Preparáronse microestruturas periódicas híbridas en películas de cromo mediante a técnica de láser de nanosegundos asistida por SLM

26-09-2024

O modulador espacial de luz é un compoñente dinámico que pode cambiar a amplitude, a fase e o estado de polarización da luz incidente en tempo real baixo o control dun sinal externo. A aplicación do modulador espacial de luz no procesamento láser pode realizar unha conformación dinámica do feixe e ten as vantaxes de ser programable, doado de controlar, doado de integrar, baixa perda e alta frecuencia de actualización. E coa mellora do limiar de dano dos moduladores espaciais de luz, os campos de aplicación do procesamento láser tamén se están a expandir, como a fabricación de estruturas de metamateriais, a microfluídica, a impresión 3D, o almacenamento óptico, a modificación da superficie do material, os puntos cuánticos e outros campos.

Información da tese:

Neste artigo, preséntase unha técnica eficaz para a preparación de diferentes estruturas de período híbrido en películas de cromo (Cr) con diferente grosor usando un láser de 1064 nm de nanosegundos asistido por un modulador de luz espacial (SLM). Para películas de Cr de 1000 nm, pódense preparar MG-LIPS de dúas escalas regulares combinando a reixa de modulación periódica (MG) xerada por SLM coa estrutura superficial periódica inducida por láser (LIPSS), cuxas características morfolóxicas están controladas polo fluxo láser, o número de pulsos efectivos e o período MG. Debido ao efecto de difracción de MG e LIPSS, a superficie do patrón MG-LIPSS exhibe cores estruturais anisotrópicas vivas. Debido á tensión térmica máis significativa das películas máis delgadas en comparación cos MG-LIPSs, fórmase unha estrutura periódica complexa que consiste en MG e gretas (MGC) nas películas de Cr de 200 nm. Aínda que as gretas do MGC están distribuídas aleatoriamente, o MGC ten unha característica de orde longa de certa transmitancia e pódese usar como unha reixa de transmisión con efecto de difracción. Estes resultados amosan que o procesamento láser modulado por campo de luz baseado en SLM proporciona un método eficiente, económico e controlable para preparar estruturas periódicas de gran área en películas de Cr. Ademais, os cambios no grosor da película pódense usar para explorar microestruturas híbridas con propiedades específicas para diferentes aplicacións, como compoñentes ópticos e medidas antifalsificación.

Os seguintes son parte do proceso experimental e dos resultados:

A fonte de luz emprega un láser comercial de nanosegundos, que proporciona un láser de pulso de polarización lineal de 1064 nm e 50 ns. A frecuencia de repetición establécese en 3 kHz durante o experimento e a potencia de saída máxima correspondente do láser é de 0,45 W. A luz emitida polo láser pasa a través dun espello expansivo de feixe de 4×, de xeito que o punto de luz se enche coa superficie obxectivo da válvula de luz de cristal líquido. No experimento utilízase o modulador de luz espacial de fase (FSLM-2K70-VIS), o tamaño do píxel é de 8 um e a resolución é de 1920 × 1080. Despois de ser modulado por un modulador de luz espacial, actúa sobre a mostra a través dunha lente e o proceso de procesamento monitorízase en tempo real mediante CCD para garantir que a superficie da mostra estea sempre no plano de procesamento. O holograma xerouse mediante o algoritmo de Gerchberg Saxton.

FIG. 1 (a) Dispositivo experimental (modulador espacial de luz de fase, modelo: FSLM-2K70-VIS); (b) Feixes orixinais e modulados.

FIG. 2 Morfoloxía SEM de películas delgadas de 1000 nmCr formadas por MG-LIPSS baixo 4 períodos de modulación diferentes Γ a medida que aumenta o fluxo láser. Escala: 5 μm.

FIG. 3 Morfoloxía SEM de MG-LIPSS formada por películas (a)-(c) de 1000 nmCr baixo diferentes números de pulsos efectivos. Escala: 5 μm.

FIG. 4 (a) 0,27 J/cm² e (e) 0,32 J/cm² corresponden a medicións AFM de estruturas MG-LIPSS baixo diferente irradiación láser, respectivamente. (b) e (f) corresponden a transformadas rápidas de Fourier bidimensionais de imaxes SEM (a) e (e), respectivamente. (c) e (d) Diagramas bidimensionais das seccións transversais LIPSS e MG correspondentes a (a) MG-LIPss. (g) e (h) son diagramas bidimensionais das seccións transversais LIPSS e MG correspondentes a (e) MG-LIPss. Escala: 5 μm.

Figura 5 (ab) Espectros MicroRaman de MG-LIPSS preparado con dous fluxos láser F diferentes en diferentes localizacións. (cf) Resultados EDS de MG-LIPSS preparado con diferentes fluxos láser F (os puntos de recollida están marcados en vermello na figura). Escala: 5 μm.

