RAJZOLATI ÉS MÉLYSÉGI MINTÁZATKIALAKÍTÁS II:

Átírás

1 RAJZOLATI ÉS MÉLYSÉGI MINTÁZATKIALAKÍTÁS II: Üveg és PMMA struktúrák CO 2 és Nd:YAG lézeres megmunkálással Készítette: Nagy Péter dr. és Varga Máté A mérés célja: CO 2 és Nd:YAG lézerek fontosabb tulajdonságainak megismertetése, mikroméretű struktúrák kialakításakor fellépő nehézségek bemutatása. A mérési feladat: Mikrofluidikai és Au vékonyréteg mintázatok kialakítása és vizsgálata és vezetőképesség mérése sóoldaton az elkészített mikrofluidikai mérőcellában. Elméleti összefoglaló Lézer A lézer egy olyan berendezés, ami indukált emisszió révén hoz létre monokromatikus, koherens és kis divergenciájú fényt. Az elnevezés az angol LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) betűszó alapján született. Működésének alapja az indukált emisszió jelenség, és a létrehozott foton-nyaláb két fontos tulajdonsága, hogy monokromatikus és koherens. Monokromatikus: A fényt vagy más elektromágneses sugárzást akkor nevezünk monokromatikusnak (egyszínűnek), ha minden kvantuma ugyanakkora frekvenciával rendelkezik. A természetben nem létezik teljesen monokromatikus sugárzás, több hatás miatt is (Doppler-effektus, Zeeman-hatás), ezért a monokromatikus kifejezés használatakor mindig szem előtt kell tartani, hogy az sohasem ideálisan monokromatikus. Jó közelítéssel monokromatikusnak tekinthető a lézerek fénye. A szó a görög mono = egy és krom = szín szavakból tevődik össze. Koherens: A létrejövő fény időben és térben koherens, azaz a lézer által kibocsátott hullámok fázisa a sugár minden keresztmetszeténél azonos. Időben és térben koherens fénysugár értelemszerűen csak monokromatikus fénynyalábban biztosítható. Gerjesztés: abszopció és emisszió Ahhoz, hogy az adott közegben bármilyen emisszió fellépjen a közeget gerjeszteni kell. A gerjesztés történhet gázkiüléssel, elektromágeses sugárzással (EM) vagy kémiai reakció segítségével. EMsugárzással történeő gerjesztés lehet rádiófrekvenciás, infra, látható fény, UV vagy UV feletti, röntgen és gamma tartományban. A lézerek esetében rádiófrekvenciás és látható fény tartományban történik a gerjesztés. Fénnyel történő gerjesztés esetén ívlámpa, villanólámpa vagy lézerdióda fénye gerjesztheti a közeget. A lézerdiódával történő gerjesztés előnye, hogy spektruma szűk, így segítségével lehetőség nyílik csak azon hullámhosszon való gerjesztésre, ami a lézerműködés szempontjából lényeges. Ilyen módon javítható a gerjesztés hatásfoka. 1

2 Abszorpció Elektromágneses gerjesztés hatásai a hullámhossz függvényében Ha egy atomot elektromágneses (EM) sugárzásnak teszünk ki, akkor az atom és az EM sugárzás között három kölcsönhatás játszódhat le: transzmisszió, reflexió és abszorpció. Mivel az EM-hullám enregiája is kvantált, ezért a hullámot felfoghatjuk úgy, mint fotonok sorozatát. Minden foton hν energiával rendelkezik. Ha az adott atom abszorbeálja a fotont, akkor három jelenség játszódhat le az atomban: a foton forgási, rezgési vagy elektronállapotot gerjeszt, a foton ionizál, vagy a foton kémiai kötéseket bomlaszt fel. Ha egy foton elektronállapotot gerjeszt az csak, akkor következik be ha gerjesztett közeg energiája, jelen esetben foton energiája, ugyanakkora, mint az atom két energiasávja közti energiakülönbség. ΔE = h*ν, h: Planck-állandó ν: a fény frekvenciája Egy atom gerjesztése fotonnal és spontán emissziója 2

