ES2598808T3 - Dispositivo, sistema y método para la estructuración por interferencia de muestras planas - Google Patents

Abstract

Dispositivo para estructuración por interferencia de una muestra plana (P) con un láser (1), un volumen de muestra (5), en el que puede ser colocada o está colocada la muestra plana (P) en la zona de interferencia (6), una unidad de movimiento (7), con la que el/los haz/haces de rayos de la radiación láser (2) puede(n) ser movido(s), preferiblemente puede(n) ser movido(s) en la primera, la segunda o la primera y la segunda dirección espacial (x, y), y/o con la que puede ser movida una/la muestra (P) en el volumen de muestra (5), preferiblemente pueda ser movida en la primera, la segunda o en la primera y la segunda dirección espacial (x, y), y caracterizado por un elemento de focalización (3, 3a, 3b) de una o varias partes dispuesto en la trayectoria del rayo del láser, con el que la radiación láser (2) puede ser focalizada en una primera dirección espacial (y), pero sin ser focalizada en la dirección perpendicular a esta primera dirección espacial (y), y un primer prisma (4) dispuesto en la trayectoria del rayo del láser, en particular un biprisma, con el que la radiación láser (2) puede ser dirigida en una segunda dirección espacial (x), preferiblemente ortogonal a la primera dirección espacial (x), con dos haces de rayos (2a, 2b) sobre el volumen de muestra (5), de manera que los dos haces de rayos (2a, 2b) interfieren dentro del volumen de muestra (5) en una zona de interferencia (6).

Description

imagen1

imagen2

imagen3

imagen4

imagen5

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

Variando correspondientemente la distancia focal de la lente 3, el ángulo γ y/o la anchura del rayo b, la extensión de la estructura de interferencia que estructura la superficie de la muestra P en la dirección y puede ser fácilmente variada en el intervalo desde algunos micrómetros hasta algunos milímetros y en la dirección x fácilmente en el intervalo desde algunos milímetros hasta algunos centímetros. (Cuanto mayor sea el ancho del rayo b, más máximos de interferencia individuales presenta la estructura de interferencia con el mismo periodo p: al aumentar el ancho b aumenta, por tanto, la extensión de la estructura de interferencia en la dirección x).

Es esencial para la presente invención ahora la provisión de una unidad de movimiento 7, que en el ejemplo de realización mostrado está realizada como mesa de desplazamiento x-y (sobre la que está fijada la muestra P y cuya superficie de mesa está dispuesta paralela al plano x-y). Esta mesa está designada aquí por el número de referencia 9 y está dispuesta en el volumen de muestra 5, así como en la zona de interferencia 6. Alternativamente a ello, puede también, por supuesto, utilizarse por ejemplo una mesa giratoria, sobre la que está fijada la muestra P y cuyo eje de rotación está dispuesto en la dirección z (es decir, paralelo al eje óptico del dispositivo mostrado). Por el movimiento correspondiente de la muestra P en el espacio de muestra 5 (por el movimiento de la mesa 9) entre los impulsos de láser que se suceden individualmente se pueden introducir una amplia variedad de estructuras uni o bidimensionales diferentes en la superficie de la muestra P, en función de la selección concreta de las velocidades de avance o rotación de la mesa, de la duración de impulso de un impulso láser y de la frecuencia de repetición de impulsos de los impulsos láser (véanse también las Figuras 8a y 8b). Lo que aquí es esencial siempre es que, debido al focalización 3 en la dirección y, la densidad de energía en los máximos del patrón de interferencia 6 es suficientemente alta para evaporar localmente el material de la muestra P.

Como alternativa a la disposición mostrada en la Figura 1a es también posible disponer el elemento de focalización 3 -visto en la dirección del rayo 2 – después del biprisma 4 (véase también la Figura 4: se realiza en primer lugar la división del haz de rayos expandido 2 en los dos haces parciales de rayos 2a y 2b, antes de que se realice una focalización de estos dos haces de rayos 2a, 2b en la dirección de la primera dirección espacial).

Por la elección adecuada de la distancia del extremo de la fibra del láser 1 desde el elemento de focalización 3 (o desde el primer prisma 4) y mediante el uso de una lente de colimador realizada de forma adecuada, también es posible conseguir una expansión del rayo sin el uso del expansor de rayo 11 mostrado.

La Figura 2 muestra otro ejemplo de realización de la presente invención, en el que la unidad de movimiento 7 está realizada de una manera especialmente ventajosa sobre la base de un escáner de galvanómetro. La construcción y la disposición de este dispositivo son esencialmente similares a las del ejemplo de realización mostrado en la Figura 1, de modo que a continuación solo se describirán las diferencias.

En la trayectoria del rayo delante del expansor del rayo 11 o de su primera lente 11a, el dispositivo mostrado está construido como sigue. Como láser 1 se emplea un láser de disco pulsado, de modo que a este láser en la trayectoria del rayo le sigue en primer lugar un obturador 17, con el que pueden ser usados los impulsos de láser individuales. Para ajustar una sección transversal de rayo adecuada (aquí: redonda) sigue un diafragma 18 antes de que la radiación láser sea dirigida sobre una disposición de galvanómetro 7 que comprende dos espejos móviles 8a, 8b. Los dos espejos 8a, 8b están dispuestos, respectivamente, basculantes en torno a un eje de giro de forma conocida para el experto, de modo que por variación de los ajustes angulares de los dos espejos 8a, 8b, puede provocarse una desviación del rayo láser 2 en la dirección de la primera y/o la segunda dirección espacial. El ajuste del ángulo y/o el posicionamiento de los dos elementos de desviación del rayo 8a, 8b puede realizarse con ayuda de un accionamiento de galvanómetro conocido para el experto, no mostrado aquí.

Por tanto, mediante la unidad de movimiento 7 basada en un escáner de galvanómetro que se muestra, por variación de las posiciones de los espejos, el rayo láser 2 puede ser basculado antes de su incidencia sobre la primera lente 11a del expansor del rayo 11 un ángulo discrecional con respecto al eje óptico del dispositivo mostrado (o de los elementos 11a, 11b, 3, 4, 5) o con respecto a la dirección z. En otras palabras, por la unidad de movimiento 7 se produce en el presente caso una desviación muy rápida del rayo láser 2 en la dirección y y/o en la dirección x (que aquí está caracterizada por la denominación Δyy Δx). Así, dependiendo de la posición angular instantánea de los dos espejos 8a, 8b, vista en la dirección x y/o en la dirección y, el rayo láser 2 incide con diferente(s) ángulo(s) de incidencia y/o lugar(es) de incidencia sobre la superficie de la lente cóncava 11a del expansor del rayo 11 enfrentada a la unidad de movimiento 7. De esta forma se realiza también por el lado de salida de los elementos 3, 4 una desviación correspondiente.

Por tanto, mediante la unidad de movimiento 7 basada en un escáner de galvanómetro se realiza en el caso mostrado (para un volumen de muestra fijo 5 o muestra P fija) una desviación del rayo láser 2 (o de los haces parciales de rayos láser 2a, 2b) en el sistema de coordenadas universal (x, y, z), de modo que por la variación adecuada de las posiciones de los espejos casi cualesquiera estructuras discrecionales pueden ser introducidas de forma plana en la muestra P.

7

imagen6

imagen7

imagen8

imagen9

Claims (1)

1. imagen1

   imagen2