Hybrid periodic microstructures sa chromium films giandam sa SLM-assisted nanosecond laser technique

2024-09-26

Ang spatial light modulator usa ka dinamikong sangkap nga mahimong magbag-o sa amplitude, phase ug polarization nga kahimtang sa insidente nga kahayag sa tinuud nga oras sa ilawom sa kontrol sa eksternal nga signal. Ang paggamit sa spatial light modulator sa pagproseso sa laser makaamgo sa dinamikong paghulma sa beam, ug adunay mga bentaha nga maprograma, dali makontrol, dali nga mahiusa, mubu nga pagkawala ug taas nga frequency sa pag-refresh. Ug sa pag-uswag sa kadaot nga threshold sa spatial light modulators, ang mga natad sa aplikasyon sa pagproseso sa laser nagkalapad usab, sama sa paghimo sa istruktura nga metamaterial, microfluidic, 3D nga pag-imprenta, pagtipig sa optical, pagbag-o sa materyal sa nawong, mga tuldok sa quantum ug uban pang mga natad.

Impormasyon sa thesis:

Niini nga papel, usa ka epektibo nga teknik alang sa pag-andam sa lainlaing mga istruktura sa panahon sa hybrid sa mga pelikula nga chromium (Cr) nga adunay lainlaing gibag-on gamit ang usa ka spatial light modulator (SLM) nga gitabangan nga 1064nm nanosecond laser gipresentar. Alang sa 1000nm Cr nga mga pelikula, ang regular nga duha ka sukod nga MG-LIPS mahimong maandam pinaagi sa paghiusa sa periodic modulation grating (MG) nga gihimo sa SLM nga adunay laser induced periodic surface structure (LIPSS), kansang morphological nga mga kinaiya kontrolado sa laser flux, ang gidaghanon sa epektibo nga mga pulso ug ang panahon sa MG. Tungod sa diffraction nga epekto sa MG ug LIPSS, ang nawong sa MG-LIPSS pattern nagpakita sa tin-aw nga anisotropic nga mga kolor sa istruktura. Tungod sa labi ka hinungdanon nga thermal stress sa nipis nga mga pelikula kumpara sa MG-LIPss, usa ka komplikado nga periodic nga istruktura nga gilangkuban sa MG ug mga liki (MGC) naporma sa 200nm Cr nga mga pelikula. Bisan kung ang mga liki sa MGC random nga giapod-apod, ang MGC adunay taas nga pagkasunod-sunod nga kinaiya sa piho nga transmittance ug mahimong magamit ingon usa ka transmission grating nga adunay epekto sa diffraction. Kini nga mga resulta nagpakita nga ang SLM-based light field modulated laser processing naghatag og usa ka episyente, ekonomikanhon ug makontrol nga pamaagi alang sa pag-andam sa dagkong lugar nga periodic structures sa Cr films. Dugang pa, ang mga pagbag-o sa gibag-on sa pelikula mahimong magamit sa pag-usisa sa hybrid nga microstructure nga adunay piho nga mga kabtangan alang sa lainlaing mga aplikasyon, sama sa mga optical nga sangkap ug mga lakang sa anti-counterfeiting.

Ang mosunod maoy bahin sa proseso sa eksperimento ug mga resulta:

Ang tinubdan sa kahayag naggamit sa usa ka komersyal nga nanosecond laser, nga naghatag og 1064nm, 50ns linear polarization pulse laser. Ang frequency sa pagbalik-balik gitakda sa 3kHz sa panahon sa eksperimento, ug ang katumbas nga maximum nga gahum sa output sa laser mao ang 0.45W. Ang kahayag nga gipagawas gikan sa laser moagi sa usa ka 4 × beam nga nagpalapad nga salamin, aron ang suga nga lugar napuno sa likido nga kristal nga suga nga balbula nga target nga sulud. Ang phase spatial light modulator (FSLM-2K70-VIS) gigamit sa eksperimento, ang gidak-on sa pixel mao ang 8um, ug ang resolusyon mao ang 1920 × 1080. Human nga modulated sa usa ka spatial light modulator, kini molihok sa sample pinaagi sa usa ka lens, ug ang proseso sa pagproseso gimonitor sa tinuod nga panahon sa CCD aron sa pagsiguro nga ang sample nawong sa kanunay sa pagproseso eroplano. Ang hologram gihimo sa algorithm sa Gerchberg Saxton.

