Name: Zautomatyzowane dostarczanie mikrofabrykowanych tarcz do intensywnych eksperymentów z napromieniowaniem laserowym (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-01-28T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 40 s
Description: Poznaj zautomatyzowaną metodę dostarczania mikrofabrykowanych tarcz do intensywnych eksperymentów z napromieniowaniem laserowym. Protokół umożliwia szybkie pozycjonowanie celów z częstotliwością 0,2 Hz, zwiększając efektywność zbierania danych z dużą liczbą strzałów laserowych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca została wsparta przez Izraelską Fundację Naukową, grant nr 1135/15 oraz przez Zuckerman STEM Leadership Program, Izrael, które są z wdzięcznością uznane. Dziękujemy również za wsparcie Fundacji Pazy, izraelskiego grantu #27707241 oraz grantu NSF-BSF nr 01025495. Autorzy uprzejmie dziękują Tel Aviv University Center for Nanoscience and Nanotechnolog

1. Produkcja docelowa
UWAGA: Rysunek 2 i <silna klasa="xfig">Rysunek 3 ilustruje proces produkcji wolnostojących złotych folii.
<ol>
	<li>Tylna strona
	<ol>
		<li>Użyj płytki krzemowej o grubości 250 μm i średnicy 100 mm o wysokim naprężeniu w formacji krystalicznej <100>, pokrytej z obu stron azotkiem krzemu.</li>
		<li>Oczyść wafel za pomocą acetonu, a następnie izopropanolu i osusz azotem. Następnie odwiruj warstwę HMDS, aby utworzyć warstwę kleju, wykonując czynności opisane w Tabeli 1.</li>
		<li>Pokryj płytkę warstwą fotorezystu AZ1518, postępując zgodnie z krokami opisanymi w Tabeli 2.</li>
		<li>Piecz wafelek w temperaturze 100°C przez 1 minutę, a następnie pozwól mu ostygnąć.</li>
		<li>Fotolitografia Kwadratowe otwory o wymiarach 1 000 μm x 1 000 μm w próżni, naświetlane płytkę w 1 cyklu trwającym od 4 do 7 sekund lampie UV o długości 400 nm. Płytka jest poddawana działaniu całkowitej fluencji 40 J/cm2. Użyj wywoływacza AZ726K, aby odsłonić azotek krzemu i kąpieli w odwodnionej wodzie, aby zatrzymać proces.</li>
		<li>Użyj reaktywnego wytrawiacza jonowego (RIE), aby usunąć azotek krzemu w miejscu kwadratów.</li>
		<li>Użyj kąpieli N-metylo-2-pirolidon (NMP) przez 20 minut, aby usunąć resztkowy rezystancję i fotorezystancję, tworząc replikę maski na warstwie azotku krzemu. Umyj wafel pod świeżą wodą i osusz azotem.</li>
		<li>Zanurz wafel w roztworze wodorotlenku potasu o temperaturze 30% i temperaturze 90 °C, aby wytrawić krzem przez kwadratowe otwory. Zanurz wafel na 40 minut na każde 50 μm krzemu, który ma zostać wytrawiony. Ponieważ szybkość wytrawiania w płaszczyźnie <100> jest znacznie wyższa niż w innych, wodorotlenek potasu dociera do dolnej warstwy azotku krzemu przez masę krzemu przed wytrawieniem jakiejkolwiek znacznej głębokości w masce z azotku krzemu.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przednia strona
