Connaissez-vous l'application industrielle des lasers DPSS ? (Partie 3)

Lasers à solide DPSSest un produit laser haute performance, une nouvelle génération de laser à semi-conducteurs avec une longue durée de vie, une faible consommation d'énergie, une stabilité élevée, un rapport signal/bruit élevé, une qualité de faisceau élevée, et peut être miniaturisé et d'autres avantages.

5. Technologie quantique

Le domaine émergent de la technologie quantique promet des développements importants dans divers domaines, notamment la métrologie, la cybersécurité et l'informatique. Il existe déjà de nombreuses organisations qui s'appuient sur les horloges atomiques pour effectuer les mesures de temps les plus précises, et il y a un mouvement massif pour apporter des gravimètres quantiques du laboratoire au terrain pour surveiller le flux de magma dans les calottes glaciaires et les volcans. Les sociétés d'exploration pétrolière ont découvert une fuite à l'intérieur de milliers de kilomètres de pipelines sous la mer, trop coûteux pour l'industrie. Le GPS est désormais utilisé tous les jours dans les voitures, les téléphones portables ou, plus récemment, dans les appareils intelligents iot. Mais que se passe-t-il si vous entrez dans un long tunnel ou si vous souhaitez creuser profondément sous terre ? La technologie actuelle n'a pas la précision nécessaire pour vous aider à naviguer dans cette situation, mais "Positionnement, navigation et synchronisation" (PNT en abrégé) est l'une des technologies clés en cours de développement à mesure que la recherche sur la technologie quantique progresse.

La technologie quantique se concentre sur l'utilisation de particules ou d'atomes précis et stables, et la compréhension des propriétés de ces atomes nous aide à améliorer la précision de nos mesures du temps et de l'espace. Pour pouvoir interagir avec ces atomes, il faut d'abord les ralentir ou les "refroidir" afin de les examiner plus en profondeur. Pour refroidir les atomes et les examiner, une lumière hautement cohérente est utilisée, comme les lasers à semi-conducteurs pompés par diodes (DPSS). Dans les applications quantiques, plus la largeur de raie du laser est étroite, meilleur est le signal attendu de l'atome. Il est également important de choisir la longueur d'onde associée à l'atome à capturer. Avec le développement et la miniaturisation d'une horloge à points optique, une précision GPS inférieure au millimètre peut être obtenue. En raison de la précision de ces appareils, ils devraient également être autonomes, sans avoir besoin de communications satellites continues. Les capteurs quantiques sont une autre branche des applications QT qui ont le potentiel d'améliorer les applications actuelles de gravité et de magnétométrie, qui peuvent toutes deux être utilisées pour sonder des structures souterraines ou même trouver des objets dans l'océan profond.

6. Fluorescence

La photoluminescence est un terme général qui couvre à la fois la fluorescence et la phosphorescence. Au sens le plus strict, la fluorescence est la lumière émise par l'excitation vers l'un des états singulet dans le matériau - généralement une émission très rapide après excitation - tandis que la phosphorescence est la lumière émise par l'état triplet - entraînant une émission de lumière plus lente et plus retardée.

La photoluminescence est une forme de luminescence - l'émission de lumière par un matériau provoquée par l'absorption d'énergie - qui à son tour absorbe l'énergie lumineuse, provoquant l'émission du matériau à différentes longueurs d'onde.

Ces termes ne sont généralement pas utilisés de cette manière spécifique, et généralement la fluorescence peut être considérée comme un processus de luminescence rapide après excitation, généralement au niveau de la nanoseconde ou en dessous, contrairement à la phosphorescence plus lente, qui est généralement considérée au niveau de la microseconde ou au-dessus. . Alors que les sources lumineuses à large bande peuvent produire beaucoup de photoluminescence, de nombreuses applications nécessitent une précision hyperspectrale et spatiale, telles que la microscopie confocale, l'inspection des défauts cristallins ou des mélanges dynamiques de colorants fluorescents et de fluorophores.

De nombreuses applications combinent la fluorescence avec d'autres mesures, telles que Raman, où la capacité des deux techniques à utiliser la même source d'excitation simplifie l'intégration et l'analyse des données. Un exemple typique est la fabrication et la recherche de cellules solaires, où deux techniques sont utilisées pour analyser des surfaces hautement structurées - par exemple, la fluorescence pour vérifier les propriétés inhérentes telles que la durée de vie ou l'efficacité du porteur, et la microscopie Raman pour déterminer l'uniformité des caractéristiques.

