Le déanaí, d'fhorbair grúpa taighde Qiu Min ag an Ionad Taighde Tionscail Todhchaí agus an Scoil Innealtóireachta in Ollscoil Westlake cineál nua gléas fótóin cairbíde sileacain a fhéadann an fhadhb sruth teirmeach i bpróiseáil léasair ardchumhachta a laghdú go héifeachtach. D'úsáid an fhoireann teicneolaíocht leathsheoltóra chun superlens 4H-Sic ard-chliatháin a ullmhú, arna thagarmharcáil i gcoinne lionsaí oibiachtúla tráchtála ardfheidhmíochta, agus bhain siad díriú ar dhíraonadh. Tar éis ionradaíocht léasair ardchumhachta fadtéarmach, tá feidhmíocht na bhfeistí fós seasmhach agus níl aon tionchar ag ionsú teasa air. Is ionann an gnóthachtáil seo agus ceannródaíocht mhór i gcórais léasair ardchumhachta agus osclaíonn sé dearcthaí nua chun iad a chur i bhfeidhm agus a fheabhsú éifeachtúlachta. Foilsíodh na torthaí taighde ábhartha sa International Journal Advanced Materials faoin teideal "4H -sic Metalens: Éifeacht Drift Teirmeach a Mhaosú in Ionradaíocht Léasair Ardchumhachta".
Cúlra taighde
I bpróiseáil léasair, tá sé ríthábhachtach díriú bíoma cruinn. Mar sin féin, mar gheall ar sheoltacht theirmeach íseal na n-ábhar lionsa oibiachtúil traidisiúnta, tá sé deacair teas a dhíscaoileadh ar bhealach tráthúil agus éifeachtach faoi ionradaíocht léasair ardchumhachta, agus mar thoradh air sin dífhoirmiú nó leá an lionsa mar gheall ar strus teirmeach, is cúis le sruth fócais, Díghrádú feidhmíochta optúil, agus fiú damáiste dochúlaithe. Ní hamháin go dtéann an fhadhb sruth teirmeach seo i bhfeidhm ar chruinneas na próiseála, ach cuireann sé teorainn le héifeachtúlacht táirgthe agus iontaofacht trealaimh. Cé gur féidir feistí fuaraithe a úsáid chun an fhadhb diomailt teasa a mhaolú, méadaíonn sé toirt, meáchan agus costas an chórais, agus laghdaíonn sé comhtháthú agus infheidhmeacht na feiste. Dá bhrí sin, tá géarghá le cineál nua feiste optúil a fhéadann sruth teirmeach a chosc i bpróiseáil léasair ardchumhachta agus ag an am céanna feidhmíocht optúil ard agus méid dlúth a choinneáil.
Mar ábhar leathsheoltóra tríú glúin, tá tréithe den scoth ag Silicon Carbide (SIC), mar shampla bandgap leathan, seoltacht ard teirmeach, caillteanas íseal sa bhanda infheicthe ag an mbanna infridhearg, agus cruas meicniúil den scoth. Taispeánann sé poitéinseal mór i bhfeistí leictreonacha ardchumhachta, i bhfeistí ardteochta agus ardmhinicíochta, optoelectronics agus optaic. Le níos mó ná 20 bliain de thaithí i dteicneolaíocht próiseála micrea-nana, tá teicneolaíocht próiseála nanostruchtúir ard-chuimiltí, ard-chuimilte forbartha ag grúpa taighde Qiu Min atá comhoiriúnach le mais-tháirgeadh d'ábhair 4H-SiC. Bunaithe ar an raon leathan cumais próiseála sa phróiseas seo, dhear an fhoireann superlens mór-chliatháin 4H-SiC ag tagairt do tháscairí optúla lionsaí oibiachtúla tráchtála ardfheidhmíochta. Sa deireadh, d'éirigh leis an bhfoireann taighde feistí Superlens ardfheidhmíochta a bhaint amach go rathúil ar féidir leo oibriú go cobhsaí agus buan faoi choinníollacha géara, ag freastal ar riachtanais dhiana an tionscail maidir le feistí tarchuir i bpróiseáil léasair ardchumhachta agus forbairt na dtionscal gaolmhar a chur chun cinn.