	<ol>
		<li>Na przedniej stronie powtórz kroki 1.1.1–1.1.6 z maską w kształcie trzech koncentrycznych pierścieni.</li>
		<li>Użyj RIE, aby usunąć azotek krzemu w miejscu, w którym znajdują się pierścienie, a następnie kąpiel NMP, aby usunąć resztki rezystu i fotorezystu.</li>
		<li>Na koniec, aby zmatowić pierścienie krzemowe, zanurz wafel w kwasie azotowym i w roztworze 0,02 M azotanu srebra i 4 M fluorowodoru.</li>
		<li>Na wytrawionej stronie płytki użyj maszyny do fizycznego osadzania z fazy gazowej (PVD)18, aby napylić warstwę kilkuset nanometrów złota na cienką warstwę kleju tytanowego, niklu lub chromu o grubości ~10 nm. Napylona warstwa złota stanie się wolnostojącym celem membrany.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Wyrównanie
UWAGA: Rysunek 4 pokazuje ustawienie docelowego napromieniowania.
<ol>
	<li>Umieść pierwszy arbitralnie wybrany cel w polu widzenia pod mikroskopem o powiększeniu 100x.</li>
	<li>Skieruj triangulacyjny czujnik odległości (np. MTI/MicroTrak 3 LTS 120-20)19 na chropowaty pierścień znajdujący się najbliżej celu i zapisz jego odczyt przemieszczenia. 
	UWAGA: Zastosowany model czujnika odległości nie jest przeznaczony do zastosowań w wysokiej próżni. Różne modele, takie jak MTI-2100 od tego samego dostawcy, są kompatybilne z aplikacjami o niskim poziomie odgazowania.</li>
	<li>Pozostawiając mikroskop na miejscu, odsuń płytkę na znaną odległość, aby oczyścić ścieżkę wiązki.</li>
	<li>Za pomocą dwóch składanych zwierciadeł i pozaosiowego zwierciadła parabolicznego (OAP) ustaw wiązkę o małej mocy w polu widzenia mikroskopu.</li>
	<li>Dostosuj te trzy lustra, aby skorygować astygmatyzm w wiązce. Rezultatem powinien być punkt ogniskowy prawie ograniczony dyfrakcją.</li>
	<li>Zablokuj wiązkę laserową i przywróć cel do ostrości mikroskopu. Sprawdź jego położenie za pomocą mikroskopu i odczytu czujnika odległości.</li>
	<li>Ustaw mikroskop w pozycji, w której będzie chroniony przed światłem lasera i zanieczyszczeniami.</li>
</ol>
3. Sekwencja napromieniania i automatyczne pozycjonowanie celu
<ol>
	<li>Zaimplementuj sprzężenie zwrotne w pętli zamkniętej między manipulatorem osi ogniskowej celu a odczytem czujnika przemieszczenia za pomocą oprogramowania. Jako wartość zadaną należy użyć zarejestrowanej wartości z kroku 2.2 protokołu. Główna sekwencja kontrolna PID20, przygotowana za pomocą LabView, jest pokazana w Rysunek 5.</li>
	<li>Gdy pozycjonowanie w pętli zamkniętej osiągnie żądaną odległość tolerancji od wartości zadanej, należy naświetlić cel pojedynczym impulsem laserowym o dużej mocy.</li>
	<li>Przesuń IP za pomocą mechanicznego przepustu do nowej pozycji.</li>
	<li>Powtórz sekwencję naświetlania z następnym obiektem, na którym oprogramowanie ustawia ostrość.</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>