FIG. 1 (a) Experimental device (Phase spatial light modulator, modelo: FSLM-2K70-VIS); (b) Orihinal ug modulated nga mga sagbayan.

FIG. 2 SEM morphology sa 1000nmCr thin films nga naporma sa MG-LIPSS ubos sa 4 ka lain-laing modulasyon nga mga panahon Γ samtang ang laser flux nagdugang. Scale: 5μm.

FIG. 3 SEM morphology sa MG-LIPSS nga naporma sa (a) -(c) 1000nmCr nga mga pelikula ubos sa lain-laing epektibong numero sa pulso. Scale: 5μm.

FIG. 4 (a) 0.27J/cm² ug (e) 0.32J/cm² katumbas sa mga pagsukod sa AFM sa mga istruktura sa MG-LIPSS ubos sa lain-laing laser irradiation, matag usa. (b) ug (f) katumbas sa duha ka dimensyon nga paspas nga pagbag-o sa Fourier sa mga imahe sa SEM (a) ug (e), matag usa. (c) ug (d) Duha ka dimensyon nga mga diagram sa LIPSS ug MG nga mga cross section nga katumbas sa (a) MG-LIPss. (g) ug (h) duha ka dimensyon nga mga diagram sa LIPSS ug MG cross section nga katumbas sa (e) MG-LIPss. Scale: 5μm.

Figure 5 (ab) MicroRaman spectra sa MG-LIPSS nga giandam sa duha ka lainlaing laser fluxes F sa lainlaing mga lokasyon. (cf) EDS resulta sa MG-LIPSS giandam sa lain-laing mga laser fluxes F (pagkolekta puntos gimarkahan sa pula sa numero). Scale: 5μm.

FIG. 6 SEM morphology sa MGC naporma ubos sa lain-laing mga kondisyon sa pagproseso alang sa Cr film sa 200nm. (a) Γ2 = 8 μm, F = 0.16 J/cm². (b) Γ3 = 9 μm, F = 0.16 J/ cm². (c) Γ4 = 13 μm, F = 0.16 J/cm². (d) Γ4 = 13 μm, F = 0.30 J/cm². Scale: 5μm.

Figure 7 Kolor sa istruktura sa balangaw sa MG-LIPSS. (a) White light diffraction diagram sa MG-LIPSS mixed periodic structure nga naporma sa 1000nmCr film, nga adunay LIPSS ug MG nga nagproduce ug rainbow structure nga mga kolor sa duha ka orthogonal nga direksyon, matag usa. (b) Ang sumbanan sa karakter nga Intsik sa "Sun Yat-sen University" giputos sa 1000nm Cr sa usa ka baso nga wafer nga adunay diyametro nga 100 mm. (c) Giproseso nga mga sampol. (d) ug (e) kolori ang pattern sa "Sun Yat-sen University" ug ang pattern sa dragon matag usa. (f) ug (g) MG-LIPSS "3" lain-laing mga representasyon sa mga kolor sa iridescent nga estraktura sa lain-laing mga anggulo sa pagtan-aw. Scale: 5mm.

