Consegna automatizzata di bersagli microfabbricati per intensi esperimenti di irradiazione laser

Sommario

Viene presentato un protocollo per l'irradiazione automatizzata di fogli d'oro sottili con impulsi laser ad alta intensità. Il protocollo include una descrizione dettagliata del processo di fabbricazione del bersaglio di microlavorazione e una guida dettagliata su come gli obiettivi vengono portati al fuoco del laser a una velocità di 0,2 Hz.

Abstract

Descritta è una procedura sperimentale che consente l'irradiazione laser ad alta potenza di bersagli microfabbricati. I bersagli vengono portati a fuoco al laser da un circuito di feedback chiuso che opera tra il manipolatore di destinazione e un sensore di gamma. Il processo di fabbricazione del bersaglio è spiegato in dettaglio. Vengono forniti risultati rappresentativi dei fasci di protoni a livello MeV generati dall'irradiazione di fogli d'oro spessi 600 nm ad una velocità di 0,2 Hz. Il metodo viene confrontato con altri sistemi bersaglio ricostituibili e vengono discusse le prospettive di aumentare le velocità di tiro a oltre 10 Hz.

Introduzione

L'irradiazione laser ad alta intensità di bersagli solidi genera molteplici forme di radiazione. Uno di questi è l'emissione di ioni energetici con energie al livello mega elettronvolt (MeV)¹. Una sorgente compatta di ioni MeV ha un potenziale per molte applicazioni, come l'accensione rapida dei protoni^2,la radiografia^{protonica 3,}la radioterapia^{ionica 4}e la generazione di neutroni⁵.

Una sfida importante nel rendere pratica l'accelerazione degli ioni laser è la capacità di posizionare con precisione i bersagli su scala micr....

Protocollo

1. Fabbricazione target

NOTA: La figura 2 e la figura 3 illustrano il processo di fabbricazione di fogli d'oro indipendenti.

1. Lato posteriore
   1. Utilizzare un wafer di silicio ad alta sollecitazione dello spessore di 250 μm, di 100 mm di diametro, in una formazione cristallina <100>, rivestita su entrambi i lati con nitruro di silicio.
   2. Pulire il wafer con acetone seguito da isopropanolo e asciugare con azoto.  Quindi ruotare uno strato di HMDS per formare uno strato adesivo seguendo i passaggi descritti nella tabella 1.
   3. Spin-coat....

Risultati

Questo sistema di consegna target è stato utilizzato per accelerare gli ioni dal lato posteriore di fogli d'oro spessi 600 nm. Quando irradiati con un'intensità laser normalizzata_{di 0} = 5,6, questi ioni sono stati accelerati dal meccanismo di accelerazione della toere normale bersaglio (TNSA)²¹. In TNSA, la luce a bassa intensità che precedeva l'impulso laser principale ionizzava la superficie anteriore del foglio bersaglio. La forza ponderomotiva esercitata dall'impulso laser principal.......

Discussione

Con alcune variazioni, il processo di fabbricazione target descritto in questo protocollo è comune (ad esempio, Zaffino et al.²³). Qui, un passo unico che è fondamentale per il funzionamento del posizionamento automatico è l'aggiunta di sgrossatura su scala nanometrica in aree a forma di anello sul retro del wafer (passo 1.2.3). Lo scopo di questo passaggio è quello di aumentare la dispersione diffusa dell'incidente luminoso sul wafer in quelle aree. Il sensore di gamma brilla un raggio laser a ba.......

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
76,2 x 127 mm EFL 90° Oro Protetto 100Å Specchio parabolico fuori asse	ottica Edmund	35-535
MicroTrak 3 LTS 120-20	MTI Instruments
Specchi dielettrici ultraveloci ad alta potenza per	Thorlabs

da 800 nm