Лазерный мир

Ученые из Рочестерского университета разработали метод оптической визуализации на основе рассеянного света, чтобы впервые зарегистрировать полный процесс, посредством которого поверхность материала трансформируется лазерными лучами до такой степени, что материалы обладают новыми и полезными свойствами. Визуализация этих тонких изменений позволит ученым лучше создавать пользовательские материалы, предназначенные для разных целей.

Исследовательская группа во главе с Чунлей Го, профессором Института оптики в Университете Рочестера, экспериментировала с поверхностным структурированием с помощью лазеров. В 2015 году они успешно использовали фемтосекундные лазеры для превращения поверхности металлов в чрезвычайно водоотталкивающие (супергидрофобные) материалы без необходимости временного покрытия. Они даже перевернули действительность, чтобы сделать материалы, которые являются гидрофильными, которые привлекают воду.

«После того, как мы решили, что мы можем радикально изменить свойство материала, создав на его поверхности крошечные структуры, следующим естественным шагом было понять, как образовались эти крошечные структуры», — говорит Го в пресс-релизе. «Это очень важно, потому что, поняв, как они сформировались, вы можете лучше контролировать их».

Другими словами, Го и коллеги должны были непосредственно визуализировать последовательность событий, когда поверхность материала изменяется светом. Таким образом, их следующий эксперимент включал впервые запись «полной временной и пространственной эволюции фемтосекундной лазерно-индуцированной морфологической поверхностной структурной динамики металлов от начала и до конца, т. е. от начальных флуктуаций поверхности, путем плавления и абляции, до конца переделки », — писали они в газете, опубликованной в журнале Nature.

Для создания изображений ученые разделили фемтосекундный лазерный импульс на два пути: «пучок накачки» нацелен на материальную мишень для создания микро- и наноструктурных изменений, а «зондовый луч» перемещается вдоль более длинного пути, чтобы осуществить задержку его прибытия в целевую область, где он действует как вспышка, чтобы осветить процесс, чтобы его можно было сфотографировать камерой с высоким разрешением, с зарядовой связью (CCD).

«Когда рассеянный свет пульсирует на фемтосекундных временных интервалах, мы можем зафиксировать очень небольшие изменения с чрезвычайно высокой скоростью. Из этих изображений мы можем четко видеть, как начинают формироваться структуры », — говорит Го. «Техника, которую мы разработали, не обязательно ограничивается просто изучением поверхностных эффектов, производимых в моей лаборатории. Основа, которую мы заложили в этой работе, очень важна для изучения сверхбыстрых и крошечных изменений на материальной поверхности ».

Визуализация со скоростью света

Исследование Го в Рочестерском университете финансировалось Фондом Билла и Мелинды Гейтс и Исследовательским офисом армии США.

Источник:

http://www.nature.com/lsa/journal/v6/n3/full/lsa2016256a.html