapton8 bandes. Le système d’entraînement sur bande se compose généralement de deux bobines motorisées pour l’enrouement et le déroulement et de deux broches verticales placées entre elles pour maintenir le ruban en position9. La précision dans le positionnement de la surface du ruban est généralement inférieure à la portée Rayleigh du faisceau de focalisation. Un autre type de cible laser réapprovisionnable est les feuilles liquides10. Ces cibles sont livrées rapidement à la région d’interaction et introduisent une très faible quantité de débris. Ce système comprend une pompe à seringues haute pression fournie en permanence avec du liquide provenant d’un réservoir. Récemment, de nouveaux jets d’hydrogène cryogéniques11 ont été établis comme moyen de livrer des cibles ultrathin, à faible débris et réapprovisionnables.
Le principal inconvénient de tous ces systèmes cibles réapprovisionnables est le choix limité des matériaux cibles et des géométries, qui sont dictés par des exigences mécaniques telles que la force, la viscosité et la température de fusion.
Ici, un système capable d’amener des cibles micromachinées au centre d’un laser de haute intensité à un taux de 0,2 Hz est décrit. Micromachining offre un large choix de matériaux cibles dans des géométries polyvalentes12. Le positionnement de la cible est effectué par une rétroaction en boucle fermée entre un capteur de déplacement commercial et un manipulateur motorisé.
Le système de livraison cible a été testé à l’aide d’un système laser à contraste élevé de 20 TW qui fournit des impulsions laser de 25 fs de long avec 500 mJ sur la cible. Un examen de l’architecture du système laser est donné dans Porat et coll.13, et une description technique du système cible est donnée dans Gershuni et coll.14. Cet article présente une méthode détaillée pour la fabrication et l’utilisation de ce type de système et montre des résultats représentatifs de l’accélération laser-ion des cibles ultrathin feuille d’or.
Le spectromètre iion Thomson Parabola (TPIS)15,16 indiqué à la figure 1 a été utilisé pour enregistrer les spectres énergétiques des ions émis. Dans un TPIS, les ions accélérés passent par des champs électriques et magnétiques parallèles, ce qui les place sur des trajectoires paraboliques dans le plan focal. La courbure parabolique dépend du rapport charge-masse de l’ion, et l’emplacement le long de la trajectoire est défini par l’énergie de l’ion.
Une plaque d’imagerie BAS-TR (IP)17 placée au plan focal du TPIS enregistre les ions d’empiage. L’IP est attaché à une procédure d’alimentation mécanique pour permettre la traduction vers une zone fraîche avant chaque prise de vue.

<table><tbody><tr><td>76,2 x 127 mm EFL 90&deg ; Or Protégé 100&Aring ; Miroir parabolique hors axe</td><td>Edmund optics</td><td>35-535</td><td></td></tr><tr><td>MicroTrak 3 LTS 120-20</td><td>MTI Instruments</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Miroirs diélectriques ultrarapides haute puissance pour 800 nm</td><td>Thorlabs</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

livraison automatisée de cibles microfabriquées pour des expériences intenses d’irradiation laser

Automated Delivery of Microfabricated Targets for Intense Laser Irradiation Experiments

Décrit est une procédure expérimentale qui permet l’irradiation laser de haute puissance des cibles microfabriquées. Les cibles sont portées au point laser par une boucle de rétroaction fermée qui fonctionne entre le manipulateur cible et un capteur de portée. Le processus de fabrication cible est expliqué en détail. Des résultats représentatifs des faisceaux de protons de niveau MeV générés par l’irradiation de feuilles d’or de 600 nm d’épaisseur à un taux de 0,2 Hz sont donnés. La méthode est comparée à d’autres systèmes cibles réapprovisionnement et les perspectives d’augmenter les taux de tir à plus de 10 Hz sont discutées.

Ce système de livraison cible a été utilisé pour accélérer les ions de l’arrière des feuilles d’or de 600 nm d’épaisseur. Lorsqu’ils sont irradiés avec une intensité laser normaliséed’un 0 = 5,6, ces ions ont été accélérés par le mécanisme normal cible d’accélération de gaine (TNSA)21. Dans TNSA, la lumière de faible intensité qui a précédé l’impulsion laser principale a ionisé la surface avant de la feuille cible. La force ponderomotive exercée par l’impulsion laser principale a condui...

Un protocole est présenté pour l’irradiation automatisée des feuilles d’or minces avec des impulsions laser de haute intensité. Le protocole comprend une description étape par étape du processus de fabrication de la cible de micromachining et un guide détaillé pour la façon dont les cibles sont portées au point du laser à un taux de 0,2 Hz.

Livraison automatisée de cibles microfabriquées pour des expériences intenses d’irradiation laser

Described is an experimental procedure that enables high-power laser irradiation of microfabricated targets. Targets are brought to the laser focus by a ...

