26953

طراحي و آماده سازي ساختارهاي موجبري كانالي به روش پشت نگاري ليزري و بررسي خواص نوري آن ها به روش تمام نگاري ديجيتال

كارشناسي ارشد

فيزيك- فيزيك پلاسما

1398

1401/3/30

محمدرضا جعفرفرد - محمدرضا رشيديان وزيري

هديه پازوكيان

فيزيك

در اين پايان¬نامه به ساخت و مشخصه¬يابي ميكروكانال¬هايي با قابليت موجبري نوري پرداخته شده است. از روش جديد پشت¬نگاري ليزري براي ساخت ميكروكانال¬ها استفاده شده است. بدين منظور از هدف فلزي از جنس استيل و بسترهاي شيشه¬اي شفاف استفاده شده است. پيش از استفاده از فلز استيل تركيب عنصري آن به روش طيف سنجي فلورسانس پرتو ايكس مورد بررسي قرار گرفت. مطابق با نتايج تحليل عنصري، عناصر آهن، كروم و نيكل به ترتيب بيش¬ترين فراواني را در ساختار نمونه استيل مورد استفاده دارند. بنابراين تغيير خواص اپتيكي در بستر شيشه به علت نفوذ اين يون¬ها خواهد بود. اثر شاريدگي ليزر و تعداد پالس¬هاي برخوردي آن بر روي سطح شيشه در تغيير خواص نوري و ساختاري ميكروكانال¬ها مورد بررسي قرار گرفته است. شاريدگي ليزر نئوديوم-ياگ مورد استفاده برابر با 48/2، 06/3 و 55/3 ژول بر سانتي¬مترمربعي تغيير داده شده است. براي هر كدام از اين مقادير شاريدگي نيز تعداد پالس¬هاي برخوردي برابر با 60 ، 90 و 120 تغيير داده شده است. تصاوير ميكروسكوپي نوري از سطح نمونه¬ها تهيه شده است. با استفاده از تصاوير ميكروسكوپي نوري عرض كانال¬ها اندازه گيري شده و نحوه تغيير آن با تغيير مشخصه¬هاي ليزر نئوديوم- ياگ مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج بيانگر آن است كه با افزايش شاريدگي عرض كانال¬ها نيز افزايش مي¬يابد. با استفاده از قانون بير-لامبرت چيدماني نوري براي اندازه¬گيري توزيع ضريب جذب در امتداد عرض كانال¬ها طراحي و مورد استفاده قرار گرفت. نتايج بيانگر افزايش ضريب جذب در عمق كانال¬هاي ساخته شده با افزايش شاريدگي و تعداد پالس بود. خواص ساختاري نمونه¬ها با استفاده از روش¬هاي پروفايل¬سنجي دكتاك، تصويربرداري ميكروسكوپ الكتروني روبشي و EDX مورد بررسي قرار گرفته است. از روش ميكروسكوپي تمام¬نگاري ديجيتال نيز براي اندازه-گيري توزيع ضريب شكست در امتداد عرض كانال¬ها استفاده شد. نتايج بيانگر افزايش ضريب شكست در كانال¬ها نسبت به نواحي اطراف كانال با نفوذ يون¬هاي فلزي حاصل از فرايند كندوسوز به داخل بستر شيشه است. با استفاده از اين خاصيت بكارگيري ميكروكانال¬هاي ساخته شده به روش پشت نگاري ليزري به عنوان موجبرهاي نوري امكان¬پذير است.

1401/06/20

Design and preparation of channel waveguide structures by laser back writing method and study of their optical properties by digital holography

6/20/2023 12:00:00 AM

In this thesis, fabrication and characterization of microchannels with waveguiding capability have been described. The new technique of laser back-writing is used for the fabrication of microchannels. To this end, a metal steel target and transparent glass substrates have been used. Before use, the elemental composition of the steel sample was analyzed by the X-ray fluorescence spectroscopy (XRF) technique. The elemental analysis revealed that iron, chrome, and nickel have the greatest abundance in the used steel sample, respectively. Therefore, the induced optical changes in glass substrates will be due to the penetration of these elements. The effects of the laser fluence and the number of incident pulses on the glass surface in changing the optical and structural properties of the microchannels have been studied. The fluence of the used Nd: YAG laser source has been varied as 2.48, 3.06, and 3.55 J/cm2. For each one of these fluences, 60, 90, and 120 pulses have been used. The optical microscopic images have been taken from the surface of the samples. Using these images, the width of the channels has been measured and its variation with changing the Nd: YAG laser parameters has been investigated. The results show that the channel width increases with increasing the fluence. Using the Beer-lambert law, an optical setup has been designed and used for measuring the absorption coefficient distribution along the width of the channels. The obtained results indicate the enhancement of absorption in the depth of microchannels by increasing the laser fluence and the number of interacting pulses. The structural properties of the samples have been studied using Dektak profilometry, scanning electron microscopy, and EDX techniques. Digital holographic microscopy has also been used for measuring the refractive index distribution along the width of the channels. The results indicate larger refractive indices inside the channels with respect to their surrounding regions due to the penetration of laser ablated ions inside the glass substrates. Using this property, the fabricated microchannels with the laser back-writing technique can be used as waveguides.

موجبرهاي ميكرومتري , پشت نگاري ليزري , ميكروسكوپي به روش تمام نگاري ديجيتال

micrometric waveguides , laser back-writing , digital holographic microscopy

Fateme Azizpoor

Dr. Jafarfard