FIG. 6 Morfoloxía SEM de MGC formado en diferentes condicións de procesamento para unha película de Cr a 200 nm. (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. Escala: 5 μm.

Figura 7 Cor da estrutura arco da vella de MG-LIPSS. (a) Diagrama de difracción de luz branca da estrutura periódica mixta de MG-LIPSS formada sobre unha película de 1000 nm de Cr, con LIPSS e MG producindo cores de estrutura arco da vella en dúas direccións ortogonais, respectivamente. (b) O patrón de caracteres chineses da "Universidade Sun Yat-sen" está revestido con 1000 nm de Cr sobre unha oblea de vidro cun diámetro de 100 mm. (c) Mostras procesadas. (d) e (e) colorean o patrón da "Universidade Sun Yat-sen" e o patrón do dragón, respectivamente. (f) e (g) MG-LIPSS "3" son representacións diferentes das cores da estrutura iridescente en diferentes ángulos de visión. Escala: 5 mm.

Os parámetros do modulador espacial de luz empregado neste experimento son os seguintes:

Número de modelo	FSLM-2K70-P03	Tipo de modulación	Patrón de fase
Tipo de cristal líquido	Tipo reflectante	Nivel de grises	8 bits, 256 niveis
Modo de cristal líquido	PAN	Modo de condución	figura
Resolución	1920 × 1080	Tamaño do píxel	8,0 μm
Rexión efectiva	0,69" 15,36 mm × 8,64 mm	Factor de recheo	87%
planitude(Fotovoltaica)	Antes da calibración: 5λ Despois da calibración: 1λ	planitude(RMS)	Antes da calibración: 1/3λ Despois da calibración: 1/10λ
Frecuencia de actualización	60 Hz	Tempo de resposta	≤30 ms
Eficiencia óptica	75% a 1064 nm	Ángulo de aliñamento	0°
Rango de fase	2π@1064nm Máx.：2,1π@1064nm	Rango espectral	450 nm-1100 nm
Gamma axustar	apoio	Corrección de fase	soporte (808 nm/1064 nm)
linealidade	≥99%	Estabilidade de fase(RMS)	≤0,13π
Limiar de dano	Continuo: ≤20 W/cm2 (sen refrixeración por auga) ≤100 W/cm2 (refrixerado por auga)	Eficiencia de difracción	1064 nm 60 % en L8 66 % na L16 75 % a L32

Co fin de ampliar aínda máis a aplicación do modulador espacial de luz na industria, desenvólvese este artigoModulador espacial de luz de superficie de obxectivo cadrada grande e de alto dano:

Número de modelo	FSLM-2K73-P03HP	Tipo de modulación	Patrón de fase
Tipo de cristal líquido	Tipo reflectante	Nivel de grises	8 ou 10 bits opcionais
Modo de cristal líquido	PAN	Modo de condución	figura
Resolución	2048 × 2048	Tamaño do píxel	6,4 μm
Rexión efectiva	0,73" 13,1 mm × 13,1 mm	Factor de recheo	93%
Frecuencia de actualización	60 Hz (8 bits)*	Fonte de alimentación de entrada	12V 3A
Ángulo de aliñamento	0°	Interface de datos	HDMI
Rango de fase	2π@1064nm Máx.: 3,5π a 1064 nm	Rango espectral	1000 nm-1100 nm
Eficiencia óptica	95% ± 5% a 1064 nm	Tempo de resposta	≤30 ms
Corrección gamma	apoio	Corrección de fase	Soporte (1064 nm)
linealidade	≥99%	Estabilidade de fase (RMS)
Limiar de dano	Continuo: ≤1000 W/cm2 (sen refrixeración por auga) Pulso: Densidade de potencia máxima (10 GW/cm2) Densidade de potencia media (100 W/cm2) a 1064 nm/290 fs/200 KHz (refrixerado por auga)	Eficiencia de difracción	1064 nm 56% en L8 72 % na L16 85 % a L32

Escribe ao final:

Co desenvolvemento da tecnoloxía de procesamento láser e a crecente demanda de indicadores de procesamento de alta precisión e alta eficiencia, o modulador espacial de luz, como compoñente óptico clave, desempeñará un papel importante. A aplicación do modulador espacial de luz no procesamento láser non se limita a un único campo técnico, as súas amplas perspectivas de aplicación abarcan unha serie de campos, como a fabricación industrial, a investigación científica, a optoelectrónica, etc., xa que o avance e a innovación da tecnoloxía de procesamento láser proporciona un forte apoio e forza impulsora, espérase que promova a tecnoloxía de procesamento láser cara a unha dirección máis avanzada e complexa.