Name: Consegna automatizzata di bersagli microfabbricati per intensi esperimenti di irradiazione laser (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-01-28T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 40 s
Description: Scopri la consegna automatizzata di bersagli microfabbricati per esperimenti di irradiazione laser ad alta intensità. Questo metodo migliora l'efficienza della raccolta dati con frequenza di 0,2 Hz.

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Questo lavoro è stato supportato dalla Israel Science Foundation, dalla sovvenzione n. 1135/15 e dallo Zuckerman STEM Leadership Program, Israele, che sono grati. Riconosciamo anche il sostegno della Fondazione Pazy, della sovvenzione israeliana #27707241 e della sovvenzione NSF-BSF n. 01025495. Gli autori vorrebbero gentilmente riconoscere il Tel Aviv University Center for Nanoscience and Nanotechnolog

1. Fabbricazione target
NOTA: La figura 2 e la figura 3 illustrano il processo di fabbricazione di fogli d'oro indipendenti.
<ol><li>Lato posteriore<ol>
<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>Spin-coat il wafer con uno strato fotoresist AZ1518 seguendo i passaggi descritti nella tabella 2.</li>
		<li>Cuocere il wafer a 100 °C per 1 minuto, quindi lasciarlo raffreddare.</li>
		<li>Fotolitografo 1.000 μm x 1.000 μm aperture quadrate sotto vuoto, esponendo il wafer in 1 ciclo da 4 a 7 secondi a una lampada UV da 400 nm. Il wafer è esposto ad una fluenza complessiva di 40 J/cm2. Usa uno sviluppatore AZ726K per esporre il nitruro di silicio e un bagno di acqua disidratata per fermare il processo.</li>
		<li>Utilizzare Ion Etcher reattivo (RIE) per rimuovere il nitruro di silicio nella posizione dei quadrati.</li>
		<li>Utilizzare un bagno N-metil-2-pirrolidone (NMP) per 20 minuti per rimuovere la resistenza residua e il fotoresist, producendo una replica della maschera sullo strato di nitruro di silicio. Lavare il wafer sotto acqua dolce e asciugare con azoto.</li>
		<li>Affondare il wafer in una soluzione di idrossido di potassio del 30%, 90 °C, per incidere il silicio attraverso le aperture quadrate. Affondare il wafer per 40 minuti per ogni 50 μm di silicio che deve essere inciso. Poiché la velocità di incisione nel piano <100> è molto più alta che in altri, l'idrossido di potassio raggiunge lo strato inferiore di nitruro di silicio attraverso la massa di silicio prima di incidere qualsiasi profondità significativa nella maschera di nitruro di silicio.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Lato anteriore<ol>
<li>Per il lato anteriore, ripetere i passaggi da 1.1.1 a 1.1.6 con una maschera a forma di tre anelli concentrici.</li>
		<li>Utilizzare RIE per rimuovere il nitruro di silicio in cui si trovano gli anelli, seguito da un bagno NMP per rimuovere gli avanzi di resistenza e fotoresist.</li>
		<li>Infine, per irrourare gli anelli di silicio, affondare il wafer in acido nitrico e in una soluzione di nitrato d'argento da 0,02 M e fluoruro di idrogeno da 4 M.</li>
		<li>Sul lato inciso del wafer, utilizzare una macchina fisica per la deposizione di vapore (PVD)18 per sputter uno strato di poche centinaia di nanometri d'oro sopra un film sottile di ~ 10 nm di titanio adesivo, nichel o cromo. Lo strato d'oro sputtered diventerà il bersaglio della membrana indipendente.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Allineamento
NOTA: la figura 4 mostra l'impostazione dell'irradiazione bersaglio.
<ol><li>Porta in vista un primo bersaglio scelto arbitrariamente al microscopio da ingrandimento 100x.</li>
