Фокусировка пятна до размера 1 мкм - возможно ли?

Добрый день, уважаемый Олл!
Хочу собрать установочку для специфических лабораторных целей - нужно отрезать кусочек световода (достаточно повредить -дальше само отвалится) - диаметром порядка 1-10 мкм, и длиной ~100 мкм. Особенность - это консоль висящая в пространстве. Все разумеется делается под микроскопом.
Различные механические мелкие резаки работают очень ненадежно.
Думаю попробовать сделать лазерный резак - благо есть в продаже аж 5-ти ваттные монстры. Но возникает вопрос - какой диаметр выходного луча обычно у лазерных диодов, и до какого размера можно его сфокусировать. Расстояние роли не играет - ну пару сантиметров хотелось бы иметь, лучше десять. Режим работы - предполагается импульсный - а то стекло начнет растекаться, а хочется, чтоб это был именно "удар".
Пробовал на большой стационарной установке - там луч до 0.2 мм фокусируется - слишком хорошо - все разлетается вдребезги - при мощности вроде до 1 ватта.
С уважением,
Гарри

 

Конечно же, отсюда не видно, но световод диаметром 1-10 мкм это что-то. У Вас тейпнутое волокно или ещё какая экзотика?
С мощным ЛД однозначно не получится ничего, ибо у них качество пучка говённое. Причём чем мощнее диод, тем говённее у него выходной пучок. Реально сфокусировать в пятно ~40-50 мкм. Да и то надо очччень постараться. Но Вы правы, будет это всё работать в непрерыве, что не есть гут для данного случая.
IMHO, хорошо будут "пилить " Ваш световод фемтосекундные импульсы.

Под термином "расстояние" следует понимать задний отрезок фокусирующего объектива, я так понимаю? Ну, тогда можно сказать только следующее:
0. для получение диаметра пятна в перетяжке ~1-3 мкм нужен лазер с высококачественным (M2<2, а еще лучше <1.5) пучком;
1. для фокусировки такого излучения нужен нехилый микрообъектив;
2. традиционные высокоапертурные микрообъективы имеют рабочий отрезок < 1 мм;
3. можно найти специализированные объективы с большим (десяток-два десятка мм) рабочим отрезком. Например, Mitutoyo. Он ещё в ближнем ИК обладает гарантированным пропусканием. Но предупреждаю: Вы будете неприятно удивлены ценой этого удовольствия;
4. наконец, опыт говорит, что пилить и смотреть нужно одним микрообъективом.
Да, непонятно зачем Вам такой огрызок световода. Если в него заводить какое-то излучение, то скорее всего, облом выйдет. Для традиционных кварцевых волокон (D=125 мкм) традиционный механический скалыватель даст отличное качество торца. При лазерной резке световода по качеству реза ничего гарантировать нельзя. Эксперимент только эксперимент!

 

Присоединяюсь к ув. Мирону, от себя добавлю, что высокоапертурный объектив скорее всего не выдержит этой мощности. И таки может раскроете тайну что можно делать и как манипулировать со 100 микронным обрезком супер волокна?

 

Добрый день!
Это нужно для прибора по измерению скорости в очень маленьком объеме - 50х50х500 мкм
Манипулировать такими световодами вполне можно - под микроскопом конечно - нужны соответствующие причиндалы.
А что такое тейпнутое волокно? Волокно просто нагрето и вытянуто о такого диаметра.
Это все делается не дома, а в лаборатории конечно. Да, в световод вводится поток - никаких особых проблем. Электроника (усиление, обратная связь) вся своя, конечно.
По конструкции - там не только эта "балка" - там еще много чего - потом все размещается внутри цилиндра диаметром 1 мм. Технология длинная. Наша лаборатория занимается этим с 70-х годов - ну иногда хочется улучшить некоторые операции.
Спасибо за ответ - по поводу фемт - ну вряд ли, что нужно так коротко - я имею ввиду что скорость распространения тепла в стекле не слишком высока.
Под расстоянием я имел ввиду расстояние от выходной точки луча до места куда он попадает - у меня ж там вокруг всякие конструкции мешающие.
Насчет цены на оптику - ну да. Дело осложняется тем, что я не знаю точно какие параметры меня устроят.
В общем видимо прикину мощность, найду какой-нибудь лазер и буду пробовать. Вариант еще не повредить - а "отстрелить" кусочек - тогда пятно можно и большое наверное. Интенсивность в пятне по экспоненте вроде спадает?
Спасибо! Будем думать и пробовать.

