Summary
Femtosecond लेजर लेखन प्रत्यक्ष अक्सर पॉलिमर और चश्मे में तीन आयामी (3 डी) पैटर्न बनाने के लिए प्रयोग किया जाता है. हालांकि, 3 डी में patterning धातुओं एक चुनौती बनी हुई है. हम चांदी एक बहुलक मैट्रिक्स एक femtosecond 800 एनएम पर केंद्रित लेजर का उपयोग कर के अंदर एम्बेडेड nanostructures fabricating के लिए एक विधि का वर्णन है.
Protocol
1. धातु आयन Doped बहुलक फिल्म की तैयारी
- एक बीकर में 8 पानी की मिलीलीटर उपाय.
- पानी के लिए PVP की 206 मिलीग्राम जोड़ें. मिक्स चुंबकीय दोषी या भंवर मिक्सर का उपयोग कर जब तक समाधान स्पष्ट है.
- समाधान के लिए 3 Agno के 210 मिलीग्राम जोड़ें. चुंबकीय दोषी या भंवर मिक्सर का उपयोग मिश्रण जब तक समाधान स्पष्ट है.
- कोट ड्रॉप कास्टिंग के माध्यम से समाधान के साथ गिलास स्लाइड.
- प्लेस एक ओवन सेट में 100 डिग्री सेल्सियस पर कांच स्लाइड 30 मिनट के लिए नमूना बनाओ.
- नमूना ओवन से निकालें और 30 मिनट के लिए शांत करते हैं.
2. डिस्कनेक्टेड रजत संरचनाओं के निर्माण
- कंपन isolators साथ ऑप्टिकल तालिका पर चित्र 1 में दर्शाया सेटअप संरेखित करें.
- कंप्रेसर समायोजित माइक्रोस्कोप उद्देश्य के बाद 50-FSEC दालों प्राप्त.
- तटस्थ घनत्व फिल्टर को समायोजित करने के लिए उद्देश्य के बाद 3 NJ दालों प्राप्त.
- लेजर स्थान आकार सुनिश्चित खुर्दबीन उद्देश्य के वापस एपर्चर की तुलना में बड़ा है.
- Acousto ऑप्टिक न्यूनाधिक सेट 10-μsec जोखिम खिड़कियां जिसके दौरान नमूना है विकिरणित उत्पादन.
- ब्लॉक लेजर बीम से पहले यह 3 अक्ष अनुवाद चरण पर माइक्रोस्कोप और जगह नमूना तक पहुँचता है. femtosecond लेजर दालों की किरण पथ इमेजिंग खुर्दबीन उद्देश्य के माध्यम से और नमूने में पारित करना चाहिए.
- खुर्दबीन रोशनी स्रोत पर चालू सीसीडी कैमरा का उपयोग में स्वस्थानी नमूना का पालन करने के लिए.
- ग्लास सब्सट्रेट और बहुलक फिल्म के बीच इंटरफेस को खोजने के लिए मंच के z-अक्ष का अनुवाद. फिर, बहुलक अंदर वांछित गहराई patterning परत सबसे नीचे के लिए माइक्रोस्कोप patterning दौरान Z अनुवाद दिशा में गिलास बहुलक इंटरफ़ेस से दूर होने के लिए निर्मित संरचनाओं के साथ बिखरने से बचना चाहिए refocus.
- 100 सुक्ष्ममापी / सेकंड की गति के साथ दिशाओं, y - और z लेजर बीम और सेट सॉफ्टवेयर गति नियंत्रक एक्स में नमूना अनुवाद करे. 10 μsec के लिए एक एकल voxels चमकानाएन डी स्पष्ट इमेजिंग में सीटू के लिए कम से कम कई micrometers द्वारा अलग पड़ोसी voxels. Acousto ऑप्टिक न्यूनाधिक पुनरावृत्ति दर 25 हर्ट्ज स्थापना 4 सुक्ष्ममापी रिक्ति का उत्पादन होगा. लेजर उजागर क्षेत्रों चांदी संरचनाओं शामिल होंगे.