	<li>Puntare un sensore di triangolazione (ad esempio, MTI/MicroTrak 3 LTS 120-20)19 all'anello ruvido più vicino al bersaglio e registrare la sua lettura di spostamento. NOTA: Il modello di sensore di gamma utilizzato non è destinato ad applicazioni ad alto vuoto. Diversi modelli, come l'MTI-2100 dello stesso fornitore, sono compatibili con applicazioni a basso degassamento.</li>
	<li>Mentre si lascia il microscopio in posizione, spostare il wafer lontano a una distanza nota per liberare il percorso del fascio.</li>
	<li>Utilizzando due specchi pieghevoli e lo specchio parabolico off-axis (OAP), allineare il fascio a bassa potenza nel campo visivo del microscopio.</li>
	<li>Regola questi tre specchi per correggere gli astigmatismo nella trave. Il risultato dovrebbe essere un punto focale quasi limitato dalla diffrazione.</li>
	<li>Blocca il raggio laser e riporta il bersaglio al centro del microscopio. Convalidare la sua posizione utilizzando il microscopio e la lettura del sensore di gamma.</li>
	<li>Spostare il microscopio in una posizione in cui sarà tenuto al sicuro dalla luce laser e dai detriti.</li>
</ol>3. Sequenza di irradiazione e posizionamento automatico del bersaglio
<ol><li>Implementare un feedback a circuito chiuso tra il manipolatore dell'asse focale del bersaglio e la lettura del sensore di spostamento utilizzando il software. Utilizzare il valore registrato del passaggio 2.2 del protocollo come setpoint. La sequenza di controlliPID 20 principale, preparata con LabView, è illustrata nella figura 5.</li>
	<li>Una volta che il posizionamento a circuito chiuso ha raggiunto la distanza di tolleranza desiderata dal setpoint, irradiare il bersaglio con un singolo impulso laser ad alta potenza.</li>
	<li>Traduci l'IP usando l'avanzamento meccanico in una nuova posizione.</li>
	<li>Ripetere la sequenza di irradiazione con il bersaglio successivo messo a fuoco dal software.</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>
<li>Mančić, A., Fuchs, J., Antici, P., Gaillard, S. A., Audebert, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Absolute+calibration+of+photostimulable+image+plate+detectors+used+as+high-energy+proton+detectors%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">Absolute calibration of photostimulable image plate detectors used as high-energy proton detectors.</a> Review of Scientific Instruments. 79, 73301(2008).</li>
<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: 
 <a target="_blank" href="http://www.mtiinstruments.com/products/lasertriangulation.aspx">http://www.mtiinstruments.com/products/lasertriangulation.aspx</a> (2020).</li>
<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>
<li>Roth, M., Schollmeier, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ion+Acceleration%3A+TNSA%5BTitle%5D)+AND+%22Laser-Plasma+Interactions+and+Applications%22%5BJournal%5D)">Ion Acceleration: TNSA.</a> Laser-Plasma Interactions and Applications. , 303-350 (2013).</li>
<li>Zaffino, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Efficient+proton+acceleration+from+a+3+TW+table-top+laser+interacting+with+submicrometric+mass-produced+solid+targets%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physics+Communications%22%5BJournal%5D)">Efficient proton acceleration from a 3 TW table-top laser interacting with submicrometric mass-produced solid targets.</a> Journal of Physics Communications. 2 (4), 41001(2018).</li>
<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>

