امروزه با استفاده از تکنیک جدید موسسه پلی تکنیک لوزان سوئیس (EPFL)، توری‌های پراش با الماس خالص ساخته می‌شوند. سطوح این توری‌های پراش تا حد اتمی صیقل داده می‌شوند. این افزاره های جدید، در لیزرهای پرتوان تک طول موج یا لیزرهایی که از نظر طیفی تحت کنترل هستند و طیف نگار‌های جدید استفاده می‌شوند. این تکنیک در کنفرانس DCM2017 که در ۵ سپتامبر برگزار شد، معرفی و ارائه شده است.
این توری های الماسی مناسب استفاده در طیف نگارها و افزاره های نوری لیزرهای پرتوان هستند. الماس از نظر رسانایی گرمایی مشخصات بی همتایی دارد و رسانش گرمایی آن ده ها برابر بزرگ‌تر از هر ماده دیگری است که تا به حال در توری‌های پراش استفاده شده است. الماس همچنین از نظر شیمیایی خنثی، از نظر فیزیکی بسیار سخت و در برابر پرتوهای فرابنفش به خوبی نور مرئی و فروسرخ عمل می‌کنند.
این تکنیک در تیمی به رهبری پروفسور نیلز کواک استاد موسسهEPFL توسعه یافته است. از آنجا که این تکنیک، حکاکی اَشکال از پیش طراحی شده روی صفحه های تک کریستالی الماس در ابعاد میلی‌متری را امکانپذیر میسازد، روشی بسیار پیشگام است. شیارهای این حکاکی در ابعاد چند میکرون است و سطوح آن به صورت اتوماتیک صیقل داده میشود. در این تحقیقات از الماس‌هایی که به روش CVD سنتز شده اند، استفاده شده است.
الماس‌ها مرحله به مرحله حکاکی می‌شوند. ابتدا پوششی سخت روی سطوح صفحه الماس لایه نشانی و ساخته میشود. سپس این پوشش مستقیماً در معرض پلاسمای اکسیژن قرار می‌گیرد و یون‌های اکسیژن به کمک یک میدان الکتریکی به سمت سطح الماس شتاب می‌گیرند و اتم‌های کربن را یک به یک از سطح الماس جدا می‌کنند. با تغییر و تنظیم شدت میدان الکتریکی، طرح مورد نظر روی الماس حکاکی میشود.
به گفته پروفسور کواک در این پروژه، توری‌های پراشی با شیارهای مثلثی که به فاصله چند میکرون از هم قرار گرفته اند، ساخته شده است. در این فرآیند پارامترها به گونه ای تنظیم شده اند که چند الماس مناسب با قابلیت ایجاد شیارهای V شکل و صیقل دادن در مقیاس اتمی، انتخاب شوند. دستیابی به چنین مقیاس صیقل به کمک برش‌های لیزری ساده امکانپذیر نیست.
این تکنولوژی نوین که به کمک تجهیزات مرکز میکرونانو تکنولوژی (CMI) توسعه داده شده است، بسیار کاربردی است. پیش‌تر، این تکنولوژی برای سیلیکان استفاده شده بود اما در مورد الماس از این روش استفاده نشده بود. لازم به ذکر است که با توجه به اهمیت این موضوع آقای مارسل کیس دانشجوی دکتری در بین ۶ نامزد جایزه بورسیه DCM2017 قرار گرفت.
این توری های الماسی مناسب استفاده در طیف نگارها و افزاره های نوری لیزرهای پرتوان هستند. الماس از نظر رسانایی گرمایی مشخصات بی همتایی دارد و رسانش گرمایی آن ده ها برابر بزرگ‌تر از هر ماده دیگری است که تا به حال در توری‌های پراش استفاده شده است. الماس همچنین از نظر شیمیایی خنثی، از نظر فیزیکی بسیار سخت و در برابر پرتوهای فرابنفش به خوبی نور مرئی و فروسرخ عمل می‌کنند.
این تکنیک در تیمی به رهبری پروفسور نیلز کواک استاد موسسهEPFL توسعه یافته است. از آنجا که این تکنیک، حکاکی اَشکال از پیش طراحی شده روی صفحه های تک کریستالی الماس در ابعاد میلی‌متری را امکانپذیر میسازد، روشی بسیار پیشگام است. شیارهای این حکاکی در ابعاد چند میکرون است و سطوح آن به صورت اتوماتیک صیقل داده میشود. در این تحقیقات از الماس‌هایی که به روش CVD سنتز شده اند، استفاده شده است.
الماس‌ها مرحله به مرحله حکاکی می‌شوند. ابتدا پوششی سخت روی سطوح صفحه الماس لایه نشانی و ساخته میشود. سپس این پوشش مستقیماً در معرض پلاسمای اکسیژن قرار می‌گیرد و یون‌های اکسیژن به کمک یک میدان الکتریکی به سمت سطح الماس شتاب می‌گیرند و اتم‌های کربن را یک به یک از سطح الماس جدا می‌کنند. با تغییر و تنظیم شدت میدان الکتریکی، طرح مورد نظر روی الماس حکاکی میشود.
به گفته پروفسور کواک در این پروژه، توری‌های پراشی با شیارهای مثلثی که به فاصله چند میکرون از هم قرار گرفته اند، ساخته شده است. در این فرآیند پارامترها به گونه ای تنظیم شده اند که چند الماس مناسب با قابلیت ایجاد شیارهای V شکل و صیقل دادن در مقیاس اتمی، انتخاب شوند. دستیابی به چنین مقیاس صیقل به کمک برش‌های لیزری ساده امکانپذیر نیست.
این تکنولوژی نوین که به کمک تجهیزات مرکز میکرونانو تکنولوژی (CMI) توسعه داده شده است، بسیار کاربردی است. پیش‌تر، این تکنولوژی برای سیلیکان استفاده شده بود اما در مورد الماس از این روش استفاده نشده بود. لازم به ذکر است که با توجه به اهمیت این موضوع آقای مارسل کیس دانشجوی دکتری در بین ۶ نامزد جایزه بورسیه DCM2017 قرار گرفت.
Source: http://www.laserfocusworld.com/articles/2017/09/diamond-optical-gratings-to-enable-new-uses-in-spectroscopy-and-high-power-laser-control.html