 

Уважаемый ,
Мое личное мнение, что попытка обработки лазером, неверное решение. Есть пром. Установки для раскола монокриссталлических пластин, скрайберы, под каждый материал свой режим. Получать ультра короткие импульсы менее нс в даном случае при высоком качестве пучка отдельная сложная задача. Если у вас штучное производство таких сенсоров, то городить установку нет смысла.
Есть супер современное орудие микрообработки - сфокусированные ионные пучки, если волокно не превышает 10 микрон то можно попробовать. Правда удовольствие это не дешевое и приборов таких немного. А всетаки неужели механическая или хим обработка не справляются с волокном?
Или сКажем средства и технологии интегральной оптики. Наверно можно было бы на кремниеювой пластине сформировать лазер, волноводы и электронику?
Я занимаюсь кремниевой технологией, в связи сэтой задачей у меня есть соображения как можно попробовать изготовить такие балки большим тиражом, но прямоугольного сечения, если инересно можно обсудить.

 

Соглашусь с уважаемым Optics:

Я как-то сразу зациклился на лазерном подходе. Не знаю, как 10 мкм, но 1-2 мкм перепилит любой dual beam на растровом электронном микроскопе. Если Вы в большом городе, найдите какой-то микроскоп FEI/ Carl Zeiss/ JEOL с ионным пучком и будет Вам счастье.
Я, может быть, напрасно лезу со свиным рылом в калашный ряд, за 40 лет у вас в лабе много думали, опробовали много вариантов. Но если этот отрезочек волокна предназначен только для того, чтобы завести свет в указанный объём 50х50х500 мкм, то это как-то странно. хотя я, скорее всего, не понимаю ваших идей.

 

Optics:
Да - производство штучное -для собственных нужд ну и для дружественных лабораторий. В больших количествах оно никому не нужно.
Мы вообще не оптики, а гидродинамики
Механически - да, так сейчас и делаем - надо еще подумать как улучшить механический вариант. Попробую придумать какие-нибудь алмазные микрорезаки.
Химическая - я пробовал капнуть плавиковой кислоты - никакого эффекта. Но я с ней не работал никогда - потом мне сказали, что её используют как раз для ослабления напряжений в стекле. Так что химически я просто не умею.

мирон:
За инфу о ФИП - спасибо большое. По идее самое то - но я посмотрел на установки - аж страшно стало сколько оно стоит.
Вариантов ха 40 лет опробовали не так много - это ж как... получили что-то работающее - ну и вот дальше и используется. Я вот начал как-то шебуршиться.
Насчет идей - это некая пространственная конструкция из нескольких световодов - это все в стекляшке длиной 10 мм и диаметром от 50мкм до 1мм. Световоды идут уже к источнику и приемнику. Эта стекляшка как раз сенсор зонда.

 

Просто капнуть плавиковкой может оказаться недостаточно, надо убрать оболчку (если есть) обезжирить, покрыть защитным лаком с резким краем те части, что не должны раствориться, оставив незащенный промежуток волокна (если оно из кварца) и погрузить в плавиковку и подождать процесс не очень быстрый.
Из кремниевой пластины (стандартная толщина для диамтра 100 мм = 450микрон) можно 'выпилить' квази 3Д конструкцию и превратить отдельные ее части в прозрачный материал. Или использовать для конструирования и выпиливания такой материал как PDMS, он озрачен в видимом свете и достаточно прочный, используется опто и био МЭМС.