Buaicphointí Taighde
Sa staidéar seo, dhearaigh agus d'ullmhaigh grúpa taighde Qiu Min superlens aonchineálach 4H-SiC, a bhain feidhmíocht optúil amach i gcomparáid le lionsaí oibiachtúla tráchtála, agus a laghdaigh go rathúil an éifeacht sruth teirmeach faoi ionradaíocht léasair ardchumhachta (mar a thaispeántar i bhFigiúr 1) . Tá na buntáistí a bhaineann le hinnéacs ard athraonta, caillteanas íseal sa raon speictreach atá infheicthe go dtí an raon speictreach infheicthe, cruas meicniúil den scoth, friotaíocht cheimiceach, agus seoltacht ard teirmeach ag an ábhar 4H-SiC roghnaithe. Taispeánann na torthaí tástála optúla go bhfuil feidhmíocht optúil ag na superlens 4H-SiC atá inchomparáide le feidhmíocht lionsaí oibiachtúla tráchtála. Sa tástáil ionradaíochta léasair ardchumhachta, rinneadh insamhladh ar phróiseáil leanúnach fhadtéarmach faoi choinníollacha oibre crua, agus léirigh na superlens 4H-SiC feidhmíocht chobhsaí, agus fáil réidh leis an spleáchas ar chórais fuaraithe chasta, ag oscailt ionchais nua iarratais do fhótóiní SIC .
Déantar an Superlens 4H-SiC seo a thagarmharcáil i gcoinne lionsa oibiachtúil tráchtála ardfheidhmíochta (Mitutoyo 378-822-5), le sprioc dearaidh de 0. 5 Cró uimhriúil (NA) agus fad fócasach 1 cm. Is fiú a thabhairt faoi deara go bhfuil leithead cró na superlens 4H-SiC 1.15 cm, a sháraíonn méid an bhíoma a tháirgeann léasair ardchumhachta de ghnáth agus a bhfuil raon leathan inoiriúnaitheachta aige. D'fhonn an dearadh agus an t -ullmhúchán a chothromú, úsáideann an fheiste nanopillars iseatópacha mar Supercells (mar a thaispeántar i bhFíor 2a), le hairde H {= 1 µm, chun céim dhinimiciúil a sholáthar i bhfoirm tonnchruthanna teasctha. Is é an tréimhse idir Supercells in aice láimhe P=0. Ós rud é go gcruthaíonn birefringence 4H-SiC difríocht chéim bheag idir teagmhais X-agus Y-polarized, rinne an fhoireann taighde optamaíocht ar gach supercell tríd an bhfachtóir cáilíochta a íoslaghdú. Mar fhocal scoir, faightear supercells de 8 méid (Figiúr 2B-D), agus baineann gach Supercell roghnaithe an modhnú sprioc-chéim comhfhreagrach ag tonnfhad de 1. le polarú.
Glacann ullmhú Superlens 4H-SiC le sraith de theicneolaíochtaí próiseála leathsheoltóra amhail liteagrafaíocht bhíoma leictreon, sil-leagan gaile fisiciúil agus eitseáil plasma atá cúpláilte go hintuigthe. Próiseáladh nanopiléirí cóimheas ard -ghnéithe go hiomlán ar dhromchla an tsubstráit de 1.15 × 1.15 cm². Mar a thaispeántar i bhFíor 3A-E, is é an tréimhse struchtúir ná 6 0 0 nm, is é 0.3 go 0.78 an fachtóir líonta, agus is é 1.009 µm an airde struchtúir arna thomhas trí mhicreascópacht leictreon agus micreascópacht fórsa adamhach a scanadh. Cruthaíonn na torthaí tréithrithe samplacha barr feabhais na teicneolaíochta próiseála. Is féidir an modh ullmhúcháin supersurface cóimheas ard, ard-bheachtais seo a chur i bhfeidhm ar ghléasanna comhchosúla chun olltáirgeadh a bhaint amach.
Rinneadh tástáil ar fheidhmíocht optúil na superlens 4H-SiC ag baint úsáide as córas íomháithe micreascópachta tarchuir féin-thógtha (mar a thaispeántar i bhFíor 3F). Treoraíonn an córas léasar comhthreomhar go hingearach le tonnfhad 1 {0 30 nm leis na superlens 4H-SiC agus tuigeann sé íomháú CCD trí chóras micreascóp comhaiseach. Rinneadh tástáil chéim-scanadh laistigh den raon ± 35 µm ar an eitleán fócasach, agus fuarthas íomháú an phlána fócasaigh agus an réimse fócasach (mar a thaispeántar i bhFíor 3G-H). Léiríonn anailís sonraí go gcuireann an réimse fócasach ag fad fócasach 1 cm dáileadh réidh Gaussach i láthair. Léirigh an dáileadh déine solais sa tástáil eitleáin fócasach feidhmíocht dírithe den scoth (Figiúr 3I-J), agus ba é leithead iomlán leath-airde an fhócais ná 2.9 µm. De réir thorthaí na tástála, ríomhtar gurb é 96.31%éifeachtúlacht dhírithe na superlens 4H-SiC. Tomhaiseadh dromchlaí teagmhais agus imeachta na superlens 4H-SiC ag baint úsáide as méadar cumhachta optúil, agus tomhaiseadh tarchur na feiste le bheith 0.71. Bunaithe ar na torthaí tástála optúla seo, taispeánann na Superlens 4H-SIC táscairí optúla atá inchomparáide le lionsaí oibiachtúla tráchtála, agus is féidir leo na cumais próiseála chéanna a bhaint amach i gcórais phróiseála léasair.
