Messen Sie während Sie produzieren

3D-Topographiemesssungen simultan zur Laserstrukturierung

Schnelle 3D Oberflächenmessungen mit dem DHM® simultan zur Laserstrukturierung

Gleichzeitig Oberflächen-Laserstrukturieren und 3D Topographie messen

Eine Nature Publikation vermeldet Echtzeit 4D-Topographiemessungen mit unserem Digitalen Holographischen Mikroskop (DHM®) SIMULTAN zur Laserstrukturierung an derselben Stelle.

Glückwünsche dazu an Professor Arri Priimägi und sein Team von der Tampere Universität.
Der externe optische Port des DHM® wird dabei dazu genutzt, mit zwei individuell kontrollierbaren Laserstrahlen ein periodisch variierendes Interferenzmuster zu erzeugen. Mit der nun zur Verfügung stehenden Information zur laufenden Gitterbildung wurden multiple Gitterstrukturen in Dünnfilm mit Azobenzen enthaltendem Material geschrieben, zur Erzeugung von Pixeln mit einer breiten Palette an Farben einerseits wie auch topographischen Gitterstrukturen andererseits.

Beschreibung:

  • Courtesy von : Tampere Universität, Finnland
  • Material: Dünnfilme von Azobenzene enthaltendem Material
  • Instrument: DHM® R-2100 mit optionalem externen optischem Port
  • Zeitskala: 3 Sekunden
  • Vergrösserung: 40x

Publikation:

Digital holographic microscopy for real-time observation of surface-relief grating formation on azobenzene-containing films
Heikki Rekola, Alex Berdin, Chiara Fedele, Matti Virkki, and Arri Priimagi
Sci Rep 10, 19642 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-76573-610.1038/s41598-020-76573-6

„Ich bin sehr angetan von diesem neuen Tool. Es wird eine neue Welt öffnen für photosensitive Azopolymer Filme, wie am Beispiel der verpixelten, photostrukturierten Fläche unten gezeigt. Grossen Dank an das Smart Photonic Materials Team, im speziellen Dr. Heikki Rekola, dass sie das ermöglicht haben, und dem qualifizierten Lyncée Personal für die professionelle Interaktion“.

Professor Arri Priimägi, Smart Photonic Materials, Faculty of Engineering and Natural Sciences, Tampere University, Finland

„Die unmittelbare Rückmeldung aus der DHM Messung hat sich als Schlüsselfaktor für unsere Oberflächenstrukturierungs-Studien herausgestellt. Es erlaubt uns viel schneller zu messen & iterieren als zuvor, und ich glaube, das wird uns in der Zukunft befähigen, neue, spannende Anwendungen für diese interessanten Materialien zu entwickeln.“

Dr. Heikki Rekola, Department of Physics and Mathematics, University of Eastern Finland

Experimenteller Aufbau

Das Tampere Team verwendete unseren optionalen DHM® Optik Port zum Einspeisen zweier individuell kontrollierbarer Laserstrahlen. Periodisch variierende Muster werden auf der Probenoberfläche erzeugt. Dieser Vorgang wird simultan mit dem DHM® vermessen.
Die Topographie eines 1.5 µm Periodengitters wird mit einem konventionellen Zweistrahl-Interferenz-Setup geschrieben und sowohl mit dem AFM und dem DHM® vermessen (siehe Bild oben). Dabei nimmt das DHM® die Oberflächentopographie mit 194 Bildern/sec auf, simultan zur Interferenz-Lithographie, ohne dabei den Strukturierungsprozess zu stören.

Andere mit dem DHM® kontrollierte Interferenzlithografie Beispiele

Ein Fourier-synthetisiertes Blazegitter

(a) Das ideale, simulierte Vier-Sinus Soll / Ist Blazegitter Profil. Die Fourier Komponenten werden in den negativen Bereich gekehrt. (b) Das geschriebene und mit dem DHM® gemessene Profil. Die Differenz zwischen Simulation und Experiment kommt hauptsächlich aus der zweiten und dritten harmonischen Komponente des Gitters, niedriger als beabsichtigt, doch tritt alles in allem die Natur des erhaltenen Gitters klar zutage.

Echtfarben diffraktive Pixels mit Multi-Exposure SRGs

Vollfarbenbilder schreiben mit Gitter-Stapel. (a) Eine Fotografie eines Regenbogenpapageis, geschrieben auf einer photosensitiven Polymerfilmoberfläche mit 120 x 80 Pixel. Die gesamte beschriebene Fläche ist 12 mm x 8 mm. Jedes Pixel im Bild enthält die drei Gitter für die Reflexion zur Kamera von Rot, Grün und Blau. (b) Ausgangsbild für die Strukturierung. (c)-(e) Oberflächenprofile von drei beliebig ausgewählten Pixeln aufgenommen mit dem DHM®, gemessen eine Mischung von drei Gitterperioden mit den erhaltenen Höhen gezeigt in (f)-(h).