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Representative Results
acousto ऑप्टिक न्यूनाधिक और तटस्थ घनत्व फिल्टर (चित्रा 1) के एक नमूने में जमा ऊर्जा की राशि को नियंत्रित करने के लिए अनुमति देते हैं. Voxel और नाड़ी प्रति 3 NJ प्रति 110 दालों के एक जोखिम चरण में 100 सुक्ष्ममापी / सेकंड में अनुवाद के साथ, का उपयोग करना है, जिसके परिणामस्वरूप चांदी संरचनाओं में सीटू ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के माध्यम से आसानी से दिखाई दे रहे हैं. लोअर लेजर जोखिम (पल्स ऊर्जा और / या नाड़ी की संख्या को कम करने के द्वारा) छोटे चांदी सुविधाओं के लिए नेतृत्व के स्तर, हम 300 एनएम के रूप में छोटे रूप में सुविधाओं मनाया है 8 चांदी संरचना बनाने के लिए कम से कम एक से पल्स ऊर्जा का एक व्यापक रेंज का उपयोग करने के लिए संभव है कई nanojoules nanojoule चित्रा 3 ऑप्टिकल एक गढ़े नमूना लिया छवियों के 3 डी renderings से पता चलता है. पैटर्न, एक सरणी के शीर्ष पर डॉट्स की एक सरणी से मिलकर दो कोणों से दिखाया गया है. डेटा भी वीडियो के माध्यम से देखे जा सकते हैं, अनुक्रमिक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी छवियों वीडियो लेख में एनिमेटेड हैं. थीबहुलक मैट्रिक्स की ckness समाधान की राशि ड्रॉप कास्टिंग प्रक्रिया के दौरान प्रयोग किया जाता द्वारा नियंत्रित किया जाता है. एक 2.5 सेमी x 2.5 सेमी गिलास स्लाइड पर एक समाधान मिली लीटर लगभग एक 15 सुक्ष्ममापी मोटी फिल्म पैदावार.
उच्च संकल्प छवियों गढ़े चांदी संरचनाओं की SEM इमेजिंग के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है चित्रा. डॉट्स कि गिलास सब्सट्रेट पर सीधे गढ़े हैं की एक 2d सरणी से मिलकर नमूना की छवियों SEM 4 से पता चलता है. हम आसानी से चांदी विशेषताएं है कि आकार में उप सुक्ष्ममापी प्राप्त करते हैं.
चित्रा 1 लेजर निर्माण सेटअप. हमारे निर्माण की स्थापना के प्राथमिक घटकों एक femtosecond लेजर, एक फैराडे अलगाने, एक कंप्रेसर, एक acousto ऑप्टिक न्यूनाधिक (AOM), एक तटस्थ घनत्व फिल्टर (एनडी), कैमरे के साथ एक माइक्रोस्कोप, एक उच्च परिशुद्धता 3 अक्ष अनुवाद चरण शामिल , और एक ऑप्टिकल तालिका माउंट कंपन isolators पर एड. 50-एफएस लेजर लेजर दालों का उत्पादन 11 मेगाहर्ट्ज की पुनरावृत्ति दर के साथ 800 एनएम पर केंद्रित है. कंप्रेसर ऑप्टिकल किरण पथ में फैलाव के लिए पूर्व compensates नमूना 50-एफएस दालों प्राप्त. और एक शटर और एक attenuator नमूना के लेजर जोखिम नियंत्रण के रूप में एन डी फिल्टर समारोह AOM. हम एक माइक्रोस्कोप 0.8 NA उद्देश्य का उपयोग करने के लिए एक साथ लेजर बीम और निर्माण के दौरान नमूना छवि पर ध्यान केंद्रित करने के लिए. नमूना स्थिति एक उच्च परिशुद्धता 3 अक्ष अनुवाद चरण के द्वारा नियंत्रित किया जाता है. पूरे सेटअप कंपन अलगाव के साथ एक ऑप्टिकल मेज पर मुहिम शुरू की है.
चित्रा 2 प्रयोग के कुल मिलाकर योजनाबद्ध. एक नमूना कोटिंग द्वारा तैयार की है PVP, 3 Agno, और एच 2 ओ का एक मिश्रण के साथ एक गिलास स्लाइड एक बार नमूना तैयार किया जाता है, patterning एक एकल कदम प्रक्रिया है.
चित्रा 3 3 डी एक मैट्रिक्स के अंदर एक चांदी डॉट सरणी के चित्र प्रदान की गई. (एक) 18 चांदी एक मैट्रिक्स के अंदर बनाया डॉट्स की सरणी 2 परत. स्पष्टता के लिए डॉट्स की दो परतों के अलग अलग रंग में प्रतिनिधित्व कर रहे हैं. प्रतिपादन अनुक्रमिक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी छवियों stacking द्वारा बनाया गया था. (ख) 3 डी सरणी के एक अलग दृष्टिकोण है.