Autorzy nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

W przypadku niektórych wariantów docelowy proces wytwarzania opisany w tym protokole jest powszechny (np. Zaffino i wsp.23). W tym przypadku jednym z unikalnych kroków, który ma kluczowe znaczenie dla działania automatycznego pozycjonowania, jest dodanie chropowatości w skali nanometrowej w obszarach w kształcie pierścienia na odwrocie płytki (krok 1.2.3). Celem tego etapu jest zwiększenie rozproszonego rozpraszania światła padającego na płytkę w tych obszarach. Czujnik odległości kieruje wiązkę l...

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

Intensywne naświetlanie laserowe stałych celów generuje wiele form promieniowania. Jednym z nich jest emisja energetycznych jonów o energiach na poziomie megaelektronowoltów (MeV)1. Kompaktowe źródło jonów MeV ma potencjał do wielu zastosowań, takich jak szybki zapłon protonów2, radiografia protonów3, radioterapia jonowa4 i generowanie neutronów5.
Głównym wyzwaniem w praktycznym akcelerowaniu laserowo-jonowym jest możliwość precyzyjnego ustawiania celów w skali mikrometrowej w ognisku lasera z dużą szybkością. Aby sprostać temu wyzwaniu, opracowano niewiele technologii dostarczania docelowego. Najczęściej spotykane są systemy docelowe oparte na grubych taśmach w skali mikrometrycznej. Cele te są łatwe do uzupełnienia i można je łatwo ustawić w ognisku lasera. Nośnik taśmowy został utworzony przy użyciu taśm VHS6, copper7, Mylar i Kapton8. System napędu taśmowego zazwyczaj składa się z dwóch zmotoryzowanych szpul do nawijania i odwijania oraz dwóch pionowych pinów umieszczonych między nimi, aby utrzymać taśmę w odpowiedniej pozycji9. Dokładność pozycjonowania powierzchni taśmy jest zwykle mniejsza niż zakres Rayleigha wiązki skupiającej. Innym rodzajem uzupełnianego celu laserowego jest liquid sheets10. Cele te są szybko dostarczane do obszaru interakcji i wprowadzają bardzo małą ilość zanieczyszczeń. System ten składa się z wysokociśnieniowej pompy strzykawkowej zasilanej w sposób ciągły cieczą ze zbiornika. Niedawno stworzono nowatorskie kriogeniczne dysze wodoru11 jako sposób na dostarczanie ultracienkich, nisko odłamkowych i nadających się do uzupełnienia celów.
Główną wadą wszystkich tych systemów docelowych jest ograniczony wybór materiałów docelowych i geometrii, które są podyktowane wymaganiami mechanicznymi, takimi jak wytrzymałość, lepkość i temperatura topnienia.
Tutaj opisany jest system zdolny do doprowadzenia mikroobrabianych celów do ogniska lasera o wysokiej intensywności z częstotliwością 0,2 Hz. Mikroobróbka oferuje szeroki wybór materiałów docelowych w różnych geometriach12. Pozycjonowanie celu odbywa się za pomocą sprzężenia zwrotnego w pętli zamkniętej między komercyjnym czujnikiem przemieszczenia a manipulatorem z napędem silnikowym.
System dostarczania celu został przetestowany przy użyciu systemu laserowego o wysokim kontraście i mocy 20 TW, który dostarcza impulsy laserowe o długości 25 fs z prędkością 500 mJ na cel. Przegląd architektury systemu laserowego znajduje się w Porat et al.13, a opis techniczny systemu docelowego znajduje się w Gershuni et al.14. W artykule przedstawiono szczegółową metodę wytwarzania i stosowania tego typu systemu oraz przedstawiono reprezentatywne wyniki akceleracji laserowo-jonowej z ultracienkich tarcz ze złotej folii.
Spektrometr jonów Thomson Parabola (TPIS)15,16 pokazany w Rysunek 1 został użyty do zarejestrowania widm energetycznych emitowanych jonów. W TPIS przyspieszone jony przechodzą przez równoległe pola elektryczne i magnetyczne, co umieszcza je na trajektoriach parabolicznych w płaszczyźnie ogniskowej. Krzywizna paraboliczna zależy od stosunku ładunku do masy jonu, a położenie wzdłuż trajektorii zależy od energii jonu.
Płyta obrazowa BAS-TR (IP)17 umieszczona w płaszczyźnie ogniskowej TPIS rejestruje uderzające jony. IP jest podłączony do mechanicznego przepustu, aby umożliwić translację na nowy obszar przed każdym ujęciem.

<table><tbody><tr><td>76,2 x 127mm EFL 90&deg; Chronione Złoto 100&Aring; Off-Axis Parabolic Mirror</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>Ultraszybkie lustra dielektryczne dużej mocy do</td><td>Thorlabs</td><td></td><td></td> 800 nm</tr></tbody></table>

zautomatyzowane dostarczanie mikrofabrykowanych tarcz do intensywnych eksperymentów z napromieniowaniem laserowym

Automated Delivery of Microfabricated Targets for Intense Laser Irradiation Experiments

Opisana jest eksperymentalna procedura, która umożliwia naświetlanie laserowe mikrofabrykowanych celów za pomocą wysokiej mocy. Cele są doprowadzane do ogniska laserowego przez zamkniętą pętlę sprzężenia zwrotnego, która działa między manipulatorem celu a czujnikiem odległości. Docelowy proces produkcji jest szczegółowo wyjaśniony. Podano reprezentatywne wyniki wiązek protonów na poziomie MeV generowanych przez naświetlanie złotymi foliami o grubości 600 nm z częstotliwością 0,2 Hz. Metoda ta jest porównywana z innymi systemami docelowymi i omówiono perspektywy zwiększenia częstotliwości strzału do ponad 10 Hz.