D'fhonn na coinníollacha próiseála leanúnacha ardchumhachta ardchumhachta a ionsamhlú i bpróiseáil léasair, baineadh úsáid as an gcosán optúil céanna leis an tástáil optúil sa tástáil sruth teirmeach, ach cuireadh 15 W 1 0 in ionad an fhoinse solais LASER. Rinneadh na hathruithe ar theocht na bhfeistí, ar an eitleán fócasach, agus ar an éifeacht a ghearradh ar na superlens 4H-SiC agus an lionsa oibiachtúil tráchtála ar feadh 1 uair an chloig d'oibriú leanúnach. Léirítear i bhFíor 4A-B na hathruithe ar theocht dromchla na bhfeistí arna dtomhas ag íomháóir teirmeach infridhearg. Tar éis 60 nóiméad de ionradaíocht léasair ardchumhachta, níor mhéadaigh teocht na feiste de na superlens 4H-SiC ach 3.2 céim, agus ní raibh an t-athrú teochta ach 6% den lionsa oibiachtúil (ardú teochta de 54.0 céim). I gcomparáid le lionsaí oibiachtúla traidisiúnta, is féidir leis na superlens 4H-SiC teocht chobhsaí a bhaint amach tar éis dóibh a bheith ag rith ar feadh thart ar 10 nóiméad gan comhpháirteanna fuaraithe breise, agus tá an t-athrú teochta níos lú agus tá an teocht oibriúcháin níos ísle. Léiríonn an fheidhmíocht bhainistíochta teirmeach den scoth seo éifeachtacht na superlens 4H-SiC faoi choinníollacha oibre géara.
D'fhonn na hathruithe ar fheidhmíocht optúil na feiste a léiriú, baineadh úsáid as an CCD chun an plána fócasach a fhritháireamh den fheiste laistigh de 1 uair an chloig (mar a thaispeántar i bhFíor 4C-D). Taispeánann torthaí na tástála nach bhfuil aon fhritháireamh soiléir ag fócas na Superlens 4H-SiC, agus tá fócas an lionsa oibiachtúil tráchtála fritháirithe go soiléir tar éis 30 nóiméad, agus ar deireadh ní féidir an CCD a íomháú mar gheall ar fhritháireamh iomarcach. Faightear leithead iomlán leath-airde agus comhordanáidí lár an fhócais trí phróiseáil íomhánna, agus cuirtear na comhordanáidí fócais i gcomparáid leis an suíomh tosaigh chun na sonraí díláithrithe in-eitleáin a fháil. Tar éis 1 uair an chloig de ionradaíocht léasair ardchumhachta leanúnach, aistrítear an t-ardán z-ais ar ais go dtí fad díláithrithe an phlána fócasaigh chun fritháireamh na feiste a fháil feadh na haise optúla. Is é 213 µm an plána fócasach a fhritháireamh den lionsa oibiachtúil tráchtála, agus is é an t-eitleán fócasach a fhritháireamh na superlens 4H-SiC ach 13 µm, ag léiriú go bhfuil cobhsaíocht agus comhsheasmhacht optúil den scoth aige le linn ionradaíocht léasair ardchumhachta leanúnach.