3 Ekkor a foton átadja a teljes energiáját az elektronnak. Egy foton csak egy elektront tud gerjeszteni ez a Stark-Einstein-törvény. Az energiaközlés hatására az atom külső elektronpályáján elhelyezkedő elektron (vegyértékelektron) egy magasabb elektronpályára kerül, gerjesztett lesz. Mivel minden rendszer az energiaminimumra törekszik, ezért ez az állapot is csak ideiglenesen áll fenn. Az atomok abszopciója viszonylag egyszerű folyamat, hiszen egy atomnak csak néhány kvantált energiállapota van. Ezért az EM-sugárzásból csak bizonyos frekvenciák nyelődnek el. Ezzel szemben a molekulák (pl. CO 2 ) abszorpciója már jóval összetettebb, mert lényegesen több energiaállapotuk létezik. A molekulák által elnyelt energia: E = E elektron + E rezgési + E forgási A gerjesztett molekula sorsát a Jablonski-diagram összegzi. A gerjesztett molekula, legerjesztődik rezgések (fononok) útján IC fluoreszkál (emisszió spinváltás nélkül) rezgések útján spinváltással ISC, foszforeszkál (emisszió spinváltással) ha a gerjesztés reaktív állapot, akkor reagál szenzibilizál (fénycsövek) Spontán emisszió: Ha egy gerjesztett állapotú atom az állapotra jellemző idő (relaxációs idő, τ) elteltével alapállapotba tér vissza a két állapot közti energiakülönbségnek megfelelő foton kisugárzása révén. Ez a spontán emisszió jelensége. Indukált emisszió: Egy atom jellemezhető úgy, mint egy elektromos dipólus. Mint dipólus kölcsönhatásban van a környezetében lévő elektromágneses térrel. Ha egy gerjesztett állapotú atom kölcsönhatásba kerül egy olyan fotonnal, aminek energiája megegyezik a gerjesztett- és az alapállapot közti energiakülönbséggel (ΔE = h*ν), akkor az atom alapállapotba kerül, miközben kisugározhat az energiakülönbségnek megfelelő fotont. Az így keletkező (indukált) fotonnak nem csak az energiája, hanem fázisa, polarizáltsága és iránya is megegyezik az őt létrehozó fotonéval. Ezért lesz az így kilépő EM-sugárzás monokromatikus és koherens. Populációinverzió: Az indukált emisszió lehetővé teszi adott tulajdonságú fotonok sokszorosítását. Ahhoz, hogy az indukált emisszió az atomok spontán emissziója mellett jelentőssé válhasson, biztosítanunk kell, hogy több atom legyen magasabb energiájú állapotban, mint alacsonyabban. Ez a állapot a populációinverzió. A populációinverziót a lézerfényt létrehozó közeg gerjesztése révén érjük el. Optikai rezonátor: Az 1. ábra egy szilárdtest lézer egyszerűsített felépítését mutatja. A gerjesztett közeg egy optikai rezonátorban helyezkedik el. A rezonátor két, egymással párhuzamos tükörből áll. Feladata a kis divergencia biztosítása az által, hogy a tükörre merőlegesen érkező fényt a közegbe visszavezetve meghatározza az indukált emissziót létrehozó fotonok és így a keletkező lézerfény irányát. 3