Ten system dostarczania tarczy został wykorzystany do przyspieszania jonów z tylnej strony złotych folii o grubości 600 nm. Podczas naświetlania z normalizowaną intensywnością lasera a0 = 5.6, jony te zostały przyspieszone przez mechanizm przyspieszenia w warstwie przyściennej normalnej do tarczy (TNSA)21. W procesie TNSA światło o niższej intensywności, poprzedzające główny impuls laserowy, zjonizowało przednią powierzchnię folii tarczy. Siła ponderomotoryczna wywierana przez główny im...

Przedstawiono protokół automatycznego naświetlania cienkich złotych folii impulsami laserowymi o wysokiej intensywności. Protokół zawiera szczegółowy opis procesu wytwarzania tarcz do mikroobróbki oraz szczegółowy przewodnik dotyczący sposobu ustawiania celów w ognisku lasera z częstotliwością 0,2 Hz.

Zautomatyzowane dostarczanie mikrofabrykowanych tarcz do intensywnych eksperymentów z napromieniowaniem laserowym

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

Eksperymenty z intensywnym promieniowaniem laserowym tarcz w skali submikrometrycznej są obecnie wykonywane przy niskiej szybkości strzału. Nasz protokół rozwiązał ten problem, umieszczając te cele szybko w ognisku lasera w zautomatyzowany sposób. Nasz system celowniczy umożliwia zbieranie danych obejmujących dużą liczbę strzałów laserowych z parametrami celu zmienianymi w małych przyrostach, a także zastosowania, które korzystają z wysokiej całkowitej dawki promieniowania.Wizualna demonstracja tego protokołu pokaże subtelności procesu wytwarzania płytek i wyrównania celu. Demonstracją docelowego procesu produkcyjnego są inżynier procesu Nirit Porecki Shamay i Nofar Livni. Aby wytworzyć tylną stronę, użyj płytki krzemowej o grubości 250 mikrometrów i średnicy 100 milimetrów o wysokim naprężeniu w formacji krystalicznej typu jeden-zero-zero, pokrytej z obu stron azotkiem krzemu.Oczyść wafel acetonem i izopropanolem. Następnie obróć wafel za pomocą HMDS, aby utworzyć warstwę adhezyjną. Odwiruj wafel dodatnim fotorezystem AZ 1518.Piecz wafelek w temperaturze 100 stopni Celsjusza przez minutę. Fotolitografia 1 000 na 1 000 mikrometrów kwadratowych otwory w próżni, naświetlanie płytki w jednym cyklu od czterech do siedmiu sekund lampie UV o długości 400 nanometrów, tak aby płytka była wystawiona na działanie ogólnej fluencji 40 dżuli na centymetr kwadratowy. Następnie użyj wywoływacza AZ 726, aby odsłonić azotek krzemu i kąpiel w odwodnionej wodzie, aby zatrzymać proces.Użyj reaktywnego wytrawiacza jonowego, aby usunąć azotek krzemu w miejscu kwadratów. Umieść wafel w kąpieli NMP na 20 minut, aby usunąć resztkowy rezystancję i fotorezystancję, tworząc replikę maski na warstwie azotku krzemu. Następnie umyj go pod świeżą wodą i pozostaw do wyschnięcia.Zanurz wafel w roztworze wodorotlenku potasu o temperaturze 30% 90 stopni Celsjusza, aby wytrawić krzem przez kwadratowe otwory. Aby wytworzyć przednią stronę, powtórz wcześniej opisaną procedurę z maską w kształcie trzech koncentrycznych pierścieni. Użyj wytrawiacza jonów reaktywnych, aby usunąć azotek krzemu w miejscu, w którym znajdują się pierścienie, a następnie kąpiel NMP, aby usunąć resztki rezystu i fotorezystu.Szorstkie pierścienie krzemowe poprzez zatopienie płytki w kwasie azotowym i w roztworze 0,02 molowego azotanu srebra i czterech molowych fluorowodorów. Na wytrawionej stronie płytki użyj maszyny do fizycznego osadzania z fazy gazowej, aby napylić warstwę kilkuset nanometrów złota na 10-nanometrową warstwę kleju tytanowego, niklu lub chromu. Zablokuj wiązkę i umieść pierwszy cel w polu widzenia pod mikroskopem o dużym powiększeniu.Skieruj triangulacyjny czujnik odległości na chropowaty pierścień znajdujący się najbliżej celu i zapisz jego odczyt przemieszczenia. Pozostawiając mikroskop na miejscu, odsuń płytkę, aby oczyścić ścieżkę wiązki. Użyj dwóch składanych luster i pozaosiowego zwierciadła parabolicznego, aby ustawić wiązkę o małej mocy w polu widzenia mikroskopu.Dostosuj te trzy lustra, aby skorygować astygmatyzm w wiązce. Rezultatem powinien być prawie ograniczony dyfrakcyjnie punkt ogniskowy. Zablokuj wiązkę laserową i przywróć cel do ostrości mikroskopu.Następnie zweryfikuj jego położenie za pomocą mikroskopu i odczytu czujników odległości. Użyj oprogramowania, aby zaimplementować sprzężenie zwrotne w zamkniętej pętli między manipulatorem osi ogniskowej celu a odczytem czujnika przemieszczenia, używając wcześniej zarejestrowanej wartości przemieszczenia jako wartości zadanej. Gdy pozycjonowanie w pętli zamkniętej osiągnie żądaną odległość tolerancji od wartości zadanej, naświetl cel pojedynczym impulsem laserowym o dużej mocy.Rejestruj dane z diagnostyki cząstek i powtarzaj proces z następnym celem, który zostanie ustawiony na ostrości przez oprogramowanie. Ten docelowy system dostarczania został wykorzystany do przyspieszenia jonów z tyłu złotych folii o grubości 600 nanometrów. W tym miejscu pokazano szereg czasowy przemieszczenia celu wzdłuż osi ogniskowej.Wartości odnoszą się do nastawy pozycji ogniskowej. Zielone kropki wskazują, kiedy przemieszczenie celu mieściło się w granicach jednego mikrometra od wartości zadanej, czyli w momencie, gdy wykonano strzał laserowy. Ślady spektrometru jonów paraboli firmy Thomson uzyskano z 14 kolejnych naświetlań tarcz ze złotej folii o grubości 600 nanometrów.Na podstawie tych śladów wyprowadzono widma energetyczne. Stabilność maksymalnej energii protonów między szczytami mieściła się w granicach 10%Zgodnie z tą procedurą, badania przyspieszenia jonów i elektronów z generacji neuronów w postaci stałych folii mogą być prowadzone w sposób systematyczny.

