通过在焦点处创建高纯度纵向场，在远场800 nm波长的空气中实现分辨率为10 nm的激光材料加工

文章图片

文章图片

长三角G60激光联盟导读
据悉，曼彻斯特大学研究人员通过在焦点处创建高纯度纵向场，在远场800 nm波长的空气中实现分辨率为10 nm的激光材料加工。
【通过在焦点处创建高纯度纵向场，在远场800 nm波长的空气中实现分辨率为10 nm的激光材料加工】在半导体和数据存储设备制造中，人们希望以低成本快速在目标材料上生产出具有高深宽比小于30纳米的特征尺寸。然而，光学衍射限制了最小的聚焦激光束直径约为激光波长的一半(λ/2) 。现有可实现的纳米尺度制造的方法主要是基于昂贵的极紫外(EUV)技术，在衍射极限内。在本文中，研究人员展示了一种新方法，在远场800 nm左右的红外激光波长的空气中，实现材料加工分辨率降至10 nm (λ/80) ，远远超过光学衍射极限。生成纯度为94.7%的高质量纵向场来实现这种超分辨率。通过实验，比较了不同类型光场在抛光硅、铜和蓝宝石上产生的烧蚀坑。直径10-30纳米的孔在蓝宝石上产生，深宽比超过16 ，零锥度，单脉冲100-120 nJ脉冲能量。单脉冲激光照射下产生的50 nm以下高展弦比孔洞在激光加工中很少见，这表明了一种新的材料随纵向场而被去除的机制。实验距离(镜头到目标)约170μm ，因此材料加工在远场。锥形纳米孔也可以通过调整镜头到目标距离来产生。在本文中，研究人员通过实验证明了具有前所未有的高纯度(94.7%)的纵向飞秒激光场(即平行于光轴)及其与抛光铜和蓝宝石的相互作用。采用800 nm波长飞秒激光光源和一对空间光调制器(SLMs)在双4-f光学布置中开发了一种新的光学装置，以定制激光光场，实现高质量和均匀的光束，以实现衍射控象法程序(即从高斯光束生成准直窄环形光束) ，并校正0.95 NA物镜的球差。实验包括使用0.75 NA的非平面透镜聚焦光束以确认纵向场的存在，并使用0.95 NA的透镜来了解聚焦纵向场的特征。为了了解纵向场对激光材料加工的影响，比较了一些偏振状态、光束强度分布和波前烧蚀剖面。给出了纵向场的理论建模和讨论。材料加工的分辨率(10纳米，即λ/80)远远超出远场衍射极限在抛光蓝宝石在空气中演示。在第一组实验中，采用0.75 NA具有衍射控象法程序的透镜进行纵向场的确认。研究人员用0.75 NA的非平面物镜聚焦线性、径向和方位偏振的激光束。光束整形系统使用第一个SLM(以下简称SLM-1)来诱导衰变函数，第二个SLM(以下简称SLM-2)用作反射镜。

图1:0.75 NA物镜下的激光强度分布和材料加工效果。 a物镜前的激光束强度剖面。衍射控象法程序设置为0.75-0.00 NA(全孔径照明，在顶部) ， 0.75-0.35 NA(厚环形照明，中间) ， 0.75-0.65 NA(薄环形照明，底部) 。 b d f在衍射控象法程序下，用激光光束的方位、径向和线偏振对抛光硅进行单脉冲烧蚀。 c e g在衍射控象法程序下，具有方位极化、径向极化和线性极化的聚焦光束强度截面的对应模拟结果。 b、d、f中的红色符号表示不同偏振的E场方向。在第二组实验中，纵向场由0.95 NA球面像差校正透镜产生，以表征其与硅和铜的相互作用。

图2:不同脉冲能量下单脉冲激光烧蚀硅的方位极化效应和种族极化效应比较。全口径高斯光束单脉冲烧蚀抛光硅，在脉冲能量为a 210 nJ b 120 nJ和c 30 nJ的条件下，使用0.95 NA物镜。 d方向极化和径向极化的光束强度截面的相对模型。接下来还进行了基于SLM-1的激光束三维强度分布整形。如图3a、d、g所示，将准直后的激光束强度分布设置为全口径高斯光束、全口径平顶光束和0.95-0.90 NA环形光束，并用光束轮廓仪进行验证。

图3:光束轮廓和偏振状态对激光烧蚀铜的影响比较。 a d g准直激光光束强度截面，形状为0.95-0.00 NA高斯光束、0.95-0.00 NA平顶光束和0.95-0.90 NA环形光束，用光束轮廓仪检测。 b c e f h i单脉冲烧蚀对抛光铜的影响以及径向和方位极化下相对焦点点建模的结果。在第三组实验中，采用腐蚀函数增强了蓝宝石烧蚀的纵向场，并采用与之前相同的方法分析了工艺特性。利用基于SLM-1的光束衰减函数生成薄环形准直光束，可以在一定范围内减小球差。小孔的产生证实了纵向场的优势，与方位极化和线极化产生的横向场相比，纵向场具有更清晰的强度分布或更好的分辨率。值得一提的是，尽管纵向场的吸收效率低于横向场的吸收效率，但通过使用衍射控象法程序，大部分位于高斯中心区域的激光束被移除，从而几乎没有能量用于横向场的产生，这是产生亚衍射极限制造的高纯度纵向场的关键因素。

通过在焦点处创建高纯度纵向场，在远场800 nm波长的空气中实现分辨率为10 nm的激光材料加工

推荐阅读

如何找寻自我

缝纫机调线器怎么安装平车方法如何

强组词强字组词

火笋鸡翅的做法（增肥食谱）

闺女生日快乐祝福语朋友圈

LV请来潮牌设计师做艺术总监，看中的是啥

老虎豆怎么做好吃老虎豆图片怎样弄来吃

暖气有流水声是什么原因

皮球是什么体

手机怎样开通QQ空间

男生发mua说明 mua是什么意思

手指盖凹陷怎么回事

对自己的生活失去掌控咋调整

小米10s怎么没有月亮模式

我想找个偏僻的地方搞养殖！有没有推荐的地方？

南京养老金认证上门服务怎么申请南京市养老金认证

如何评价猪场阉割猪？

最后一个字是豹的成语

泰山散酒怎么样

猫发情的声音(猫发情的叫声)