Des expériences intenses de rayonnement laser de cibles à l’échelle du sous-micromètre sont actuellement effectuées à des taux de tir lents. Notre protocole a résolu ce défi en plaçant ces cibles rapidement au centre du laser d’une manière automatisée. Notre système cible permet la collecte de données intégrant un grand nombre de tirs laser avec des paramètres cibles modifiés par petites incréments, ainsi que des applications qui bénéficient d’une forte dose globale de rayonnement.La démonstration visuelle de ce protocole montrera les subtilités du processus de fabrication des gaufrettes et de l’alignement des cibles. Nirit Porecki Shamay et Nofar Livni, ingénieur en procédés, démontrent le processus de fabrication cible. Pour fabriquer l’arrière, utilisez une plaquette de silicium à stress élevé de 250 micromètres d’épaisseur de 100 millimètres de diamètre dans une formation en cristal d’un zéro zéro enduite des deux côtés avec du nitride de silicium.Nettoyer la gaufrette avec de l’acétone et avec de l’isopropanol. Puis faire tourner la gaufrette avec HMDS résiste à former une couche adhésive. Faites tourner la gaufrette avec un photorésiste positif AZ 1518.Cuire la gaufrette à 100 degrés Celsius pendant une minute. Photolithographe 1000 par 1000 ouvertures carrées de micromètre sous vide, exposant la gaufrette dans un cycle de quatre à sept secondes à une lampe UV de 400 nanomètres de sorte que la gaufrette soit exposée à une fluence globale de 40 joules par centimètre carré. Ensuite, utilisez un développeur AZ 726 pour exposer le nitride de silicium et un bain d’eau déshydratée pour arrêter le processus.Utilisez un ion etcher réactif pour enlever le nitride de silicium à l’emplacement des carrés. Placez la gaufrette dans un bain NMP pendant 20 minutes pour enlever la résistance résiduelle et photorésistante, produisant une réplique du masque sur la couche de nitride de silicium. Lavez-le ensuite sous l’eau douce et laissez-le sécher.Enfoncez la gaufrette dans une solution hydroxyde de potassium de 30%90 degrés Celsius pour graver le silicium à travers les ouvertures carrées. Pour fabriquer le côté avant, répétez la procédure précédemment décrite avec un masque en forme de trois anneaux concentriques. Utilisez l’écher ier réactif pour enlever le nitride de silicium où se trouvent les anneaux, suivi d’un bain NMP pour enlever les restes résistants et photorésistants.Roughen les anneaux de silicium en coulant la gaufrette dans l’acide nitrique et dans une solution de nitrate d’argent molaire 0,02 et quatre fluorure d’hydrogène molaire. Sur le côté gravé de la gaufrette, utilisez une machine de dépôt de vapeur physique pour pulvériser une couche de quelques centaines de nanomètres d’or sur le dessus d’un film de 10 nanomètres de titane adhésif, nickel ou chrome. Bloquez le faisceau et ez la première cible en vue sous un microscope à grossissement élevé.Pointer un capteur de triangulation jusqu’à l’anneau rugueux le plus proche de la cible et enregistrer sa lecture de déplacement. En laissant le microscope en place, déplacez la gaufrette pour dégager le chemin du faisceau. Utilisez les deux miroirs pliants et le miroir parabolique hors axe pour aligner le faisceau à faible puissance dans le champ de vision du microscope.Ajustez ces trois miroirs pour corriger les astigmatismes dans le faisceau. Le résultat devrait être un spot focal presque diffraction limitée. Bloquez le faisceau laser et ramenez la cible au centre du microscope.Puis valider sa position à l’aide du microscope et la lecture des capteurs de gamme. Utilisez un logiciel pour implémenter une rétroaction en boucle fermée entre le manipulateur de l’axe focal de la cible et la lecture du capteur de déplacement en utilisant la valeur de déplacement précédemment enregistrée comme point de terminaison. Une fois que le positionnement en boucle fermée a atteint la distance de tolérance souhaitée par rapport au point défini, irradier la cible avec une seule impulsion laser de haute puissance.Enregistrez les données des diagnostics de particules et répétez le processus avec la cible suivante mise au point par le logiciel. Ce système de livraison cible a été utilisé pour accélérer les ions de l’arrière de 600 nanomètres d’épaisseur feuilles d’or. Une série de temps du déplacement cible le long de l’axe focal est montré ici.Les valeurs sont relatives au point de position focale. Les points verts indiquent quand le déplacement de la cible était dans une valeur de tolérance d’un micromètre du point défini, c’est-à-dire lorsqu’un tir laser a été pris. Les traces du spectromètre iion Thomson parabola ont été obtenues à partir de 14 irradiations consécutives de cibles de feuilles d’or épaisses de 600 nanomètres.Des spectres énergétiques ont été dérivés de ces traces. La stabilité de pointe à pointe de l’énergie maximale de proton était dans les 10% Suivant cette procédure, les investigations de l’accélération d’ion et d’électron de la génération de neurones solides de feuilles peuvent être exécutées d’une manière systématique.

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