automated-delivery-microfabricated-targets-for-intense-laser

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Opisujemy eksperymentalną metodę osadzania cienkich warstw nanostrukturalnych tlenków za pomocą nanosekundowego pulsacyjnego osadzania laserowego (PLD) w obecności gazu tła. Dzięki tej metodzie można osadzać warstwy ZnO domieszkowane Alem (AZO), od zwartych po hierarchicznie ustrukturyzowane jak lasy nanodrzew.

Wytwarzanie nanoinżynieryjnych przezroczystych przewodzących tlenków za pomocą pulsacyjnego osadzania laserowego

Pokazujemy użycie techniki laserowego transferu do przodu (LIFT) do składania komponentów optoelektronicznych za pomocą flip-chipów. Takie podejście zapewnia proste, ekonomiczne, niskotemperaturowe, szybkie i elastyczne rozwiązanie do drobnoziarnistego wybijania i łączenia w skali chipowej w celu uzyskania obwodów o dużej gęstości do zastosowań optoelektronicznych.

Laserowo indukowany transfer do przodu do pakowania pojedynczych matryc metodą flip-chip

Demonstrujemy użycie techniki laserowego transferu do przodu (LIFT) do drukowania pasty Ag o wysokiej lepkości. Technika ta oferuje prosty, niskotemperaturowy, solidny proces do nielitograficznego drukowania struktur 2D i 3D w mikroskali.