4 1. ábra. Szilárdtest lézer vázlat CO 2 lézer A CO 2 lézer korai feltalálása ellenére egyike a ma elérhető legmagasabb hatásfokú lézereknek. A kibocsátott fény és a közegbe becsatolt energia aránya elérheti a 20%-ot. Ennek köszönhetően gyakran használják nagy teljesítményű lézerfény létrehozására (néhányszor 10kW folyamatos teljesítmény). A kibocsátott fény infravörös tartományba esik, hullámhosszúsága 9,4, 9,6 vagy 10,6 µm lehet. A lézerfény egy gázkeverékben keletkezik. Gerjesztése gázkisülésekkel történik. A fény a CO 2 molekula állapotváltozásai során keletkezik innen ered az elnevezés. A gáztöltet a következő anyagokból áll: CO 2, N 2, He. Az elektronok a nitrogén molekulákat gerjesztik. A gerjesztett nitrogén molekulák nem képesek foton kibocsátása mellett alapállapotba kerülni. Megnövekedett energiájukat ütközések révén veszítik el, és így gerjesztik a széndioxid molekulákat. A CO 2 molekulákkal való ütközést követően a N 2 molekulák még nem kerülnek alapállapotba, az ütközést követően megmaradt energiájukat He atomoknak adják át. A He atomok zárt rendszer esetén az így kapott energiafelesleget a gázkeveréket tartalmazó tartály falával való ütközések során veszítik el. Nagyobb teljesítményű CO 2 lézerekben ez a mechanizmus nem elég hatékony, így a teljes gáztöltetet folyamatosan cserélni és hűteni kell. A 2. ábra egy CO 2 lézer sematikus rajzát mutatja. Az elem a nagyfrekvenciás, nagyfeszültségű gerjesztést szimbolizálja. Ehhez kapcsolódik két elektród, ami a gáztérbe nyúlik. A gázteret körülvevő kék rész a hűtőfolyadék. 2. ábra. CO 2 lézer sematikus képe Nd:YAG lézer Az Nd:YAG lézerek a szilárd test lézerek csoportjába tartoznak. A rövidítés az aktív közegként használatos kristály anyagából adódik, ami neodímiummal adalékolt ittrium-alumínium-oxid kristály (Nd:Y 3 Al 5 O 12 ). Az Nd:YAG lézerek hullámhosszúsága az infravörös tartományba esik, nagysága 1064 nm. Ezt frekvenciatöbbszörözéssel (lsd. alább) UV tartományba transzformálják, tipikusan 355 és 266 nm-re, ami természetesen a lézer hatásfokának romlásához vezet. Impulzus üzem: A szilárdtest lézereknél az optikai rezonátor lezárhatóságát két elem biztosítja: shutter és a Q- kapcsoló. A shutter alapvetően egy biztonságtechnikai elem, ami zárja az optikai utat a kilépő lézerfény előtt, ezzel meggátolva azt, hogy a lézerfény az asztalra jusson. csak előfeszítés hatására nyit ki. A Q-kapcsoló szerepe az, hogy a lézer impulzus üzemben tudjon működni. Ez alapból egy optikailag átlátszó kristály, ami akuszto-optikai rácsként viselkedik, ha piezoaktuátor segítségével az 4

5 kristályban akusztikus hullámokat gerjesztünk. A gerjesztett hullámok szétszórják a divergens lézersugarat, ezzel csökken a rezonátor jósági tényezője (Q quality). Az impulzus üzem lényege, hogy az optikai rezonátor működését időlegesen felfüggesztik (jóságát csökkentik), a Q-kapcsoló segítségével, így a rezonátor tükreiről a kristályba visszalépő fotonok hiányában a közegben nő a gerjesztett atomok száma. A populációinverzió maximális értékénél a rezonátor funkcióját visszaállítják. Ekkor a kristályban felhalmozódott energia egy nagyon rövid impulzus formájában hagyja el a lézert. A Q kapcsoló működési sebessége meghatározza az impulzusok időbeli hosszúságát. Minél gyorsabb a kapcsoló, annál rövidebb lesz az impulzus. Nd:YAG lézerek esetében az impulzus hossz általában ns, az impulzus által hordozott energia körülbelül 10 mj. 100 ns implzushosszal számítva ez 100 kw teljesítményt jelent (nagyon kis térfogatban az impulzushossznak megfelelő nagyon rövid ideig). Frekvencia többszörözés: Gyakran használnak Nd:YAG lézereket kisebb hullámhosszúságú lézerfény létrehozására is. A hullámhossz felére, harmadára, negyedére csökkentését frekvencia két,- három,- négyszerezésnek nevezzük. A frekvenciatöbbszörözés arra alkalmas nemlineáris kristályokban történhet, amelyek transzparensek mind az alap harmonikusra, mind a felharmonikusra. A jelenség létrejöttéhez nagy intenzitású, azonos polarizáltságú fotonok szükségesek. Abláció Az abláció tulajdonképp nem más, mint anyageltávolítás. A jelenség itt is az abszorpció jelenségén alapul. Ha a megmunkálandó anyag elnyeli az adott hullámhosszú lézerfényt, akkor a megfelelő beállítással az anyag ablálható, megmunkálható. Ez azt jelenti, hogy a közölt energia hatására a megmunkálandó anyag felületén kémiai kötések felszakadnak és az anyag szublimál. Az abláció jelenségével így a fókuszátmérő által meghatározott μm nagyságrendbe eső mintázat (csatorna vagy elektróda) alakítható ki. Az abláció mértéke és minősége több paramétertől is függ: lézer hullámhossztól teljesítménytől üzemmódtól megmunkálandó anyagtól Felületi megmunkálás esetén (elektródakialakítás, ellenállás értékbeállítása, n*10 μm mély csatornák) rövid idejű ( ns) μj mj energiatartományba eső viszonylag nagy teljesítményű (10 kw 100 kw) impulzusokat használnak, míg anyagok vágásához, furásához és hegesztéséhez nagy teljesítményű, folyamatos üzemmódú lézereket. Az ablációt hőhatáson alapuló jelenségek is kisérhetik, amire egy mikrofluidikai csatorna kialakításakor hatványozottan figyelni kell. A közölt energia hatására minden anyag felmelegszik és ez az anyag olvadásával, mechanikai degradációjával jár, amit nem szabad összekeverni az ablációval. Ha a lézer paraméterei nem megfelelően vannak beállítva (pl. a lézer pásztázási sebessége túl lassú), akkor a hőhatás akár jelentős is lehet, ami az anyag szenesedéséhez és a kialakított mintázat torzulásához vezethet. Az anyagmegmunkálásban két lézertípust szoktak alkalmazni: 1. Nd:YAG szilárdtest lézert ( nm) 2. CO 2 gázlézert (10600 nm) 5

