En protokoll presenteres for automatisert bestråling av tynne gullfolie med høy intensitet laserpulser. Protokollen inneholder en trinnvis beskrivelse av mikromaskineringsmålfabrikasjonsprosessen og en detaljert veiledning for hvordan mål bringes til laserens fokus med en hastighet på 0,2 Hz.
Beskrevet er en eksperimentell prosedyre som muliggjør høyeffekts laserbestråling av mikrofabrikkerte mål. Målene bringes til laserfokuset av en lukket tilbakemeldingssløyfe som opererer mellom målmanipulatoren og en sensor. Målfabrikasjonsprosessen er forklart i detalj. Representative resultater av MeV-nivå protonbjelker generert ved bestråling av 600 nm tykke gullfolie med en hastighet på 0,2 Hz er gitt. Metoden sammenlignes med andre etterfyllbare målsystemer, og utsiktene til å øke skuddfrekvensene til over 10 Hz diskuteres.
Høy intensitet laserbestråling av faste mål genererer flere former for stråling. En av disse er utslipp av energiske ioner med energier på Mega electron-volt (MeV) nivå1. En kompakt kilde til MeV-ioner har potensial for mange bruksområder, for eksempel proton hurtigtenning2,protonradiografi3,ionraditerapi4og nøytron generasjon5.
En stor utfordring i å gjøre laser-ion akselerasjon praktisk er evnen til å plassere mikrometer-skala mål nøyaktig innenfor fokus av laseren i høy hastighet. Få målleveringsteknologier ble utviklet for å svare på denne utfordringen. De vanligste er målsystemer basert på mikrometer-skala tykke bånd. Disse målene er enkle å fylle og kan lett plasseres i fokus av laseren. Tape mål har blitt gjort ved hjelp av VHS6,kobber 7,Mylar, og Kapton8 bånd. Tapedrivsystemet består vanligvis av to motoriserte spoler for svingete og avslappende og to vertikale pinner plassert mellom dem for å holde båndet i posisjon9. Nøyaktigheten i posisjonering av tapeoverflaten er vanligvis mindre enn Rayleigh-serien til fokusstrålen. En annen type etterfyllelig lasermål er flytende ark10. Disse målene leveres raskt til samhandlingsområdet og introduserer en svært lav mengde rusk. Dette systemet består av en høytrykkssprøytepumpe som kontinuerlig leveres med væske fra et reservoar. Nylig ble nye kryogene hydrogenstråler11 etablert som et middel for å levere ultratynne, lavtrester, etterfyllbare mål.
Den største ulempen med alle disse etterfyllbare målsystemene er det begrensede valget av målmaterialer og geometrier, som dikteres av mekaniske krav som styrke, viskositet og smeltetemperatur.
Her er et system som kan bringe mikromaskinerte mål til fokus for en høyintensitetslaser med en hastighet på 0,2 Hz beskrevet. Mikromaskinering tilbyr et bredt utvalg av målmaterialer i allsidige geometrier12. Målposisjoneringen utføres av en lukket sløyfetilbakemelding mellom en kommersiell forskyvningssensor og en motorisert manipulator.
Målet levering systemet ble testet ved hjelp av en høy kontrast, 20 TW lasersystem som leverer 25 fs-lange laserpulser med 500 mJ på målet. En gjennomgang av lasersystemets arkitektur er gitt i Porat et al.13, og en teknisk beskrivelse av målsystemet er gitt i Gershuni et al.14. Dette papiret presenterer en detaljert metode for å lage og bruke denne typen system og viser representative resultater av laser-ion akselerasjon fra ultratynne gull folie mål.
Thomson Parabola ion spektrometer (TPIS)15,16 vist i figur 1 ble brukt til å registrere energispektra av de smittede ionene. I en TPIS passerer akselererte ioner gjennom parallelle elektriske og magnetiske felt, noe som plasserer dem på parabolske baner i fokalplanet. Den parabolske krumningen avhenger av iionens lade-til-masse-forhold, og plasseringen langs banen er satt av iionens energi.
En BAS-TR bildeplate (IP)17 plassert ved fokalplanet til TPIS registrerer impinging ioner. IP er festet til en mekanisk gjennomstrømning for å tillate oversettelse til et nytt område før hvert skudd.
Med noen variasjoner er målfabrikasjonsprosessen som er beskrevet i denne protokollen vanlig (f.eks. Zaffino et al.23). Her er et unikt trinn som er avgjørende for driften av automatisk posisjonering, tillegg av nanometer-skala roughening i ringformede områder på baksiden av wafer (trinn 1.2.3). Formålet med dette trinnet er å øke den diffuse spredningen av lyshendelse på wafer i disse områdene. Den sprede sensoren skinner en laveffekts laserstråle på wafer, samler det spredte lyset, og…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbeidet har blitt støttet av Israel Science Foundation, tilskudd nr. Vi anerkjenner også støtte fra Pazy Foundation, Israel #27707241, og NSF-BSF stipend nr. Forfatterne ønsker å vennligst anerkjenne Tel Aviv University Center for Nanoscience og Nanotechnolog
76.2 x 127mm EFL 90° Protected Gold 100Å Off-Axis Parabolic Mirror | Edmund optics | 35-535 | |
MicroTrak 3 LTS 120-20 | MTI Instruments | ||
Ultrafast high power dielectric mirrors for 800 nm | Thorlabs |