In cadrul Fazei III a proiectului NANOLAS au fost indeplinite cele doua obiective majore prevazute in planul de realizare:

1. Proiectarea si realizarea unui model functional de sistem laser cu emisie in pulsuri in picosecunde.

2. Instalarea, punerea in functiune si optimizarea sistemului laser in pulsuri de femtosecunde. Upgradarea sistemului laser cu un sistem opto-mecanic de dirijare/atenuare a fasciculului laser si deplasare controlata de calculator a probelor pe trei axe de coodonate cu precizie nanometrica. Teste preliminare de inscriere de micro-/nano-structuri cu pulsuri laser de femtosecunde.

1. Sistemul laser cu emisie in pulsuri in picosecunde.

Pentru a obtine parametrii de performanta propusi in obiectivele proiectului (energie/puls > 10 mJ, durata pulsului ≈ 500 ps la lungimea de unda de 1064 nm), sistemul laser a fost realizat intr-o structura oscilator pilot – amplificator cu doua treceri. Sistemul laser este constituit din 3 unitati fizice: capul laser, unitatea driver a diodei laser de pompaj, sursa de alimentare a lampii flash.

• Capul laser cuprinde in principal un laser cu rezonator microchip in regim Q-switch pasiv pompat cu dioda laser (Fig. 1), ca oscilator-pilot, un amplificator Nd:YAG cu doua treceri pompat cu flash si un etaj de conversie de frecventa realizat cu cristalele neliniare KTP si BBO (Fig. 2).

• Unitatea driver controleaza regimul de functionare si temperatura de lucru a diodei laser care pompeaza rezonatorul microchip din etajul oscilator.

• Sursa flash furnizeaza pulsuri de energie electrica lampii flash si controleaza temperatura incintei de pompaj a mediului amplificator (sistem de racire cu apa deionizata). Proiectarea componentelor mecanice ale ansambului cap laser a fost realizata cu software SOLID-WORKS (proiectare3D) (Fig. 2).

Figura 1. Desen schematic al microchip-ului laser proiectat

Figura 2. Vedere in spatiu a sistemului laser in picosecunde

Pentru a controla functionarea sistemului laser cu emisie in pulsuri de picosecunde a fost elaborata o platforma software dedicata de operare. Setarea parametrilor sistemului laser se realizeaza cu ajutorul unei ferestre care apare pe ecranul monitorului PC dupa activarea programului software. Fereastra permite setarea urmatorilor parametri: Puterea optica, Durata pulsului de pompaj si temperatura diodei laser; Energia, frecventa de repetitie a pulsului de pompaj aplicat lampii flash; Sincronizarea pulsului de current prin dioda cu pulsul de current prin flash.

Softul de operare monitorizeaza in permanenta urmatorii parametri functionali ai sistemului: curentul de preionizare al lampii flash, debitul, nivelul si temperatura agentului de racie a incintei de pompaj din etajul amplificator, tensiunea de iesire si temperatura convertorului de inalta tensiune; Curentul/temperatura diodei laser. Orice depasire a valorilor limita pentru parametrii functionali duce la oprirea functionarii sistemului laser.

A fost experimentat si optimizat oscilatorul pilot al sistemului laser cu emisie in pulsuri de ps. (Tabel 2)

Tabel 2. Caracteristici de fascicul ale oscilatorului pilot

2. Sistemul laser oscilator – amplificator regenerativ in femtosecunde

Sistemul laser in femtosecunde CPA-2101 (CLARK-MXR, SUA) are o structura compacta, integrata, de tip oscilator – amplficator regenerativ, alcatuita din 4 unitati fizice: Unitatea laser, sursa de alimentare ORC-1000, unitatea de control a celulei Pockels DT 505, unitatea de control a temperaturii.

i) Dupa optimizarea functionarii sistemului CPA 2101, au fost masurati urmatorii parametrii de fascicul: Puterea medie fascicul: 1,3-1.5 W; Abaterea standard: 0,5%; Energie puls laser: > 700 μJ; Stabilitatea energiei 0,7%; Frecventa de repetitie: 2kHz; Durata pulsului laser: ~ 200 fsec;

ii) Sistemul laser a fost up-gradat cu un sistem opto-mecanic de dirijare/atenuare a fasciculului laser si deplasare controlata de calculator a probelor pe trei axe de coodonate cu precizie nanometrica (Figura 3).

Figura3. Sistemul laser CPA-2101 cu sistem de dirijare/atenuare a fasciculului si pozitionare a probelor

iii) Au fost procesate/caracterizate structuri liniare cu o latime in gama 1-7 μm, pe filme de Au de 100 nm grosime depuse pe substrat de Si (Sectiunea Rezultate).