Você conhece a aplicação industrial dos lasers DPSS? (Parte 3)

Lasers de estado sólido DPSSé um produto a laser de alto desempenho, uma nova geração de laser de estado sólido com longa vida útil, baixo consumo de energia, alta estabilidade, alta relação sinal-ruído, alta qualidade do feixe e pode ser miniaturizado e outras vantagens.

5. Tecnologia quântica

O campo emergente da tecnologia quântica promete desenvolvimentos significativos em vários campos, incluindo metrologia, segurança cibernética e computação. Já existem muitas organizações que dependem de relógios atômicos para fazer as medições de tempo mais precisas, e há um movimento massivo para trazer gravímetros quânticos do laboratório para o campo para monitorar o fluxo de magma em calotas polares e vulcões. As empresas de exploração de petróleo encontraram um vazamento dentro de milhares de quilômetros de oleodutos sob o mar, muito caro para a indústria. O GPS agora é usado todos os dias em carros, telefones celulares ou, mais recentemente, em dispositivos inteligentes iot. Mas o que acontece se você entrar em um longo túnel ou quiser cavar fundo no subsolo? A tecnologia atual carece da precisão necessária para ajudá-lo a navegar nessa situação, mas "Posicionamento, Navegação e Tempo" (PNT para abreviar) é uma das principais tecnologias que estão sendo desenvolvidas à medida que a pesquisa da tecnologia quântica avança.

A tecnologia quântica se concentra no uso de partículas ou átomos precisos e estáveis, e a compreensão das propriedades desses átomos nos ajuda a melhorar a precisão de nossas medições de tempo e espaço. Para poder interagir com esses átomos, eles primeiro precisam ser desacelerados ou "resfriados" para serem examinados mais detalhadamente. Para resfriar átomos e examiná-los, é usada luz altamente coerente, como lasers de estado sólido bombeados por diodo (DPSS). Em aplicações quânticas, quanto mais estreita a largura de linha do laser, melhor o sinal esperado do átomo. Também é importante escolher o comprimento de onda associado ao átomo a ser capturado. Com o desenvolvimento e miniaturização de um relógio de ponto óptico, a precisão do GPS abaixo do nível do milímetro pode ser alcançada. Devido à precisão desses dispositivos, espera-se também que sejam autossustentáveis, sem a necessidade de comunicações contínuas por satélite. Os sensores quânticos são outro ramo das aplicações QT que têm o potencial de melhorar as aplicações atuais de gravidade e magnetometria, ambas as quais podem ser usadas para sondar estruturas subterrâneas ou até mesmo encontrar objetos no oceano profundo.

6. Fluorescência

Fotoluminescência é um termo geral que abrange tanto a fluorescência quanto a fosforescência. No sentido mais estrito, a fluorescência é a luz emitida da excitação para um dos estados singleto dentro do material - geralmente uma emissão muito rápida após a excitação - enquanto a fosforescência é a luz emitida do estado triplete - resultando em emissão de luz mais lenta e atrasada.

A fotoluminescência é uma forma de luminescência - a emissão de luz por um material causada pela absorção de energia - que por sua vez absorve energia luminosa, fazendo com que o material emita em diferentes comprimentos de onda.

Esses termos geralmente não são usados ​​dessa maneira específica e geralmente a fluorescência pode ser considerada como um rápido processo de luminescência após a excitação, geralmente no nível de nanossegundo ou abaixo dele, em contraste com a fosforescência mais lenta, que geralmente é considerada no nível de microssegundo ou acima. . Embora as fontes de luz de banda larga possam produzir muita fotoluminescência, muitas aplicações requerem precisão hiperespectral e espacial, como microscopia confocal, inspeção de defeitos de cristal ou misturas dinâmicas de corantes fluorescentes e fluoróforos.

Muitas aplicações combinam fluorescência com outras medições, como Raman, onde a capacidade de ambas as técnicas de usar a mesma fonte de excitação simplifica a integração e a análise dos dados. Um exemplo típico é a fabricação e pesquisa de células solares, onde duas técnicas são usadas para analisar superfícies altamente estruturadas - por exemplo, fluorescência para verificar propriedades inerentes, como tempo de vida ou eficiência do portador, e microscopia Raman para determinar a uniformidade do recurso.