6 A hullámhossz szerepe 1. Elnyelődés: Az anyag és a lézerfény kölcsönhatásának legfontosabb paramétere az elnyelődés mértéke, ami a hullámhosszúság függvénye. Az elektronikai technológiában használatos anyagok elnyelése alacsonyabb hullámhosszon többnyire nagyobb. Így például a CO 2 lézer 10,6 µm hullámhosszúságú fénye elnyelődik a legtöbb, a látható tartományban átlátszó anyagban, így alkalmas azok megmunkálására. 2. Fókuszált átmérő: A lehető legnagyobb felületi teljesítménysűrűség eléréséhez a lézernyalábot a lehető legkisebb átmérőre fókuszálják össze. Minél kisebb a hullámhossz, annál kisebbre fókuszálható a nyaláb. Az Nd:YAG lézerünk jelenlegi legkisebb fókuszátmérője 15 μm a CO 2 lézeré 100 μm. A fókuszfolt átmérőjét a beeső hullámhosszon túl a fókuszáló lencse átmérője és a fókusztávolság is befolyásolja, méghozzá az alábbi összefüggés alapján: d min = (4λ/π)*(f/D), ahol d min : fókuszfolt átmérője λ: beeső lézefény hullámhossza f: fókusztávolság D: beeső lézerfény átmérője A képletből jól látszik, hogy a beeső lézerfény átmérőjének növelésével és a fókusztávolság csökkentésével is javítható (csökkenthető) a fókuszfolt átmérője. Emiatt alkalmazunk nyalábtágítót. A fókuszátmérő csökkentésével azonban a mélységélesség (DOF) is csökken, emiatt egy Nd:YAG szilárdtest lézer esetében csak a megmunkálandó felület felső pár μm-ét tudjuk egyszerre megmunkálni. 3. Abláció: Fentebb részletesen kifejtve. 6