7. Pincettes optiques

Également appelée manipulation optique ou capture optique, la pince optique est une technique qui permet l'utilisation de lasers hautement focalisés pour capturer et déplacer de petites particules. Lorsque le laser est focalisé sur la particule, il subit un changement d'indice de réfraction et change légèrement sa direction de déplacement, se déplaçant le long d'un gradient d'intensité de champ électrique. Cela exerce la force opposée sur la particule, et si la particule est plus petite que le faisceau lui-même, la fait "piéger" au centre de la taille du faisceau, où l'intensité du champ électrique est la plus grande.

Cela s'est avéré être un outil très utile dans de nombreux domaines. Tout, des atomes individuels aux minuscules machines personnalisées, en passant par les cellules biologiques, est manipulé à l'aide de cette technologie. La plupart des échantillons biologiques ne sont pas endommagés par le rayonnement NIR (par exemple 1064 nm). En conséquence, les scientifiques peuvent désormais facilement isoler des bactéries et des virus individuels pour les étudier sans interférence mécanique avec eux. La clé de cette technologie est d'obtenir une "adhérence ferme" sur les particules, une excellente stabilité de puissance et de pointage, ainsi qu'une excellente rondeur du faisceau et un faible bruit.

8. Photogravure

La lithographie est le transfert d'un motif conçu sur une surface plane, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un support intermédiaire - à l'exclusion des surfaces où le motif n'est pas nécessaire. Dans la lithographie photomasque, la conception est modelée sur le substrat et un laser est utilisé pour exposer le motif, permettant au matériau déposé d'être gravé en vue d'un traitement ultérieur. Cette méthode de lithographie est largement utilisée dans la production de masse de puces semi-conductrices.

La capacité de projeter des images nettes de petites caractéristiques sur la puce est limitée par la longueur d'onde de la lumière utilisée. Les outils de lithographie de pointe actuels utilisent la lumière ultraviolette profonde (DUV), et ces longueurs d'onde continueront à couvrir l'ultraviolet profond (193 nm), l'ultraviolet sous vide (157 nm et 122 nm) et l'ultraviolet lointain (47 nm et 13 nm) à l'avenir. Pour les marchés des circuits intégrés, des MEMS et biomédicaux, où la demande pour une large gamme de fonctionnalités et de tailles de substrats augmente, les produits complexes et les changements de conception fréquents augmentent le coût de fabrication de ces solutions hautement personnalisées à des volumes inférieurs. Les solutions de lithographie traditionnelles à base de photomasques (photomasques) ne sont ni économiques ni pratiques pour bon nombre de ces applications, où le coût et le temps requis pour concevoir et fabriquer un grand nombre d'ensembles de masques peuvent s'additionner rapidement.

Cependant, les applications de lithographie sans masque ne sont pas affectées par les exigences de longueur d'onde ultraviolette très courte, utilisant à la place des lasers dans les gammes bleue et ultraviolette. En lithographie sans masque, le laser crée des microns et des nanostructures directement à la surface du matériau photosensible. Cette méthode de lithographie générale ne repose pas sur des consommables de masque et peut apporter des modifications de mise en page rapidement. En conséquence, le prototypage et le développement rapides deviennent plus faciles, avec l'avantage d'avoir une plus grande flexibilité de conception tout en maintenant une couverture de grande surface (comme les tranches de semi-conducteurs de 300 mm, les écrans plats ou les PCB).

Pour répondre aux besoins de production rapide, les lasers de lithographie sans masque présentent des caractéristiques similaires à celles utilisées dans les applications de photomasque :

Les sources d'ondes continues avec une stabilité de puissance et de longueur d'onde à long terme et des largeurs de ligne étroites signifient moins de variation dans la signature du masque.

La stabilité à long terme avec peu ou pas de maintenance ou d'interruption des cycles de production est importante pour les deux applications.

Les lasers DPSS avec une largeur de raie étroite ultra-stable, une stabilité de longueur d'onde et une stabilité de puissance sont bien adaptés aux deux méthodes de lithographie.

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