7. Pinças ópticas

Também conhecidas como manipulação ótica ou captura ótica, as pinças óticas são uma técnica que permite o uso de lasers altamente focados para capturar e movimentar pequenas partículas. Quando o laser é focalizado na partícula, ele sofre uma mudança no índice de refração e muda levemente sua direção de deslocamento, movendo-se ao longo de um gradiente de força do campo elétrico. Isso exerce a força oposta na partícula e, se a partícula for menor que o próprio feixe, faz com que ela fique "presa" no centro da cintura do feixe, onde a intensidade do campo elétrico é maior.

Isso provou ser uma ferramenta muito útil em muitas áreas. Tudo, desde átomos individuais até minúsculas máquinas personalizadas e células biológicas, está sendo manipulado usando essa tecnologia. A maioria das amostras biológicas não são danificadas pela radiação NIR (por exemplo, 1064 nm). Como resultado, os cientistas agora podem isolar facilmente bactérias e vírus individuais para estudo sem interferência mecânica com eles. A chave para esta tecnologia é obter uma "aderência firme" nas partículas, é excelente potência e estabilidade de pontaria, bem como excelente circularidade do feixe e baixo ruído.

8. Gravação de fotos

A litografia é a transferência de um padrão desenhado para uma superfície plana, diretamente ou através de um meio intermediário - excluindo áreas de superfície onde o padrão não é necessário. Na litografia com fotomáscara, o desenho é modelado no substrato e um laser é usado para expor o padrão, permitindo que o material depositado seja gravado em preparação para processamento posterior. Este método de litografia é amplamente utilizado na produção em massa de chips semicondutores.

A capacidade de projetar imagens nítidas de pequenos recursos no chip é limitada pelo comprimento de onda da luz usada. As atuais ferramentas de litografia de última geração usam luz ultravioleta profunda (DUV), e esses comprimentos de onda continuarão abrangendo ultravioleta profundo (193 nm), ultravioleta a vácuo (157 nm e 122 nm) e ultravioleta distante (47 nm e 13 nm). nm) no futuro. Para os mercados de IC, MEMS e biomédico, onde a demanda por uma ampla variedade de recursos e tamanhos de substrato está crescendo, produtos complexos e frequentes mudanças de projeto aumentam o custo de fabricação dessas soluções altamente personalizadas em volumes menores. As soluções de litografia baseadas em fotomáscara tradicional (fotomáscara) não são econômicas nem práticas para muitas dessas aplicações, onde o custo e o tempo necessários para projetar e fabricar um grande número de conjuntos de máscaras podem aumentar rapidamente.

No entanto, as aplicações de litografia sem máscara não são afetadas pelos requisitos de comprimento de onda ultravioleta muito curto, em vez disso, usam lasers nas faixas azul e ultravioleta. Na litografia sem máscara, o laser cria mícrons e nanoestruturas diretamente na superfície do material fotossensível. Este método geral de litografia não depende de consumíveis de máscara e pode fazer alterações de layout rapidamente. Como resultado, a prototipagem e o desenvolvimento rápidos se tornam mais fáceis, com a vantagem de ter maior flexibilidade de design, mantendo uma cobertura de grande área (como wafers semicondutores de 300 mm, monitores de tela plana ou PCBS).

Para atender às necessidades de produção rápida, os lasers de litografia sem máscara têm características semelhantes às usadas em aplicações de fotomáscara:

Fontes de ondas contínuas com potência de longo prazo e estabilidade de comprimento de onda e larguras de linha estreitas significam menos variação na assinatura da máscara.

A estabilidade de longa duração com pouca ou nenhuma manutenção ou interrupção dos ciclos de produção é importante para ambas as aplicações.

Os lasers DPSS com largura de linha estreita ultraestável, estabilidade de comprimento de onda e estabilidade de potência são adequados para ambos os métodos de litografia.

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