μέσω νηματοποίησης με υπερβραχείς παλμούς Laser Υπεύθυνη καθηγήτρια: κα. Ζεργιώτη

Μικροδομές με χρήση υπερβραχέων παλμών Laser (αυτός είναι μάλλον πιο ταιριαστός σαν τίτλος στην παρουσίαση που ακολουθεί) Ρουμπής Αθανάσιος Α.Μ

Υπερβραχείς παλμοί Laser: Διάρκεια: της τάξης των femtosecond(1 fs = 10 sec) Μεγάλη ένταση Μη γραμμική διάδοση

Νηματοποίηση παλμού Laser:

Μη γραμμικά φαινόμενα κατά τη διάδοση υπερβραχέων παλμών Laser: ΑυτοΕστίαση ΑυτοΔιαμόρφωση της φάσης Self-steepening

Φαινόμενο Αυτοεστίασης Διακύμανση της έντασης κατά μήκος του μετώπου διάδοσης =>διακύμανση του δείκτη διάθλασης =>αυτοεστίαση του παλμού N = N γρ + Ν μη_γρ

Αυτοδιαμόρφωση της φάσης (το χρονικό ανάλογο της αυτοεστίασης) Διαφορετικές εντάσεις κατά μήκος του παλμού ¨βλέπουν¨ διαφορετικό δείκτη διάθλασης.

Self-Steepening Πρόκειται για την αλλαγή στο περίγραμμα του παλμού, στη έλλειψη, δηλαδή, της ”ομαλότητας” που οφείλεται στις προαναφερθείσες μη γραμμικές διαδικασίες.

Μη γραμμικοί τρόποι ιονισμού (πέρασμα απ΄ τη ζώνη σθένους στην ζώνη αγωγιμότητας) Φωτοιονισμός: –Πολυφωτονικός –Μέσω φαινομένου σήραγγας –Συνδυασμός των παραπάνω Ιονισμός Χιονοστιβάδας

Μηχανισμοί Φωτοϊονισμού Αριστερά: Μηχανισμός Σήραγγας Κέντρο: Συνδυαστικός Ιονισμός Δεξιά: Πολυφωτονικός Ιονισμός

Ιονισμός Χιονοστιβάδας Ένα ιονισμένο ηλεκτρόνιο απορροφά αλλεπάλληλα φωτόνια Όταν η κινητική του ενέργεια υπερβεί το ενεργειακό χάσμα, μέσω κρούσης ιονίζει ένα δεύτερο ηλεκτρόνιο κ.ο.κ. Η δυναμική αυτή αύξηση των ηλεκτρονίων αγωγιμότητας, οδηγεί στην τάχιστη δημιουργία πλάσματος

Δημιουργία πλάσματος (νέφους ηλεκτρονίων αγωγιμότητας ) Μέσω των προαναφερθέντων οδηγούμαστε στη δημιουργία του πλάσματος: Η πυκνότητα του πλάσματος σταδιακά αυξάνεται. Μεγαλύτερη πυκνότητα οδηγεί σε υψηλότερο ρυθμό απορρόφησης ενέργειας(μεταφορά από την ακτινοβολία στο υλικό). Οδηγούμαστε σε τροποποίηση του διαφανούς υλικού.

Πρόκληση ζημιάς (τροποποίηση) στο εσωτερικό ενός διαφανούς μέσου ταχύτερος ρυθμός απορρόφησης από το ρυθμό διάχυσης της θερμότητας. αυξανόμενη αποθήκευση ενέργειας οδηγεί σε μόνιμη αλλαγή στη περιοχή(μm). Ο μηχανισμός τροποποίησης:

Διάταξη ακτινοβόλισης και μελέτης Εστίαση στο δείγμα: Μελέτη της μορφολογίας της δομής:

Για διαφορετικές παραμέτρους ακτινοβόλησης έχω διαφορετικές ¨ζημιές¨(δομές). (για κάθε υλικό) Ένας παλμός 110 fs των α)36nJ b)140nJ c)500nJ με 1.4 ΝΑ εστίαση Δομές από παλμούς 110fs εστιασμένοι από 1.4 ΝΑ φακό ως προς τον αριθμό και την ενέργεια 1 παλμός 110fs με a)50nJ, 0.45NA b)15nJ, 1.4NA c)500nJ, 0.45NA d)500nJ,1.4NA

Κάτοψη δομών που σχηματίστηκαν από διαδοχικούς παλμούς 30 fs,ενέργειας 5 nJ και εστιαμένοι με φακό 1.4ΝΑ, από ταλαντωτή Laser στα 25 MHz. 100 παλμοί στην 1η στήλη… στην τελευταία

Χάραξη 3D μνήμης σε διαφανές υλικό Μια φέτα δυαδικής μνήμης Με διαφορετικό κέντρο εστίασης κάθε φορά διατρέχουμε όλον τον όγκο του μέσου χαράζοντάς το.

Χάραξη κυματοδηγών (waveguides και wavesplitters) Χάραξη κυματοδηγού: -Απλός ταλαντωτής -παλμός 30 fs -ενέργειας 5 nJ -ταχύτητα δείγματος 20 mm/s Χάραξη wave-splitter: -με παρόμοιο τρόπο -οι κυματοδηγοί είναι πολύ κοντά μεταξύ τους ώστε στο σημείο διασταύρωσης μέρος της ακτίνας να μοιράζετε και στους 3.

Εστίαση παλμών σε υγρά Διάταξη ιονισμού και απεικόνισης Χρονική εξέλιξη της φυσαλίδας

Αλληλεπίδραση παλμών νερού Διάταξη που μετρά την δύναμη του κρουστικού κύματος Διάγραμμα μετρήσεων για femto και picosecond παλμούς(100fs, 200ps)

ΜικροΧειρουργική χρήση Χαρακτηριστικά: 1.Επεμβαίνει στο εσωτερικό των κυττάρων χωρίς να φθείρει το περίβλημα 2.Προκαλεί περιορισμένη ζημιά γύρω από το σημείο εστίασης

Μικροχειρουργική χρήση

Εφαρμογές στην βιολογική έρευνα Μελέτη των ενδοκυτταρικών δομών Διερεύνηση των μικροδιεργασιών

Διερεύνηση σχέσεων μεταξύ υποκυτταρικών οργανιδίων και των λειτουργιών τους

Διάταξη διαταραχής και απεικόνισης

Πηγές: Διατριβή του Chris B. Schaffer(για τον τίτλο Doctor of Philosophy in the subject of physics ), Harvard University/Interaction of femtosecond laser pulses with transparent materials, May 2001 Διπλωματική εργασία του Σταύρου Χριστόπουλου, ΣΕΜΦΕ (λοιπά στοιχεία δεν είναι διαθέσιμα λόγω προβλήματος που παρουσίασε το αρχείο στη φάση της διόρθωσης) Τα βιβλία της σχολής όπου χρειάστηκε