7 Eszközök és alkalmazott programok CO 2 lézeres megmunkáló állomás A 3. képen látható a CO 2 lézer vázlatos felépítése. A tanszéken lévő lézer 35W teljesítményű, zárt CO 2 lézer. A legkisebb fókuszátmérője 200 µm. A fókuszáló lencséhez nem tartozik galvanométeres nyalábeltérítő, a mintázat kialakítása az asztal mozgatásával lehetséges. Az asztal lépésköze 12,5 µm. A munkaállomáson pozícionáló eszköz nincs, így a lézer kezdő pozíciója nem ismert, csak a relatív elmozdulások. 3. ábra. CO 2 megmunkáló állomás A lézer hullámhosszúsága 10,6 µm. Az anyag eltávolítása főként hőhatáson alapszik. Az intenzív hőhatás eredményeképpen a megmunkált anyagok megolvadhatnak, eléghetnek. A képződő füsttől a fókuszáló lencsénket védenünk kell, ugyanis a rárakódó égéstermékek az abszorpcióját növelik, ami a sugár teljesítményének csökkenéséhez és a lencse károsodásához vezethet. A lencsét a lencse alá fújt levegővel védjük (4. ábra). 4. ábra. Fókuszáló lencse védelme A kialakított mintázat finomságát a 200 µm-es fókuszfolton és a 12,5 µm-es asztalmozgatási lépéseken túl tovább ronthatják a megmunkálás során keletkező melléktermékek. A megolvadt anyag a ráfújt levegő hatására sánc szerűen kiemelkedhet, gáz képződhet benne, elszíneződhet. CO 2 lézer vezérlő program A program előállítja mind a lézer, mind pedig az asztal működtetéshez szükséges vezérlő jeleket. A program ESSI formátumú file-ok feldolgozására képes. Fontosasbb utasítások: %UNIT (mm/mil/inch/step) a mozgási alapegység megadása %POWER (num) teljesítmény megadása százalékos értékben %VELOCITY (num) az asztal sebességét adja meg mm/s egységben %SHO (num) lövésszám 7 lézer bekapcsolása 7

8 8 lézer kikapcsolása * %SHO nak megfelelő számú lövés (+/-)[n µm1](+/-)[n µm2] általános mozgó utasítás %LOOP (num){ } ciklus ADD (POW/VEL/SHO) (num) teljesítmény, sebesség, lövésszám növelése Egyszerűbb rajzok ESSI file-jai közvetlenül programozhatóak. Bonyolultabb minták elkészítésekor érdemes valamilyen rajzolóprogrammal elkészíteni a mintát, majd ESSI formátumúvá alakítani. A rajzoló programok többnyire nem tudják közvetlenül ESSI file-ba menteni a munkánkat. Egy közbenső file formátumba kell mentenünk (pl.: dxf), amihez elérhető ESSI konverter. Nd:YAG megmunkáló állomás: Munkához egy frekvencia háromszorozott Nd:YAG lézert fogunk használni. Hullámhosszúsága 355 nm. A lézerhez csatlakozik egy galvanometrikus elven működő eltérítő fej. Ebben kettő, galvanometrikus elven mozgatható tükör helyezkedik el, melyek segítségével a lézernyalábot két dimenzióban tudjuk mozgatni. Az eltérítő fejjel egybeépítve található a fókuszáló rendszer, ami biztosítja, hogy a nyaláb irányától függetlenül a fókuszpont ugyanabban a síkban legyen. A tanszéken található összeállításban a fókusztávolság 15cm, ami 25 µm-es fókuszált átmérőt és 6x6 cm-es munkaterületet tesz lehetővé. Ez az a terület, amelyen a nyalábunkat mozgatni tudjuk. Lehetőség van a mintatartó asztal mozgatására is. A használt asztal beállási pontossága 1 µm. Látható, hogy ezen a munkaállomáson lényegesen nagyobb felbontású rajzolatot tudunk készíteni. A munkaállomás tartozéka egy kamerás pozícionáló rendszer. Bár a kamerához csatlakoztatott optika nagyítása nem teszi lehetővé az asztal beállási pontosságának megfelelő felbontást, segítségével 100 µm pontossággal pozícionálni tudunk. Mélységélesség: Mint minden optikai rendszerre, a síkterű optikára is igaz, hogy minél kisebb a fókusztávolsága, annál kisebb a mélységélessége. Jelen esetben a mélységélesség csupán n*100 µm. Több dolog is következik ebből. Egyrészt a mintánk és a galvo-fej távolságát pontosan be kell állítanunk, másrészt a megmunkálás mélysége nem lehet nagyobb, mint ez a érték. A fókusztávolság pontos beállításához az eltérítő fejet egy függőleges sín mentén mozgathatjuk, szintén 1 µm-es pontossággal. A megfelelő fókusztávolság ellenőrzését elvégezhetjük a kamerával, ugyanis a kamera mélységélessége hozzávetőlegesen megegyezik a fókuszáló rendszer mélységélességével. A sebesség és a Q-kapcsoló frekvenciájának öszehangolása: A lézer impulzus üzemben működik. Egy - egy impulzus egy-egy kör alakú nyomot hagy. A galvanometrikus fej pásztázási sebességét úgy kell megválasztanunk, hogy ezek az apró körök valamilyen arányban átfedjék egymást (5. ábra). 5. ábra. Az impulzusok átfedése Két impulzus között 1/f idő telik el. Ha az eltérítés sebessége v, akkor l=v*1/f. Úgy kell megválasztanunk az eltérítés sebességét, hogy l ne legyen nagyobb, mint a fókuszált átmérő fele. A 6. ábra egy arany vékonyrétegben végzett vonal menti anyageltávolítást mutat. Megfigyelhető az egyes 8

