Entrega automatizada de alvos microfabricados para experimentos intensos de irradiação a laser

Resumo

Um protocolo é apresentado para irradiação automatizada de folhas de ouro finas com pulsos laser de alta intensidade. O protocolo inclui uma descrição passo a passo do processo de fabricação de alvos de micromaquinamento e um guia detalhado de como os alvos são trazidos para o foco do laser a uma taxa de 0,2 Hz.

Resumo

Descrito é um procedimento experimental que permite irradiação a laser de alta potência de alvos microfabricados. Os alvos são trazidos para o foco do laser por um loop de feedback fechado que opera entre o manipulador de alvos e um sensor de alcance. O processo de fabricação alvo é explicado detalhadamente. Resultados representativos de feixes de prótons de nível MeV gerados pela irradiação de folhas de ouro de 600 nm de espessura a uma taxa de 0,2 Hz são dadas. O método é comparado com outros sistemas de destino reabastecidos e são discutidas as perspectivas de aumentar as taxas de tiro para acima de 10 Hz.

Introdução

Irradiação a laser de alta intensidade de alvos sólidos gera múltiplas formas de radiação. Uma delas é a emissão de íons energéticos com energias no Mega electron-volt (MeV) nível¹. Uma fonte compacta de íons MeV tem potencial para muitas aplicações, como proton fast-ignition^2,radiografia de^{prótons 3,}radioterapia de íon⁴e geração de nêutrons⁵.

Um grande desafio em tornar a aceleração de íons a laser prática é a capacidade de posicionar alvos de escala de micrômetros com precisão dentro do foco do laser a uma taxa alta. Pou....

Protocolo

1. Fabricação de alvo

NOTA: As figuras 2 e a figura 3 ilustram o processo de fabricação de folhas de ouro autônomas.

1. Lado de trás
   1. Use um wafer de silício de 250 μm de espessura, 100 mm de diâmetro e alto estresse em uma formação de cristal <100> revestida em ambos os lados com nitreto de silício.
   2. Limpe o wafer usando acetona seguido de isopropanol e seque com nitrogênio.  Em seguida, gire uma camada de HMDS para formar uma camada adesiva seguindo os passos descritos na Tabela 1.
   3. Gire o wafer com uma camada fotoresista AZ1518 ....

Resultados

Este sistema de entrega de alvos foi empregado para acelerar íons do lado de trás de 600 nm de folhas de ouro de espessura. Quando irradiados com uma intensidade laser normalizada de₀ = 5,6, esses íons foram acelerados pelo mecanismo de aceleração da baia normal alvo (TNSA)²¹. No TNSA, a luz de menor intensidade que precedeu o pulso laser principal ionizou a superfície frontal da folha de alvo. A força ponderomotiva exercida pelo pulso laser principal levou elétrons quentes através da m.......

Discussão

Com algumas variações, o processo de fabricação de destino descrito neste protocolo é comum (por exemplo, Zaffino et al.²³). Aqui, um passo único que é fundamental para o funcionamento do posicionamento automático é a adição de rugosidade em escala de nanômetros em áreas em forma de anel na parte de trás do wafer (passo 1.2.3). O objetivo desta etapa é aumentar a dispersão difusa de incidentes leves no wafer nessas áreas. O sensor de alcance brilha um raio laser de baixa potência no wafer, coleta .......

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
76,2 x 127mm EFL 90° Ouro Protegido 100Å Espelho Parabólico Fora do Eixo	Óptica Edmund	35-535
MicroTrak 3 LTS 120-20	MTI Instruments
Espelhos dielétricos de alta potência ultrarrápidos para	Thorlabs

de 800 nm