Ang mga parameter sa spatial light modulator nga gigamit niini nga eksperimento mao ang mosunod:

Numero sa modelo	FSLM-2K70-P03	Matang sa modulasyon	Huwaran sa hugna
Matang sa likido nga kristal	Matang sa pagpamalandong	Gray nga lebel	8 bits, 256 nga lebel
Liquid nga kristal nga mode	PAN	Mode sa pagmaneho	numero
Resolusyon	1920 × 1080	Gidak-on sa pixel	8.0μm
Epektibo nga rehiyon	0.69" 15.36mm×8.64mm	Pagpuno hinungdan	87%
patag(PV）	Sa wala pa ang pag-calibrate: 5λ Pagkahuman sa pagkakalibrate: 1λ	patag(RMS)	Sa wala pa ang pag-calibrate: 1/3λ Human sa pagkakalibrate: 1/10λ
Refresh frequency	60Hz	Panahon sa pagtubag	≤30ms
Optical efficiency	75%@1064nm	Anggulo sa paglinya	0°
Sakup sa hugna	2π@1064nm Max: 2.1π@1064nm	Spectral range	450nm-1100nm
Gamma adjust	suporta	Pagtul-id sa hugna	suporta(808nm/1064nm)
linearity	≥99%	Kalig-on sa hugna(RMS）	≤0.13π
Damage threshold	Nagpadayon: ≤20W/cm2(walay tubig makapabugnaw) ≤100W/cm2(gipabugnawan sa tubig)	Episyente sa diffraction	1064nm 60%@ L8 66%@ L16 75%@ L32

Aron madugangan pa ang aplikasyon sa spatial light modulator sa industriya, kini nga papel gipalamboTaas nga kadaot, square dako nga target nga nawong spatial light modulator:

Numero sa modelo	FSLM-2K73-P03HP	Matang sa modulasyon	Huwaran sa hugna
Matang sa likido nga kristal	Matang sa pagpamalandong	Gray nga lebel	8 o 10 ka bit opsyonal
Liquid nga kristal nga mode	PAN	Mode sa pagmaneho	numero
Resolusyon	2048 × 2048	Gidak-on sa pixel	6.4μm
Epektibo nga rehiyon	0.73" 13.1mm×13.1mm	Pagpuno hinungdan	93%
Refresh frequency	60 Hz（8bit）*	Input nga suplay sa kuryente	12V 3A
Anggulo sa paglinya	0°	Interface sa datos	HDMI
Sakup sa hugna	2π@1064nm Max: 3.5π@1064nm	Spectral range	1000nm-1100nm
Optical efficiency	95%±5%@1064nm	Panahon sa pagtubag	≤30ms
Pagtul-id sa gamma	suporta	Pagtul-id sa hugna	Suporta (1064nm)
linearity	≥99%	Phase stability (RMS)
Damage threshold	Nagpadayon: ≤1000W/cm2(walay tubig makapabugnaw) Pulso: Kinatas-ang densidad sa gahum (10GW/cm2) Average nga densidad sa gahum (100W/cm2) @1064nm/290fs/200KHz (gipabugnaw sa tubig)	Episyente sa diffraction	1064nm 56%@ L8 72%@ L16 85%@ L32

Isulat sa katapusan:

Uban sa dugang nga pag-uswag sa teknolohiya sa pagproseso sa laser ug ang nagkadako nga panginahanglan alang sa high-precision ug high-efficiency nga mga indikasyon sa pagproseso, ang spatial light modulator, isip usa ka importante nga optical component, adunay importante nga papel. Ang aplikasyon sa spatial light modulator sa pagproseso sa laser dili limitado sa usa ka teknikal nga natad, ang halapad nga mga prospect sa aplikasyon naglangkob sa daghang mga natad, sama sa manufacturing sa industriya, panukiduki sa siyensya, optoelectronics, ug uban pa, alang sa pag-uswag ug pagbag-o sa teknolohiya sa pagproseso sa laser naghatag usa ka lig-on nga suporta ug puwersa sa pagmaneho, gilauman nga mapauswag ang teknolohiya sa pagproseso sa laser sa usa ka labi ka abante, mas komplikado nga direksyon.