9 impulzusok által eltávolított körök menti csipkézett kontúr. Minél kisebbre választjuk l-t, annál kisebb lesz a megmunkálás mentén a csipkézettség. 6. ábra. Vonal-menti abláció Au vékonyrétegben A fentiek alapján levonhatnánk a következtetést: a pásztázási sebességet minél kisebbre kell állítanunk. Azonban nem csökkenthetjük a pásztázási sebességet bármilyen kis értékre. Bár a 355 nmes hullámhosszúság főként a kémiai kötések bontása révén fejti ki hatását, számolnunk kell hőhatásával is. A sebesség csökkentésével egyre nagyobb hőhatásnak tesszük ki a munkadarabunkat, így a széli részeken elszíneződések, anyagkárosodások jelentkezhetnek. Arany vékonyréteg esetében például adott sebesség alatt nem csak a széli részek elszíneződése figyelhető meg, hanem az arany réteg leválása is a hordozóról. Leképzési hibák: A galvanometrikus elven működő nyalábeltérítés fő előnye az asztal mozgatásához képest, hogy sokkal gyorsabb lehet annál. Ennek oka, hogy az eltérítő tükör tömege és tehetetlenségi nyomatéka kicsi. Sajnos mégis számolnunk kell valamekkora tehetetlenséggel és ennek nyoma marad a mintáinkon. Egyrészt az éles sarkok lekerekedhetnek, és a kitöltés túlfuthat a kereten, ha túl nagy eltérítési sebességeket alkalmazunk (7. és 8. ábra). 9

10 7. ábra. Lekerekedett sarok 8. ábra. A minta szélén túlfutó kitöltés További hibák származhatnak abból, hogy a síkterű lencsénk leképzése nem tökéletes. Nem síkba fókuszálja a nyalábunkat. Az optikai tengelytől távolodva egyre távolabb lesz a fókuszált pont a tárgyasztaltól, a fókuszált folt egyre nagyobb lesz és ennek megfelelően a felületi energiasűrűség csökken. Az optikai tengelytől távolodva a beesési szög csökkenése miatt is a folt kiszélesedésével kell számolnunk ( 9. ábra). 9. ábra. Fókuszfolt kiszélesedési mechanizmus az optikai tengelytől távol A fentiek alapján látható a galvanometrikus eltérítés hátránya: nem alkalmas nagy felületű mintázat kialakítására. 10

11 SmartLaser program A 10. ábra a program képernyőképét mutatja. 10. ábra. SmartLaser képernyőkép A kezelő felület két részre osztott. Az egyik rész az asztalok mozgatásáért felelős, a másik a lézer beállításaiért. Az asztal mozgatásakor megadhatjuk a mozgási sebességet, a kívánt abszolút pozíciót és relatív mozgásokat. A Z tengely felelős a galvanikus eltérítő fej emeléséért-süllyesztéséért. A lézer teljesítményének beállításakor megadhatjuk a pumpáló diódák áramát százalékos értékben, és a Q- kapcsoló frekvenciáját. ez a két érték határozza meg a lézer teljesítményét. Az idő szerint átlagolt teljesítmény és az impulzusenergia leolvasható a megfelelő ablakokban. WinLase Editor Ez a program végzi a galvo-fej vezérlését. A program tartalmaz egy egyszerű grafikus szerkesztőt is, melynek segítségével egyszerű alakzatok, mozgási pályák szerkeszthetőek. A program képe a 11. ábrán látható. 11