 

Если верно второе, то зачем покупать? Несколько штук всегда можно сделать на стороне.
Задача заинтересовала. IMHO, можно взять стандартное SMF волокно, сколоть торец и приклеить его к тому, что называется "стекляшка". Как я понял, это капилляр с внутренним диаметром 50 мкм. Тогда волокно можно взять любой нужной длины и не парится с отрезком 100 мкм. Заведение лазерного пучка тоже сильно упростится. Волокно и световод, и одновременно стенка кюветы. Не?

 

мирон:
Добрый день!
А что такое стандартное SMF волокно?
У нас какие-то 150 мкм световоды - мы их вытягиваем до где-то 10 мкм или меньше. Как сколоть торец у такого световода - висящего в пространстве? Причем место скола надо выдержать с точностью ну... 20 мкм.
Делать на стороне - это надо тогда на это стороне городить все наши установки с микроскопами для световодных дел. Optics:
Ага! Спасибо - про обезжиривание забыл. Там не кварц - там обычное стекло. А "не очень быстрый процесс" - это как? В смысле минуты, часы, дни? И во что превращается область под кислотой?

 

Стандартное одномодовое волокно. Без изысков по поляризации и дисперсии.
Поскольку неясно, в каком спектральном диапазоне Вы сидите, то вот Вам ссылка
http://www.thorlabs.de/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=949
Там всё от UV до NIR.

Тогда совсем ничегошеньки не понимаю. Все сегодняшние доступные волоконные световоды - это или кварцевое стекло или пластик. Если брать одномодовые - то исключительно кварцевое стекло. Есть ещё всяческая суперхрень на халькогенидных стёклах, что-то на фторидах, но это лабораторная экзотика. А световоды из стекла (не кварцевого) d=150мкм, это даже не знаю, что. Возможно, какой-то архаизм, "прекрасное далёко" советской эпохи. Не понимаю, какой смысл мучится с этим окаменевшим "говном мамонта", как выражаются современная молодёжь. Ведь его надо ещё перетянуть на малый диаметр, потом не пойми чем пилить.

 

Стекло просто растворяется за час два, надо посмотреть если поверхность 'мутнеет' значит процесс идет.
Да как-то все выглядит странно, поскольку вы занимаетесь гидродинамиой, то можно предположить, что когда более менее отлаженный процесс используется по настоящее время, хотя технологии сейчас другие.
Для изготовления сенсора ближнепольного микроскопа тоже пользовали волокно, кончик затачивали в плавиковке, затем запыляли металлом потом прижимали конец запыленный к твердой поверхности образовалась 'дырочка' размером 10-50 нм
Такой вот сенсор. Да много чего можно еще предложить, может расскажете поподробнее про ваш прибор или ссылку дадите на методику?

 

мирон:
Насчет кварца - вот задачка - как кусочек световода ЗАГНУТЬ под 90 градусов? У кварца главный плюс - низкий коэфф. темп расширения - я думал про кварц - но 900 градусов температура размягчения )) Сделаю картинку - есть картинки в наших статьях - но там не все понятно.

 

Проблема не в угле а в радиусе закругления

 

А какие проблемы с радиусом?

 

Если радиус изгиба макро те миллиметры или сантиметры, просто нагревать перетяжку и волокно изогнется под собственным весом. А если меньше миллиметра то нужна оправка подходящего диаметра на которой изгибать волокно.

 

OpticsА! Оправки всевозможные сделаны. Поэтому загибать мы можем -но кварцевое стекло не разогреть. Либо нужно делать аргоновую атмосферу.

 

Люди дугой греют

 

Дугой - кстати мысль. Спасибо. Ну надо сделать такую микродугу

 

Не, делать ничего не надо. Просто найти старый сварочник для волокна с ручным режимом. И долго-долго экспериментировать.
Но я всё равно ничего в этой затее понять не могу.
Сдаётся мне, что обсуждаемый световод есть просто стеклянный цилиндрик соответствующих размеров. Т.е. совсем != волоконному световоду.