Gli autori non hanno interessi finanziari concorrenti.

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...

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'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 protoni2,la radiografiaprotonica 3,la radioterapiaionica 4e 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 micrometrica all'interno della messa a fuoco del laser ad alta velocità. Per rispondere a questa sfida sono state sviluppate poche tecnologie di consegna target. I più comuni sono i sistemi di destinazione basati su nastri spessi su scala micrometrica. Questi bersagli sono semplici da reintegrare e possono essere facilmente posizionati all'interno del fuoco del laser. Il bersaglio a nastro è stato realizzato utilizzando nastri VHS6,copper7,Mylar e Kapton8. Il sistema di unità nastro è in genere costituito da due bobine motorizzate per l'avvolgimento e lo srotolamento e due perni verticali posizionati tra di loro per mantenere il nastro inposizione 9. La precisione nel posizionamento della superficie del nastro è in genere inferiore alla gamma Rayleigh del fascio di messa a fuoco. Un altro tipo di bersaglio laser ricostituibile sono i fogliliquidi 10. Questi obiettivi vengono consegnati rapidamente nella regione di interazione e introducono una quantità molto bassa di detriti. Questo sistema comprende una pompa per siringhe ad alta pressione fornita continuamente con liquido da un serbatoio. Recentemente, nuovi getti criogenici di idrogeno11 sono stati stabiliti come mezzi per fornire bersagli ultrathin, a bassa debris e ricostituibili.
Lo svantaggio principale di tutti questi sistemi target rimintegrabili è la scelta limitata di materiali e geometrie target, che sono dettati da requisiti meccanici come resistenza, viscosità e temperatura di fusione.
Qui viene descritto un sistema in grado di portare bersagli micromacchinato al centro di un laser ad alta intensità ad una velocità di 0,2 Hz. La micromacchinizzazione offre un'ampia scelta di materiali target in geometrie versatili12. Il posizionamento del bersaglio viene eseguito da un feedback a circuito chiuso tra un sensore di spostamento commerciale e un manipolatore motorizzato.
Il sistema di erogazione del bersaglio è stato testato utilizzando un sistema laser a contrasto elevato da 20 TW che fornisce impulsi laser lunghi 25 fs con 500 mJ sul bersaglio. Una revisione dell'architettura del sistema laser è fornita in Porat etal. Questo documento presenta un metodo dettagliato per la realizzazione e l'utilizzo di questo tipo di sistema e mostra i risultati rappresentativi dell'accelerazione degli ioni laser da bersagli in lamina d'oro ultrathin.
Lo spettrometro ionico Thomson Parabola (TPIS)15,16 mostrato nella figura 1 è stato utilizzato per registrare gli spettri energetici degli ioni emessi. In un TPIS, gli ioni accelerati passano attraverso campi elettrici e magnetici paralleli, il che li posiziona su traiettorie paraboliche nel piano focale. La curvatura parabolica dipende dal rapporto carica-massa dello ione, e la posizione lungo la traiettoria è impostata dall'energia dello ione.
Una piastra di imaging BAS-TR (IP)17 posizionata sul piano focale del TPIS registra gli ioni imping. L'IP è collegato a un feedthrough meccanico per consentire la traduzione in una nuova area prima di ogni scatto.

<table><tbody><tr><td>76,2 x 127 mm EFL 90&deg; Oro Protetto 100&Aring; Specchio parabolico fuori asse</td><td>ottica Edmund</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>Specchi dielettrici ultraveloci ad alta potenza per</td><td>Thorlabs</td><td></td><td></td> da 800 nm</tr></tbody></table>

consegna automatizzata di bersagli microfabbricati per intensi esperimenti di irradiazione laser

Automated Delivery of Microfabricated Targets for Intense Laser Irradiation Experiments

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.

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 normalizzatadi 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...

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.

Consegna automatizzata di bersagli microfabbricati per intensi esperimenti di irradiazione laser