Bilder mit freundlicher Genehmigung von Professor Arri Priimägi, Fakultät Engineering und Natural Sciences, Tampere Universität, Finnland

Qualitätsgewinn dank direktem Algorithmus-Feedback

Femtosekundenlaser-Beschrieb mit DHM® Feedback

Das „Journal of Physics Photonics“ meldet Echtzeit-4D-Topografiemessungen mit einem unserer digitalen holographischen Mikroskope (DHM® ) SIMULTAN zum Femtosekundenbeschrieb in Quarzglas.

Glückwünsche an Professor Yves Bellouard und sein Team an der EPFL Lausanne, Schweiz.

Eine Durchlicht DHM®  Kamera wurde dazu in den optischen Pfad des Femtosekundenlaser-Schreibsystems integriert. Die in-situ Echtzeitmessungen des zeitgleich beschriebenen Glassubstrats ermöglichen einem Doppelalgorithmus den unmittelbaren Feedback an den schreibenden Femtolaser. Phasenbilder werden auf diese Art direkter Rückkopplung präzise kontrolliert ins Glas geschrieben.

Beschreibung:

  • Courtesy von: Professor Yves Bellouard, GALATEA Laboratory, EPFL – Swiss Federal Institute of Technology, Lausanne, Schweiz
  • Material: Quarzglas Corning 7980 0F
  • Instrument: DHM®  Durchlichtkamera integriert in den optischen Pfad des Femtolasers
  • Zeitskala: 195 Messungen pro Sekunde
  • Vergrösserung: 100x

Publikation:

„On the use of a digital twin to enhance femtosecond laser inscription of arbitrary phase patterns films“
Olivier Bernard und Yves Bellouard

Journal of Physics: Photonics, 2515-7647 DOI: 10.1088/2515-7646/abf743, 2021

DHM Kamera zusammen mit dem Femtosekundenlaser
Strukturen schreiben mit gleichzeitigem DHM-Messen des induzierten Phasenshifts
Das Schreiben beliebiger Strukturen ist im extremsten Fall gleichbedeutend mit den schwierigsten anisotropischen Schreibkonditionen. (a) Der gewählte Schreibverlauf, (b) Vorlagen, (c) experimentelles DHM-Bild vom unkorrigierten Beschrieb, (d) korrigierter Beschrieb, um anisotropische Effekte zu reduzieren. Bilder von links nach rechts: konstante Belichtung, 1. Ordnung Vortex-Phasenplatte, Siegel der Stadt Neuchâtel (Schweiz), Reproduktion einer historischen Zeichnung von Pferden (Grotte Chauvet, Frankreich).

Echtzeitmessung erlaubt kontinuierliche Anpassung der Laserstrahl Parameter

Laserpolieren soll gerade soviel Wärme in die Werkstückoberfläche eintragen, dass sie zwar weich wird, aber die Form nicht beeinträchtigt wird. Folglich gilt es die richtigen Parameter zu finden betreffend Verfahrgeschwindigkeit des Werkstücks, Laserpower, Laserspotgrösse – alles abgestimmt auf das Material des Werkstücks. Die richtigen Grössen sind nicht ganz einfach zu finden. Mit den Echtzeitmessungen des DHM und direkter Rückkopplung zum Laser sind die richtigen Parameter jederzeit garantiert und die Politur zum Erreichen der vorgegebenen Oberflächenrauheit unter Beibehaltung der Form gelingt problemlos.

In situ und Echtzeit-Monitoring des Nassätzprozesses

Nasschemisches Ätzen ist ein Schlüsselprozess in der Mikro- & Nanostrukturierung wie auch bei Dünnfilmen. Übliche Methoden zur Bestimmung der Ätzzeit sind Laser-Endpunktdetektion und optische Spektrometrie. Beide bestimmen die Dicke respektive Materialzusammensetzung der geätzten Schichten, aber keine bietet in Echtzeit sub-Mikrometer 3D Topographiemessungen während des Ätzvorgangs. Die Fähigkeit des DHM, durch Glas und in Flüssigkeit zu messen, erlauben solch anspruchsvolle Messungen.

Beschreibung:

  • Courtesy von : Micropat SA, Schweiz
  • Material: Rostfreier Stahl
  • Instrument: DHM® R-2200
  • Zeitskala: < 2 minutes
  • Vergrösserung: 20x

Publikation:

„Laterally resolved in situ 4D topography of electrochemical etching by Digital Holographic Microscope, Oral presentation and Proceeding of MNE2017, Braga, Portugal“

Vor Ort Messung von zwei 20 µm resp. 100 µm breiten elektrochemisch geätzten Gräben