Indukowany laserowo transfer do przodu nanopasty Ag

Ten protokół opisuje metodologię biodruku przy użyciu zautomatyzowanego zrobotyzowanego systemu deponowania, który łączy wytrawione wskazówki topograficzne z precyzyjnym osadzaniem biotuszu z hydrożelu na komórce. Wydrukowane komórki są dostarczane bezpośrednio do wytrawionych elementów i są w stanie je wyczuć i zorientować się w sytuacji.

Zautomatyzowana zrobotyzowana technika dozowania do prowadzenia powierzchni i biodruku komórek

Przedstawiamy protokół wytwarzania wnęk kryształów fotonicznych 1D na włóknach krzemionkowych o średnicy podfalowej (nanowłókna optyczne) za pomocą ablacji indukowanej laserem femtosekundowym.

Wytwarzanie 1-D fotonicznej wnęki kryształu na nanowłóknie za pomocą ablacji indukowanej laserem femtosekundowym

Wytwarzamy heterostruktury metal/LaAlO3/SrTiO3 za pomocą kombinacji pulsacyjnego osadzania laserowego i napylania magnetronowego in situ. Poprzez eksperymenty magnetotransportu i spektroskopii rentgenowskiej fotoelektronów in situ badamy wzajemne oddziaływanie między zjawiskami elektrostatycznymi i chemicznymi quasi-dwuwymiarowego gazu elektronowego powstającego w tym układzie.

Wzrost i właściwości elektrostatyczne/chemiczne heterostruktur metali/LaAlO3/SrTiO3

Przedstawiono syntezę wysokiej jakości cienkich warstw masowych i cienkich (Mg0.25(1-x)CoxNi,0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O i (Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x))O stabilizowanych entropią.

Synteza masowa i cienkowarstwowa tlenków stabilizowanych entropią o zmiennym składzie

Impulsy femtosekundowe światła laserowego o wysokiej intensywności mogą przechodzić cykle samoogniskowania Kerra i rozogniskowania plazmowego, rozchodząc intensywną wiązkę o średnicy poniżej milimetra na duże odległości. Opisujemy technikę generowania i wykorzystywania tych włókien do wykonywania zdalnego obrazowania i wykrywania poza klasycznymi granicami dyfrakcyjnymi optyki liniowej.

Filamenty laserów femtosekundowych do stosowania w obrazowaniu o ograniczonej subdyfrakcji i teledetekcji

Prezentujemy obszerny przewodnik po przygotowywaniu próbek do stałego celu, zbieraniu danych i przetwarzaniu danych dla szeregowej krystalografii synchrotronowej na linii badawczej Diamond I24.

Poprawiono zbieranie danych szeregowych celu w Diamond Light Source

Przedstawiony tutaj protokół umożliwia zautomatyzowane wytwarzanie mikrowzorów, które standaryzują kształt komórki, do badania struktur cytoszkieletu w komórkach ssaków. Ta przyjazna dla użytkownika technika może być skonfigurowana z dostępnymi na rynku systemami obrazowania i nie wymaga specjalistycznego sprzętu niedostępnego dla standardowych laboratoriów biologii komórki.

Kontrola geometrii komórki za pomocą mikromodelowania wspomaganego laserem w podczerwieni

Ten protokół opisuje wytwarzanie wszczepialnego, zintegrowanego okna obrazowania za pomocą laserowego druku 3D. Okno składa się z systemu mikrosoczewek sprzężonych z mikrorusztowaniami. Metoda polega na polimeryzacji dwufotonowej (2PP) biokompatybilnego fotorezystu SZ2080 w ciągłej sekwencji, optymalizując wydajność produkcji i wyrównanie między różnymi komponentami.

Mikrofabrykacja wszczepialnej optyki zintegrowanej z mikrostrukturalnym oknem obrazowania w celu zaawansowanego obrazowania in vivo

Poznaj zautomatyzowaną metodę dostarczania mikrofabrykowanych tarcz do intensywnych eksperymentów z napromieniowaniem laserowym. Protokół umożliwia szybkie pozycjonowanie celów z częstotliwością 0,2 Hz, zwiększając efektywność zbierania danych z dużą liczbą strzałów laserowych.

Zautomatyzowane dostarczanie mikrofabrykowanych tarcz do intensywnych eksperymentów z napromieniowaniem laserowym

Przeglądaj więcej filmów