12 11. ábra. WinLase Editor A képernyő nagy részét a rajzfelület teszi ki. A rajzfelületen a bal oldali sávban látható objektumokat helyezhetjük el. Ez lehet vonal, négyszög, sokszög (kör), betű, vonalkód vagy furat. Az objektum elhelyezése után megadhatjuk annak tulajdonságait az F5 billentyű megnyomása után (12. ábra). 12. ábra. Objektum tulajdonságai Megadhatjuk a befoglaló méretét, pozícióját, elforgathatjuk, megnyújthatjuk, eltolhatjuk. A pozíció az objektumot befoglaló négyzet bal alsó sarkának pozícióját adja meg. Az F2 billentyű hatására megjelenő ablakban állíthatjuk be a tükrök megmunkálás paramétereit ( 13. ábra). 12

13 13. ábra. Pásztázás tulajdonságai Megadhatjuk az ismétlések számát, a jelölés sebességét és a különböző időzítési paramétereket. A diódák áramát és a Q-kapcsoló frekvenciáját ebből a programból nem tudjuk szabályozni, annak ellenére, hogy az ablak tartalmaz ilyen paramétereket is. 14. ábra. Kitöltés beállításai Ha zárt görbét adtunk meg, akkor a program képes azt párhuzamos vonalakkal kitölteni (14. ábra). Megadhatjuk, hogy milyen irányú pásztázás mellett töltsei, mekkora legyen a vonalak távolsága és milyen szöget zárjanak be a vízszintessel. 13

14 Ha elkészültünk az ábránkkal, akkor az F8 billentyű lenyomása után indíthatjuk a munkát. 15. ábra. Munka indítása A gyakorlaton szemre veszélyes, láthatatlan lézersugárzással dolgozunk. A munka alatt védőszemüveg használata kötelező! A sugárba belenyúlni tilos! A lézer csak a gyakorlatvezető engedélyével kapcsolható be. 14

15 A mérés menete 1. Mikrofluidikai struktúra kialakítása CO 2 lézerrel PMMA lapkába. a. Mintázat kialakítása Megismerkedünk a CO 2 megmunkáló állomással. Áttekintjük a rajzolás és konverzió folyamatát, majd PMMA lapkában kialakítjuk a 16. ábra szerinti mintázatot különböző beállítások mellett, különböző méretben. 16. ábra. Mikrofluidikai struktúra b. Vizsgálat Az elkészült darabokat optikai mikroszkóp és felületi profilvizsgáló segítségével megvizsgáljuk és összehasonlítjuk. 2. Mintázat kialakítás arany vékonyrétegben Nd:YAG lézerrel a. Mintázat kialakítása Tetszés szerinti elektród struktúra kialakítása a rendelkezésre álló elemkészlet segítségével. A struktúrának tartalmaznia kell egy elektródot (pl. interdigitális elektród) és kontaktálási pontokat. A rajzolat kialakítására 30x20mm-es felület áll rendelkezésre. b. Elkészült elektród kivágása c. Vizsgálat A kész elektród optikai mikroszkópos vizsgálata. Esetleges leképzési hibák keresése. 3. Az elkészült mikrofluidikai egység és Au elektróda összeragasztása az előző laboron megismert technológiák egyikével. Fontos, hogy a hallgató olyan ragasztót válasszon, ami nem tömíti el a fluidikai celláját! 4. Az összeragasztott mikrofluidikai cella feltöltése sóoldattal és vezetőképesség mérése a Radelkis ph és konduktométer segítségével. (Előretekintés az elektrokémiai laborra.) Ellenőrző kérdések 1. Alapfogalmak definiálása (spontán emisszió, indukált emisszió, abszorpció, abláció, populációinverzió, optikai rezonátor). 2. Milyen gerjesztéseket ismer? 15

16 3. Mit befolyásol a lézer hullámhoszúsága? 4. Milyen tényezőket kell figyelembe vennünk a pásztázási sebesség beállításakor? 5. Hogyan állítja be az optimális pásztázási sebességet? 6. A Q-kapcsoló szerepe és működési elve. 7. CO 2 lézer működési elve. 8. Nd:YAG lézer működési elve. 9. Mi a nyalábtágító szerepe? (képlet is kell!) 10. Mi a mélységélesség szerepe? Hogy állítja be és ellenőrzi a mélységélességet? 11. CO 2 lézeres megmunkáló állomás felépítése? 12. Milyen leképzési hibák jelenhetnek meg galvanometrikus elven működő eltérítő fej használatakor? 16