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

Intensi esperimenti di radiazione laser di bersagli su scala submicrometrica vengono attualmente eseguiti a velocità di tiro lente. Il nostro protocollo ha risolto questa sfida ponendo rapidamente questi obiettivi al centro del laser in modo automatizzato. Il nostro sistema target consente la raccolta di dati che incorporano un gran numero di colpi laser con parametri bersaglio modificati in piccoli incrementi, nonché applicazioni che beneficiano di un'elevata dose complessiva di radiazioni.La dimostrazione visiva di questo protocollo mostrerà le sottigliezze del processo di fabbricazione dei wafer e dell'allineamento della destinazione. A dimostrare il processo di fabbricazione del bersaglio sono l'ingegnere di processo Nirit Porecki Shamay e Nofar Livni. Per fabbricare il retro, utilizzare un wafer di silicio ad alta sollecitazione dello spessore di 250 micrometri di 100 millimetri di diametro in una formazione di cristallo uno zero zero rivestita su entrambi i lati con nitruro di silicio.Pulire il wafer con acetone e con isopropanolo. Quindi girare il wafer con HMDS resiste a formare uno strato adesivo. Gira il wafer con un fotoresist positivo AZ 1518.Cuocere il wafer a 100 gradi Celsius per un minuto. Fotolitografo 1.000 per 1.000 micrometri aperture quadrate sotto vuoto, esponendo il wafer in un ciclo da quattro a sette secondi a una lampada UV da 400 nanometri in modo che il wafer sia esposto a una fluenza complessiva di 40 joule per centimetro al quadrato. Quindi utilizzare uno sviluppatore AZ 726 per esporre il nitruro di silicio e un bagno di acqua disidratata per fermare il processo.Utilizzare uno ione reattivo etcher per rimuovere il nitruro di silicio nella posizione dei quadrati. Posizionare il wafer in un bagno NMP per 20 minuti per rimuovere la resistenza residua e il fotoresist, producendo una replica della maschera sullo strato di nitruro di silicio. Quindi lavarlo sotto l'acqua dolce e lasciarlo asciugare.Affondare il wafer in una soluzione di idrossido di potassio di 30%90 gradi Celsius per incidere il silicio attraverso le aperture quadrate. Per fabbricare il lato anteriore, ripetere la procedura descritta in precedenza con una maschera a forma di tre anelli concentrici. Utilizzare lo ione reattivo etcher per rimuovere il nitruro di silicio in cui si trovano gli anelli, seguito da un bagno NMP per rimuovere gli avanzi di resistenza e fotoresist.Irrostire gli anelli di silicio affondando il wafer in acido nitrico e in una soluzione di 0,02 nitrato d'argento molare e quattro fluoruro di idrogeno molare. Sul lato inciso del wafer, utilizzare una macchina fisica per la deposizione di vapore per sputter uno strato di poche centinaia di nanometri d'oro sopra un film di 10 nanometri di titanio adesivo, nichel o cromo. Blocca il fascio e porta il primo bersaglio in vista sotto un microscopio ad alto ingrandimento.Puntare un sensore di triangolazione che va all'anello sgrossato più vicino al bersaglio e registrarne la lettura di spostamento. Lasciando il microscopio in posizione, allontanare il wafer per liberare il percorso del fascio. Utilizzare i due specchi pieghevoli e lo specchio parabolico fuori asse per allineare il fascio a bassa potenza nel campo visivo del microscopio.Regola questi tre specchi per correggere gli astigmatismo nella trave. Il risultato dovrebbe essere un punto focale limitato quasi diffrazione. Blocca il raggio laser e riporta il bersaglio al centro del microscopio.Quindi convalidare la sua posizione utilizzando il microscopio e la lettura dei sensori di gamma. Utilizzare il software per implementare un feedback a ciclo chiuso tra il manipolatore dell'asse focale della destinazione e la lettura del sensore di spostamento utilizzando il valore di spostamento registrato in precedenza come setpoint. Una volta che il posizionamento a circuito chiuso ha raggiunto la distanza di tolleranza desiderata dal setpoint, irradiare il bersaglio con un singolo impulso laser ad alta potenza.Registra i dati dalla diagnostica delle particelle e ripeti il processo con l'obiettivo successivo messo a fuoco dal software. Questo sistema di consegna target è stato utilizzato per accelerare gli ioni dal retro di fogli d'oro spessi 600 nanometri. Qui viene mostrata una serie temporale dello spostamento bersaglio lungo l'asse focale.I valori sono relativi al setpoint della posizione focale. I punti verdi indicano quando lo spostamento del bersaglio era all'interno di un valore di tolleranza di un micrometro dal setpoint, che è quando è stato scattato un colpo laser. Tracce dello spettrometro ionica Thomson parabola sono state ottenute da 14 irradiazioni consecutive di bersagli di fogli d'oro spessi 600 nanometri.Gli spettro energetici sono stati derivati da queste tracce. La stabilità da picco a picco dell'energia massima protonica è stata entro il 10%A seguito di questa procedura, le indagini sull'accelerazione ioniche ed elettrone dalla generazione di neuroni di fogli solidi possono essere eseguite in modo sistematico.

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