Tailored laser wave packets for advanced micro-structuring of materials

Σε αυτή τη διδακτορική μελέτη κυματοπακέτα φωτός διαμορφώνονται πειραματικά στο χώρο για την παραγωγή καινοτόμων δεσμών λέιζερ με ρυθμιζόμενα οπτικά χαρακτηριστικά, τα οποία δυναμικά θα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την προσαρμοσμένη μικρο-διαμόρφωση φωτοευαίσθητων υλικών χρησιμοποιώντας την τεχνική Άμεσης Εγγραφής με Λέιζερ και του Πολυφωτονικού Πολυμερισμού. Παρόλο το γεγονός ότι η τεχνική άμεσης εγγραφής με λέιζερ έχει καθιερωθεί ως μία ισχυρή μέθοδος για πολλές εφαρμογές, επιτρέποντας την κατασκευή μίκρο- και νάνο-δομών υψηλής ευκρίνειας, ταυτόχρονα θέτει την κατασκευή δομών μεγάλης κλίμακας ως μία σημαντικά χρονοβόρα διαδικασία. Οι σύγχρονες απαιτήσεις για γρήγορη κατασκευή δομών, μαζική παραγωγή και δομές μεγάλης κλίμακας οδηγούν στην ανάγκη άμεσων λύσεων. Για αυτό στο πλάισιο αυτής της διδακτορικής μελέτης, καινοτόμες τεχνικές κατασκευής μικροδομών, συμπεριλαμβάνοντας νέες διαμορφωμένες δέσμες λέιζερ, ολογραφική λιθογραφία και κατάλληλη διαμόρφωση του εστιακού πεδίου με στόχο την εξειδικευμένη και ελεγχόμενη επεξεργασία υλικών, αναπτύσσονται και εφαρμόζονται. Η διατριβή αυτή ξεκινάει με την μελέτη των καινοτόμων επιταχυνόμενων ring-Airy δεσμών, οι οποίες λόγω της μοναδικής τους ιδιότητας να αυτοεστιάζονται, μπορούν να μεταφέρουν ισχυρές εντάσεις στο σημείο της εστίασης τους. Τέτοιες δέσμες με ελεγχόμενα χαρακτηριστικά παράχθηκαν πειραματικά και χρησιμποιήθηκαν για την κατασκευή τρισδιάστατων δομών υψηλής ευκρίνειας μέσω πολυφωτονικού πολυμερισμού. Παράλληλα, αποδεικνύεται ότι αυτές οι παραξονικές δέσμες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή δομών στο όριο του μήκους κύματος. Μία σημαντική παράμετρος στην επεξεργασία υλικών με λέιζερ είναι η πλήρης αντίληψη των νόμων που διέπουν την διαμόρφωση των φυσικών διαστάσεων του όγκου της εστίας κατά τον πολυμερισμό. Για αυτό το λόγω, η διατριβή αυτή συνεχίζει με τη μελέτη της επίδρασης της έντασης και χρόνου έκθεσης κατά την δημιουργία εστιακών όγκων μεγάλου μήκους κατά των πολυφωτονικό πολυμερισμό. Τέλος, μία ευέλικτη ολογραφική μέθοδος διαμόρφωσης της εστίας στις τρεις διαστάσεις παρουσιάζεται και εφαρμόζεται στον πολυφωτονικό πολυμερισμό. Η μέθοδος αυτή επιτυγχάνει σημαντική μείωση του συνολικού χρόνου που απαιτείται για την κατασκευή δομών μέχρι και δύο τάξεις μεγέθους συγκριτικά με την κοινή τεχνική άμεσης εγγραφής με λέιζερ.

Simple theoretical proposal of the dependence of the deGennes extrapolation parameter with the surface temperature of a superconducting sample

The Time-dependent Ginzburg–Landau model (TDGLM) is a robust tool widely used to analyze the magnetization of the single-vortex state of a mesoscopic superconducting sample in presence of a magnetic field. The algorithm implemented in this work is applied to a square geometry surrounded by different kinds of materials simulated by deGennes extrapolation length . The inside of the sample remains at constant temperature , while its boundary remains at temperature . This temperature variation in the sample can be generated by a continuous laser wave injected into all the internal points, except for a thin surface layer in the boundary of the material. We found that the b value at , which mimics the magnetization curve for a corresponding , presents a linear dependence with the temperature. Therefore, although within the domain of validity TDGLM the parameter is to be considered temperature-independent in the vicinity of the bulk critical temperature and that depends on the density of states near the surface, we propose a simple dependence of using a TDGLM.

Aberration correction for improving the image quality in STED microscopy using the genetic algorithm

With a purely optical modulation of fluorescent behaviors, stimulated emission depletion (STED) microscopy allows for far-field imaging with a diffraction-unlimited resolution in theory. The performance of STED microscopy is affected by many factors, of which aberrations induced by the optical system and biological samples can distort the wave front of the depletion beam at the focal plane to greatly deteriorate the spatial resolution and the image contrast. Therefore, aberration correction is imperative for STED imaging, especially for imaging thick specimens. Here, we present a wave front compensation approach based on the genetic algorithm (GA) to restore the distorted laser wave front for improving the quality of STED images. After performing aberration correction on two types of zebrafish samples, the signal intensity and the imaging resolution of STED images were both improved, where the thicknesses were 24 μm and 100 μm in the zebrafish retina sample and the zebrafish embryo sample, respectively. The results showed that the GA-based wave front compensation approach has the capability of correction for both system-induced and sample-induced aberrations. The elimination of aberrations can prompt STED imaging in deep tissues; therefore, STED microscopy can be expected to play an increasingly important role in super-resolution imaging related to the scientific research in biological fields.

Kinetics of the Raman scattering in a laser corona using a transform method

This paper is an extension of our previous paper (Mašek and Rohlena, 2015), where we applied a transform method for the solution of Vlasov–Maxwell set of equations in a one-dimensional geometry to describe the Raman backscattering of the heating ns laser wave in the external corona of the generated laser plasma in a strongly non-linear regime. The method is stabilized by a simplified Fokker–Planck collision term, which, in turn, is used for a study of the influence of collisional and collisionless damping mechanisms of the daughter electron plasma wave (EPW) on the instability development and their competition resulting in a different instability behavior in various plasma configurations. The physics of trapped electrons is studied in detail and compared to the resulting Raman reflectivity. The Raman reflectivity was found to depend strongly on the intensity of laser irradiation in the different regions of the plasma corona. This is discussed in detail from the point of view of trapped electrons behavior in the EPW. Moreover, a study of the Raman reflectivity dependence on the electron–ion collision frequency (average plasma ionization) is presented, too. The results supplement the physical picture of the collision and collisionless processes influencing the Raman instability non-linear development.