高強度レーザーパルスを用いた薄い金箔の自動照射プロトコルを提示します。このプロトコルには、マイクロマシニングターゲット製造プロセスのステップバイステップの説明と、ターゲットが0.2Hzの速度でレーザーの焦点に持ち込まれる方法についての詳細なガイドが含まれています。
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サマリー
要約
上述は、微細加工対象物の高出力レーザー照射を可能にする実験手順である。ターゲットは、ターゲットマニピュレータと測距センサーの間で動作する閉じたフィードバックループによってレーザーフォーカスに持ち込まれます。ターゲット製造プロセスについて詳しく説明します。0.2Hzの速度で600 nm厚い金箔を照射して生成したMeVレベルの陽子線の代表的な結果が与えられる。この方法は他の補充可能なターゲットシステムと比較され、ショットレートを10Hz以上に引き上げる見通しについて議論される。
概要
固体標的の高強度レーザー照射は、複数の形態の放射線を発生させる。その一つがメガ電子ボルト(MeV)レベル1でエネルギーを持つエネルギーを持つイオンの放出である。MeVイオンのコンパクトな供給源は、プロトン高速点火2、陽子線X線撮影3、イオン放射線療法4、中性子発生5など多くの用途に可能性を秘めています。
レーザーイオン加速を実用化する上での大きな課題は、マイクロメータスケールのターゲットをレーザーの焦点内で正確に高いレートで配置できることです。この課題に対応するために開発されたターゲット配信技術はほとんどありませんでした。最も一般的なのは、マイクロメータースケールの厚いテープに基づくターゲットシステムです。これらのターゲットは補充が簡単で、レーザーの焦点内に容易に配置することができます。テープターゲットは、VHS6、銅7、マイラー、カプトン8 テープを使用して作られています。テープドライブシステムは、通常、巻き取りと巻き戻し用の2つの電動スプールと、テープを9位置....
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プロトコル
1. ターゲット製造
注: 図 2 と図 3 は、独立した金箔の製造プロセスを示しています。
- 裏側
- 厚さ250μm、直径100mm、高ストレスシリコンウエハーを<100>結晶形成に使用し、両面に窒化ケイ素でコーティングします。
- アセトンに続いてイソプロパノールを使用してウエハーを洗浄し、窒素で乾燥させます。 次に、HMDSの層をスピンコートし、 表1に概説したステップに従って接着層を形成する。
- 表2に概説したステップに従って、AZ1518フォトレジスト層でウエハーをスピンコートする。
- ウエハースを100°Cで1分間焼き、冷まします。
- フォトリトグラフ 1,000 μm x 1,000 μm の正方形の開口部を真空下で、ウエハーを4~7秒の1サイクルで露出させ、400 nmのUVランプにします。ウエハーは、40 J/cm2の全体的なフルーションにさらされています。AZ726K開発者を使用して窒化ケイ素を露出させ、脱水水浴を使用してプロセスを停止します。
- 反応性イオンエッチャー(RIE)を使用して、四角の位置にある窒化ケイ素を除去....
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結果
このターゲット送達システムは、600nm厚金箔の裏側からイオンを加速するために採用された。0=5.6の正規化されたレーザー強度を照射した場合、これらのイオンは、ターゲットの正常シース加速(TNSA)機構21によって加速された。TNSAでは、主レーザーパルスに先行する低強度光が標的箔の前面をイオン化した。主なレーザーパルスによって発揮されるポンデボ感力は、バルク物質を通して熱い電子を駆動しました。これらの電子22によって誘導される裏面の電荷分離は、標的-常方向のイオン汚染物質を加速する極端な静電勾配を作り出した。
焦点軸に沿った目標変位の時系列を 図6に示します。値は、焦点位置の設定点に対して相対的です。緑色の点は、目標変位が設定点から 1 μm の許容値内にあった時点を示します。これはレーザーショットが撮影されたときです。
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ディスカッション
いくつかのバリエーションでは、このプロトコルで説明されているターゲット製造プロセスが一般的である(例えば、Zaffinoら23)。ここで、自動測位の動作に重要な一つのユニークなステップは、ウエハの背面にリング状の領域にナノメートルスケールの粗化を加える(ステップ1.2.3)。この工程の目的は、それらの領域におけるウエハ上の光の拡散散乱を増加させることである。測距センサーは、ウエハーに低出力のレーザー光を照射し、散乱光を収集し、三角測量によって変位を決定します。
上記のデータは、5秒あたり1ショットのレートで取得され、レート制限要因はIPの翻訳時間です。ここに示されているのは、ショットデューティサイクルを増加させる簡単で安価なオンライン読み出し方法の予備的な結果です。オンライン読み出しは、伝統的にマイクロチャネルプレート24またはプラスチックシンチレータ25、26のいずれか.......
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開示事項
著者は競合する財政的利益を持っていません。
謝辞
この研究は、イスラエル科学財団、助成金1135/15、そしてイスラエルのザッカーマンSTEMリーダーシッププログラムによって支援されています。我々はまた、パジー財団、イスラエル交付金#27707241、およびNSF-BSF助成金No.01025495の支援を認める。著者らは、テルアビブ大学ナノサイエンス・ナノテクノログセンターを親切に認めたいと思います。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 76.2 x 127mm EFL 90°保護されたゴールド100Åオフアクシスパラボラミラー | エドモンド光学系 | 35-535 | |
| MicroTrak 3 LTS 120-20 | MTI Instruments | ||
| Thorlabs | 用超高速高出力誘電体ミラー |
参考文献
- Snavely, R. A., et al. Intense High-Energy Proton Beams from Petawatt-Laser Irradiation of Solids. Physical Review Letters. 85, 4945(2000).
- Tosaki, S., et al. Evaluation of laser-driven ion energies for fu....
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再版と許可
訂正
Formal Correction: Erratum: Automated Delivery of Microfabricated Targets for Intense Laser Irradiation Experiments
Posted by JoVE Editors on 4/16/2021. Citeable Link.
An erratum was issued for: Automated Delivery of Microfabricated Targets for Intense Laser Irradiation Experiments. 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
