Διαμόρφωση δεσμών λέιζερ για χρήση στον πολυφωτονικό πολυμερισμό

RDF 

 
Το τεκμήριο παρέχεται από τον φορέα :
Πανεπιστήμιο Κρήτης
Αποθετήριο :
E-Locus Ιδρυματικό Καταθετήριο
δείτε την πρωτότυπη σελίδα τεκμηρίου
στον ιστότοπο του αποθετηρίου του φορέα για περισσότερες πληροφορίες και για να δείτε όλα τα ψηφιακά αρχεία του τεκμηρίου*
κοινοποιήστε το τεκμήριο



Σημασιολογικός εμπλουτισμός/ομογενοποίηση από το EKT
2014 (EL)
Laser beam shaping for multi-photon polymerization
Διαμόρφωση δεσμών λέιζερ για χρήση στον πολυφωτονικό πολυμερισμό

Μανουσιδάκη, Μαρία Ι.

Τζωρτζάκης, Στέλιος
Φαρσάρη, Μαρία
Παπάζογλου, Δημήτρης
Φωτάκης, Κωνσταντίνος

Τα τελευταία χρόνια μία νέα κατηγορία μη-περιθλώμενων δεσμών έχει προταθεί, οι Airy δέσμες πεπερασμένη ενέργειας. Το Airy κυματο-πακέτο παρουσιάζει εξωτικές ιδιότητες όπως την μοναδική του ιδιότητα να επιταχύνεται ελεύθερα, ακολουθώντας μία παραβολική τροχιά, ενώ διατηρεί ένα σταθερής διαμέτρου κεντρικό φωτεινό λοβό κατά την διάδοση του. Οι ακτινικά συμμετρικές Airy δέσμες ή αλλιώς ring-Airy δέσμες, πρωτοπροτάθηκαν αρκετά προσφάτως (2010). Αυτές οι δέσμες μπορούν να αυτοεστιάζονται απότομα καθώς διαδίδονται μεταφέροντας υψηλές εντάσεις στη θέση αυτοεστίασής τους. Αυτές οι μη-περιθώμενες δέσμες ελκύουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον εξαιτίας των αξιοσημείωτων χαρακτηριστικών τους. Είναι αρκετά ενδιαφέρον το γεγονός ότι τέτοιες δέσμες παρουσιάζουν μεγάλο working distance, ισχυρή εστίαση σε μικρό εστιακό όγκο ενώ μη γραμμικά φαινόμενα που μπορούν να προκύψουν κατά τη διάδοσή τους μπορεί να θεωρηθούν εξαιρετικά εντυπωσιακά. Σε αυτή την μεταπτυχιακή εργασία, παρουσιάζουμε ring-Airy δέσμες που έχουμε παράξει πειραματικά χρησιμοποιώντας μία Fourier Transform (FT) προσέγγιση και μία μέθοδο με την οποία μπορεί κανείς να ελέγξει χωρικά την θέση αυτοεστίασης αυτών των δεσμών. Οι ακτινικά συμμετρική Airy κατανομή μπορεί να προκύψει από την κατάλληλη κατά Fourier μετατροπή μιας κατάλληλα τροποποιημένης, εισερχόμενης στο σύστημά μας δέσμης. Συγκεκριμένα, μια Gaussian δέσμη διαμορφώνεται κατάλληλα μέσω ενός χωρικού διαμορφωτή φωτός (Spatial light modulator- SLM) και εν συνεχεία αφού υποστεί FT μετατροπή, θα αποκτήσει την ring-Airy κατανομή. Τροποποιώντας τα χαρακτηριστικά τέτοιων δεσμών στο επίπεδο όπου αυτές παράγονται, αποδεικνύουμε τον έλεγχο του working distance αυτών των δεσμών αλλά και των διαστάσεων και του σχήματος της εστίας που δημιουργούν. Δείχνουμε ότι η παραγόμενη ring-Airy δέσμη εμφανίζει όγκο εστίας μεγάλου aspect ratio (λόγος μήκους προς διάμετρο όγκου εστίας), και ότι το εστιακό voxel (όγκος εστίας) μπορεί να δημιουργηθεί σε διαφορετικές αποστάσεις αυτοεστίασης διατηρώντας σχεδόν αμετάβλητες τις διαστάσεις του. Επιπλέον, κάνουμε σύγκριση των ring-Airy με Bessel δέσμες. Οι αξιοσημείωτες ιδιότητες που περιγράφηκαν παραπάνω, θέτουν τις ring-Airy δέσμες ιδανικές για να εφαρμοστούν στην τεχνική άμεσης εγγραφής με λέιζερ μέσω του πολυφωτονικού πολυμερισμού. Ο πολυφωτονικός πολυμερισμός ενός φωτοευαίσθητου υλικού επιτρέπει την κατασκευή τρισδιάστατων μίκρο & νάνο- δομών. Όταν μία fs λέιζερ δέσμη υπερύθρου εστιαστεί ισχυρά μέσα στον όγκο ενός φωτοευαίσθητου υλικού, οι fs διάρκειας παλμοί του λέιζερ θα προκαλέσουν πολυφωτονικό πολυμερισμό μόνο στον όγκο της εστίας και τρισδιάστατες δομές μπορούν να παραχθούν κινώντας το δείγμα στις τρείς διαστάσεις. Το ελεγχόμενου μήκους working distance και ο μεγάλου aspect ratio εστιακός όγκος των ring-Airy δεσμών, αντιμετωπίζουν επιτυχώς το πρόβλημα που συχνά τίθεται για το πόσο ψηλές δομές μπορεί κανείς να πραγματοποιήσει μέσω του πολυφωτονικού πολύμερισμου. Έτσι καταφέρνουμε να σας παρουσιάσουμε τρισδιάστατες δομές που κατασκευάστηκαν με τη χρήση ring-Airy δεσμών στις οποίες επιτράπηκε να αυτοεστιαστούν μέσα στον όγκο του φωτοευαίσθητου υλικού και σκανάρουν άμεσα το δείγμα στο χ-y επίπεδο. Εν κατακλείδι, πλήρως ελεγχόμενες ring-Airy δέσμες παράχθηκαν πειραματικά και εφαρμόστηκαν στην τεχνική του ποφωτονικού πουμερισμού για την κατασκευή τρισδιάσταων δομών μεγάλου ύψους. Αυτές οι δέσμες παρουσιάζουν μεγάλου aspect ratio εστιακό όγκο, ο οποίος μπορεί να μετακινείται σε διαφορετικές αποστάσεις αυτοεστίασης παραμένοντας σχεδόν αναλλοίωτος στις διαστάσεις του. Τέλος, παραδείγματα τρισδιάστατων δομών που κατασκευάστηκαν με την χρήση τέτοιων δεσμών παρουσιάζονται αλλά και θεωρητική και πειραματική σύγκριση των ring-Airy με τις Bessel δέσμες. (EL)