4 एक नमूनों नमूने की छवियों SEM चित्रा उच्च संकल्प. इमेजिंग SEM अनुमति रजत डॉट्स गिलास / बहुलक इंटरफेस पर बनाया जाता है. मैट्रिक्स बहुलक निर्माण के बाद निकाल दिया जाता है के लिए अतिरिक्त चांदी इलेक्ट्रॉन बीम द्वारा संचालित विकास से बचने के लिए एक गिलास सब्सट्रेट पर चांदी डॉट्स की एक 2d सरणी के 8 (क) छवि. ए) एक 61 ° झुकाव से चांदी डॉट्स के मद्देनजरकोण.
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Discussion
प्रक्रिया के लिए महत्वपूर्ण है कि उच्च संकल्प निर्माण की अनुमति देता है एक doped ढांकता हुआ मैट्रिक्स प्राप्त है, लेकिन जल्द ही तैयार करने के बाद नीचा नहीं करता है. PVP, 3 Agno और एच 2 हे का एक साधारण मिश्रण उच्च संकल्प चांदी nanostructures कि एक समर्थन मैट्रिक्स अंदर एम्बेडेड के निर्माण की अनुमति देता है. Agno 3 अनुपात PVP परिवर्तनीय लेजर के निर्माण के लिए आवश्यक ऊर्जा बदल जाएगा, और सुविधा के संकल्प के रूप में इस तरह के संभावित अन्य गुण. एक कम अनुपात ढांकता हुआ मैट्रिक्स के तेजी से गिरावट की ओर जाता है, और एक उच्च अनुपात गढ़े सुविधाओं में बहुत कम मात्रा के लिए चांदी की ओर जाता है.
न्यूनतम लेजर स्थान आकार जो तरंग दैर्ध्य, लेजर बीम मोड पैरामीटर और माइक्रोस्कोप उद्देश्य संख्यात्मक एपर्चर (एनए) हमारी प्रणाली के लिए 900 एनएम पर निर्भर करता है. प्रकाश से संबंधित बातचीत के nonlinear प्रकृति चांदी विशेषताएं है कि इस मौके आकार की तुलना में छोटे होते हैं करने के लिए नेतृत्व कर सकते हैं. हम 300 एनएम चांदी यू सुविधाओं का प्रदर्शन किया हैहमारे ऑप्टिकल सेटअप गाना 8 इस प्रयोग में इस्तेमाल उद्देश्य 0.8 का एक एनए और 3 मिमी की दूरी काम है, अनुमति पैटर्न मोटी 3 डी के नमूने के संभावित. मजबूत ध्यान केंद्रित 1.4 की NA femtosecond लेजर patterning के लिए तकनीक एक छोटी दूरी के काम कर tradeoff के साथ एक बहुत छोटे लेजर स्थान आकार के लिए नेतृत्व विशिष्ट है.
तकनीक का संकल्प मजबूत ध्यान केंद्रित प्रकाशिकी के साथ वृद्धि हुई किया जा सकता है और, संभावित रसायन विज्ञान के संशोधित करके. विपरीत दिशा में बड़ा सुविधाओं लेजर ऊर्जा और विकिरण के समय को बढ़ाने के द्वारा आसानी से बनाया जा सकता है. छोटी लाइनों के रूप में विशिष्ट आकार, लेजर एक दूरी पर लगातार स्कैनिंग द्वारा प्राप्त किया जा सकता है. तकनीक का भविष्य अनुप्रयोगों सूचकांक नकारात्मक metamaterials, अदर्शन कपड़े, और ऑप्टिकल और अवरक्त तरंगदैर्ध्य शासनों के लिए सही लेंस शामिल हो सकता है 9 इन आवेदनों जोरदार एसआईएल के ऑप्टिकल गुणों पर निर्भर करेगा.देखें nanostructures.
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Disclosures
ब्याज की कोई संघर्ष की घोषणा की.
Acknowledgments
हम Amira साथ ऑप्टिकल डेटा के 3 डी प्रतिपादन के लिए पॉल जीएल वेबस्टर को स्वीकार करते हैं. फिल Muñoz और बेंजामिन Franta इसके विकास भर पांडुलिपि पर प्रतिक्रिया प्रदान की है. इस पत्र में वर्णित अनुसंधान FA9550-09-1-+०५४६ अनुदान और FA9550-10-1-0,402 के तहत वैज्ञानिक अनुसंधान की वायु सेना के कार्यालय द्वारा समर्थित किया गया.
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