雙光子加工課件

飛秒激光具有脈沖寬度窄(幾個到上百個飛秒)、峰值功率高(最高可達到拍瓦量級)的特性.從常規(guī)飛秒激光振蕩器輸出的激光經(jīng)聚焦后可在焦點處得到1011—1012W/cm2量級的功率密度,而從飛秒激光放大器中得到的聚焦峰值功率則可以達到1020W/cm2,甚至可達到1021W/cm2。飛秒激光微納加工的類型激光燒蝕(ablation)微加工激光燒蝕利用了飛秒激光高強度和短脈沖的特點,它具有比長脈沖激光(如調(diào)Q的Nd:YAG激光)優(yōu)秀得多的加工效果雙光子聚合(twophotopoly2merization)加工雙光子聚合制備三維微納結(jié)構(gòu)是飛秒激光微納加工中最獨特也是最具有應(yīng)用前景的一種方法,它的原理是利用光與物質(zhì)相互作用的非線性雙光子聚合作用獲得遠小于衍射極限的加工尺寸飛秒激光加工技術(shù)飛秒激光微納加工雙光子聚合加工雙光子吸收采用具有超短和超強特性的飛秒激光作為光源具有兩方面的新穎特性:

①雙光子吸收是長波吸收短波發(fā)射的過程,激發(fā)光對介質(zhì)穿透率高,可有效地減少介質(zhì)對激發(fā)光吸收等過程的耗散和破壞,并能用可見光或近紅外光來激勵那些原本需要遠紫外光才能激發(fā)的體系②由于材料的雙光子吸收與激發(fā)光強的平方密切相關(guān),因而在緊密聚焦的條件下,雙光子吸收僅局限在物鏡焦點處空間體積約為λ3(λ為入射光波長)的小范圍空間內(nèi)為何能突破衍射極限光強依賴性雙光子聚合明顯的閾值性聚焦后的激光強度在空間上呈高斯或類高斯分布雙光子聚合加工系統(tǒng)加工系統(tǒng)：鎖模鈦寶石飛秒振蕩器,脈寬150fs,中心波長780nm,重復(fù)頻率76MHz.激光由一個數(shù)值孔徑NA=1.4的物鏡聚焦.實驗所用的樹脂(型號為SCR500,由日本的JSR公司生產(chǎn)),該樹脂對近紅外波長是透明的,允許鈦寶石激光入射到樹脂深處納米牛尺度：長10μm,高7μm，最細微部分的尺寸為120nm，是目前世界上人工制作的最小動物模型。它的大小和人體紅血球差不多雙光子聚合加工的應(yīng)用加工原理示意制備納米顆粒利用溶膠-凝膠方法產(chǎn)生摻金(Au)離子SiO2/TiO2玻璃薄膜,對之進行雙光子吸收操作后形成了金納米顆粒陣列摻鈦(Ti)離子的光聚合樹脂(urethaneacrylate)進行雙光子聚合,在聚合物結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生了TiO2納米顆高密度存儲原理一摻雜spiropyran分子的聚甲基丙烯酸甲酯(PM2MA)是一種光反應(yīng)變色材料，通過雙光子吸收過程在樣品中產(chǎn)生折射率的改變，從而實現(xiàn)高質(zhì)量的微結(jié)構(gòu)。光反應(yīng)變色材料的最大特點在于其光學(xué)可逆性，利用光學(xué)輻照，可以使反應(yīng)后的產(chǎn)物重新恢復(fù)到反應(yīng)前的狀態(tài)，所以這種材料在可擦寫光學(xué)信息存儲、波導(dǎo)寫入等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力高密度存儲原理二利用雙光子吸收和共焦原理，三維光學(xué)高密信息存儲技術(shù)可實現(xiàn)在直徑120mm、厚度10mm的光盤上存儲200GB的數(shù)據(jù),用并行方法讀出,速度達Gbit/s共焦光學(xué)系統(tǒng)具有三維分層掃描成像能力，有效地避免鄰層的干擾，并且與CD播放機有極好的兼容性，成為重要的三維光學(xué)數(shù)據(jù)讀出方法泵浦源輸出波長為532nm的連續(xù)光；飛秒激光器為鈦-藍寶石飛秒激光器，在4.2W泵浦源的條件下，穩(wěn)定輸出功率為560mW，頻率為82MHz，波長為796nm，飛秒激光脈寬約30fs，單脈沖能量約8nJ。796nm紅外飛秒激光經(jīng)過倍頻器(BBO)后波長變?yōu)?98nm的紫外光，倍頻器的輸出功率為100mW。國內(nèi)的應(yīng)用研究聚焦離子束（FIB）加工原理FIB技術(shù)是利用靜電透鏡將離子束聚焦成極小尺寸的顯微加工技術(shù)，聚焦離子束（FIB）在電場作用下可被加速或減速，以任何能量與靶材發(fā)生作用，并且在固體中有很好的直進性；離子具有元素性質(zhì)，因此FIB與物質(zhì)相互作用時能產(chǎn)生許多可被利用的效應(yīng)。所以，F(xiàn)IB被廣泛應(yīng)用在離子束曝光、注入、刻蝕、沉積、鍍膜、拋光、鉆孔和研磨等領(lǐng)域液態(tài)金屬離子源是利用液態(tài)金屬在強電場作用下產(chǎn)生場致離子發(fā)射所形成的離子源。液態(tài)金屬離子源的基本結(jié)構(gòu)如圖’所示。目前商用FIB系統(tǒng)的粒子束是從液態(tài)金屬鎵中引出，由于鎵元素具有低熔點、低蒸汽壓以及良好的抗氧化力，因而液態(tài)金屬離子源中的金屬材料多為鎵液態(tài)金屬離子源結(jié)構(gòu)示意圖FIB修改過的集成電路FIB 的應(yīng)用集成電路芯片的修改運用FIB的濺射與沉積功能，可以將某一處的連線斷開，或?qū)⒛程幵瓉聿幌嘟拥牟糠诌B接起來光學(xué)掩模缺陷修補前后比較FIB 的應(yīng)用光刻掩模板缺陷的修復(fù)兩大類掩模缺陷：遮光缺陷與透光缺陷FIB 的應(yīng)用制作透射電鏡樣品無論透射電鏡（TEM）還是掃描透射電鏡（STEM）都需要制作非常薄的樣品，以便電子能夠穿透樣品，形成電子衍射圖像。傳統(tǒng)的制作TEM樣品的方法是機械切片研磨，用這種方法只能制作大面積樣品。采用FIB則可以對樣品的某一局部“切片”觀察