It is the past few years that a new type of non-diffracting beams, finite-energy Airy beams, was first introduced. The Airy wavepacket features the unique property to freely accelerate, following a parabolic trajectory, while keeping a constant central lobe diameter over propagation. Radially symmetric Airy beams or the so-called ring-Airy beams, were recently shown. These beams can abruptly autofocus, along their propagation, delivering high intensity contrast at the focus position. These non-diffractive beams have attracted a great deal of interest due to their remarkable characteristics. It is quite interesting the fact that such beams present long working distances, tight focusing and small focal volumes, while nonlinear propagation effects can be very exciting. In the following Master Thesis, we demonstrate experimentally generated ring-Airy beams using a Fourier Transform (FT) approach and a simple method to spatially control their autofocus position. The radially symmetric Airy distribution can be generated using the FT of a properly modulated input wave. In particular, a Gaussian beam is modulated; using a phase reflecting only spatial light modulator (SLM), and its FT will give the ring-Airy distribution. By modulating the characteristics of such beams at the plane of generation, we prove that we control the working distance of these beams and the focal voxel dimensions and shape. We show that the generated ring Airy beams have a high aspect ratio focal voxel that can be positioned at different working distances keeping almost invariant its dimensions and shape. Moreover, we report on parametric results of such ring Airy beams and demonstrate that the working distance control of Bessel beam is also possible. These notable abilities of ring Airy beams make them ideal candidates for direct laser writing by Multi-photon polymerization. Multi-photon polymerization (MPP) of photosensitive materials allows one to fabricate complicated three-dimensional (3D) microstructures. When a fs infrared laser is tightly focused into the volume of a photosensitive resin, femtosecond laser pulses can cause MPP and produce structures with sub-micrometers resolution and lower. The controllable, long working distance and the high aspect ratio focal volume, surpass the restrictions set to the overall height of a 3D structure when using Gaussian beams and small working distance, high NA objective lenses; and long-range MPP can be achieved. Therefore, we present 3D structures made using ring-Airy beams that were set to autofocus inside the volume of a photoresist while the sample was moved only on the x-y plane. In conclusion, tunable ring Airy beams are employed for direct laser writing using Multi-photon polymerization. These beams present high aspect ratio focal voxels which can be shifted at different working distances while remains almost invariant, an attribute that makes these beams ideal candidates for long range Multi-photon polymerization. Examples of fabricated 3D microstructures are presented as well as theoretical calculations and comparison with Bessel beams. (EN)

text

Αυτοεστιαζόμενες δέσμες
Bessel beams
Bessel δέσμες
Ring-airy beams
Ακτινικά συμμετρικές δέσμες
Έλεγχος της ενεργούς απόστασης ενός φακού
Working distance control
Autofocusing beams
Τεχνική άμεσης εγγραφής με λέιζερ
Direct laser writing

Πανεπιστήμιο Κρήτης (EL)
University of Crete (EN)

2014-11-21




*Η εύρυθμη και αδιάλειπτη λειτουργία των διαδικτυακών διευθύνσεων των συλλογών (ψηφιακό αρχείο, καρτέλα τεκμηρίου στο αποθετήριο) είναι αποκλειστική ευθύνη των αντίστοιχων Φορέων περιεχομένου.