Rinneadh an turgnamh gearrtha léasair ag baint úsáide as an gcosán optúil céanna chun comparáid a dhéanamh idir tionchar an sruth teirmeach ar an éifeacht phróiseála le linn an phróisis gearrtha léasair iarbhír. Roghnaigh an turgnamh sliseoga 4H-SiC, atá an-deacair a phróiseáil, mar an t-ábhar gearrtha. Rinneadh an cosán optúil gearrtha a chalabrú de réir tástála scanadh céim. Tar éis an chalabraithe, rinneadh gearradh feadh an treo X gach 10 nóiméad, agus taifeadadh na hathruithe san éifeacht ghearradh laistigh de 1 uair an chloig. Bhí micreascóp optúil (mar a thaispeántar i bhFíor 4E-F) mar thréith ag moirfeolaíocht ghearradh an trasghearrtha den sliseog gearrtha. Léirigh na torthaí gur fhan feidhmíocht gearrtha léasair na superlens 4H-SiC seasmhach tar éis 60 nóiméad oibríochta, agus bhog an lionsa oibiachtúil tráchtála go mór i dtreo an taobh istigh den tsubstráit tar éis 30 nóiméad. Fuair anailís sonraí amach nach raibh an t-athrú ar dhoimhneacht na n-ardleibhéal 4H-SiC tar éis 1 uair an chloig oibríochta ach 11.4% den lionsa oibiachtúil tráchtála. Deimhníodh na torthaí turgnamhacha an tástáil ar phlána fócasach a fhritháireamh agus léirigh siad cobhsaíocht fheiste níos fearr na n-ardleibhéal 4H-SiC in iarratais thionsclaíocha iarbhír.
Achoimre agus Outlook
Mhol an staidéar seo superlens 4H-SiC a fhéadann an fhadhb sruth teirmeach a mhaolú i bpróiseáil léasair ardchumhachta. Taispeánann torthaí turgnamhacha go mbaineann na superlens 4H-SiC cobhsaíocht theirmeach agus feidhmíocht optúil den scoth amach mar gheall ar a seoltacht theirmeach den scoth. Tugann na Superlens na táscairí optúla de lionsaí oibiachtúla tráchtála ardfheidhmíochta, agus bunaithe ar mhaoirsí nanocolimn, baineann sé le díriú éifeachtach atá neamhíogair do pholarú. Réitíodh an fhadhb ullmhúcháin a bhain le superlens mór-chró 4H-SiC go rathúil trí theicneolaíocht próiseála leathsheoltóra a bhí comhoiriúnach le olltáirgeadh. Taispeánann turgnaimh go mbaineann na Superlens amach teoranta díraonta ag díriú ar an fad fócasach deartha agus go dtaispeánann sé cobhsaíocht den scoth faoi ionradaíocht léasair ardchumhachta leanúnach, le hathrú fócais an-bheag, atá i bhfad níos fearr ná lionsaí oibiachtúla tráchtála. In iarratais ar ghearradh léasair, is beag athrú atá ar an moirfeolaíocht ghearradh ag baint úsáide as an Superlens seo. Tarraingíonn na torthaí seo aird ar fheidhmíocht níos fearr na superlens 4H-SiC i gcomparáid le lionsaí oibiachtúla traidisiúnta, a dteastaíonn córais fhuaraithe chasta uathu de ghnáth chun leibhéil chobhsaíochta den chineál céanna a bhaint amach. Ag breathnú chun cinn, le tuilleadh taighde agus barrfheabhsaithe, táthar ag súil go n-úsáidfear na Superlens 4H-SiC go forleathan i gcórais léasair ardchumhachta agus go gcuirfear chun cinn forbairt réimsí gaolmhara. Leis an dearadh dlúth agus an fheidhmíocht optúil agus teirmeach den scoth, is féidir an ghlúin nua seo de ghléasanna meitea -dhromchla a chur i bhfeidhm ar réimsí amhail réaltacht mhéadaithe, aeraspáis agus próiseáil léasair, ag réiteach go héifeachtach fadhbanna bainistíochta teirmeacha sa tionscal reatha.
Is iad Chen Boyu agus Sun Xiaoyu, comh-mhic léinn dochtúireachta in Ollscoil Zhejiang agus Ollscoil West Lake, na comh-údair, agus an tOllamh Qiu Min ó Ollscoil Lake West, taighdeoir comhlach Pan Meiyan as Saotharlann Ji Hua, an Dr. Du Kaikai as Mude Micro- Micro- Is iad Nano (Hangzhou) Technology Co, Ltd, agus taighdeoir Zhao Ding ó Institiúid Optoelectronics Ollscoil Lake West Lake na húdair chomhfhreagracha ar an bpáipéar. Thacaigh Fondúireacht Náisiúnta Eolaíochta Nádúrtha na Síne agus an Chiste Taighde Bunúsach agus Feidhmeach le Guangdong, agus thacaigh an tIonad Taighde Tionscail sa todhchaí leis agus an t-ardán próiseála agus tástála micrea-nana in Ollscoil Lake West, tacaíocht láidir ó Fhondúireacht Eolaíochta Nádúrtha Náisiúnta na Síne.
