RU2236948C1 - Method and device for controlled material transfer - Google Patents
Method and device for controlled material transfer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2236948C1 RU2236948C1 RU2003110547/12A RU2003110547A RU2236948C1 RU 2236948 C1 RU2236948 C1 RU 2236948C1 RU 2003110547/12 A RU2003110547/12 A RU 2003110547/12A RU 2003110547 A RU2003110547 A RU 2003110547A RU 2236948 C1 RU2236948 C1 RU 2236948C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- substance
- radiation
- carrier
- medium
- image
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000000463 material Substances 0.000 title abstract description 15
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 85
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 73
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 25
- 239000012634 fragment Substances 0.000 claims description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims description 5
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 4
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 claims description 4
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 3
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 3
- 206010011878 Deafness Diseases 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 238000012634 optical imaging Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к классу печатающих устройств, воспроизводящих на заданном объекте (бумага, пластик, стекло, биологическая структура и т.п.) заданную конфигурацию (изображение) из вещества (материала), нанесенного на подложку. К таким устройствам можно отнести: устройства для прямого изготовления элементов микроэлектроники, биоструктур, катодолюминесцентных дисплеев высокого разрешения, цветной высококачественной печати и др.The invention relates to a class of printing devices reproducing on a given object (paper, plastic, glass, biological structure, etc.) a given configuration (image) of a substance (material) deposited on a substrate. Such devices include: devices for the direct manufacture of microelectronic elements, biostructures, high resolution cathodoluminescent displays, high-quality color printing, etc.
Изобретение относится к способам и устройствам, использующим энергию излучения для управляемого переноса вещества непосредственно с носителя на заданный объект без промежуточных операций в реальном масштабе времени.The invention relates to methods and devices using radiation energy for controlled transfer of a substance directly from a carrier to a given object without intermediate operations in real time.
Общим принципом известных способов является использование энергии излучения для создания давления, выбрасывающего часть вещества с прозрачной подложки-носителя на объект-носитель информации. В известных способах, использующих вышеприведенный эффект, для переноса вещества в качестве источника излучения используется лазер, а для концентрации энергии в малых объемах используют оптические методы фокусировки и элементы из сильно поглощающего лазерное излучение материала.A general principle of the known methods is the use of radiation energy to create a pressure ejecting part of a substance from a transparent carrier substrate onto an information carrier object. In known methods using the above effect, a laser is used as a radiation source to transfer matter, and optical focusing methods and elements made of highly absorbing laser radiation material are used to concentrate energy in small volumes.
Известны способ и устройство, использующие эффект прямого лазерного переноса вещества для изготовления высококачественных приборов микроэлектроники и биоструктур, опубликованные в журнале Laser Focus World за сентябрь 2000 г в статье "Laser Direct Writing Builds biostracture", стр.113-116 (авторы: Douglas Chrisey и др.). Устройство содержит УФ-лазер (λ =355 нм) с высокой частотой повторения импульсов излучения, микрообъектив, прозрачную ленту, на которую нанесен материал, подлежащий переносу, подложку для переносимого материала, систему управления лазерными импульсами и перемещающуюся платформу. Устройство работает следующим образом. Перенос материала с прозрачной ленты на подложку происходит в точке падения лазерного луча, сфокусированного микрообъективом. Лента с переносимым материалом и подложка закреплены на платформе, которая двигается с шагом, равным диаметру сфокусированного лазерного луча, синхронно с частотой работы лазера, образуя на подложке рисунок заданной конфигурации, определяемой изменением направления движения платформы. Меняя вещество, нанесенное на ленту, возможно конструирование различных, в том числе и трехмерных структур, широко применяемых в микроэлектронике (конденсаторы, резисторы, высокочастотные контуры и т.п.). Аналогичное устройство, использующее эффект прямого переноса вещества с прозрачной подложки, описано в статье J.M.Fitz-Gerald и др., опубликованной в журнале Applied Physics Letters, v.76, № 11, p.p.1386-1387 (2000). Устройство использовалось для лазерного переноса люминофоров при изготовлении цветного дисплея высокого разрешения.A known method and device using the effect of direct laser transfer of matter for the manufacture of high-quality microelectronics and biostructure devices, published in the Laser Focus World magazine for September 2000 in the article "Laser Direct Writing Builds biostracture", pp. 113-116 (authors: Douglas Chrisey and other). The device contains a UV laser (λ = 355 nm) with a high pulse repetition rate of the radiation, a micro lens, a transparent tape on which the material to be transferred is deposited, a substrate for the transferred material, a laser pulse control system and a moving platform. The device operates as follows. The transfer of material from a transparent tape to a substrate occurs at the point of incidence of the laser beam focused by a micro lens. The tape with the transferred material and the substrate are fixed on the platform, which moves with a step equal to the diameter of the focused laser beam, synchronously with the frequency of the laser, forming on the substrate a pattern of a given configuration, determined by a change in the direction of movement of the platform. By changing the substance deposited on the tape, it is possible to design various, including three-dimensional structures widely used in microelectronics (capacitors, resistors, high-frequency circuits, etc.). A similar device using the direct transfer effect of a substance from a transparent substrate is described in an article by J.M. Fitz-Gerald et al., Published in Applied Physics Letters, v.76, No. 11, p.p.1386-1387 (2000). The device was used for laser transfer of phosphors in the manufacture of a high-resolution color display.
Наиболее близким к предлагаемому способу и устройству является “Способ и устройство для печати” (патент RU 2176600 от 01.02.2000). Отличительными особенностями этого способа и устройства являются:Closest to the proposed method and device is “Method and device for printing” (patent RU 2176600 from 01.02.2000). Distinctive features of this method and device are:
- применение в качестве вещества (материала) для управляемого лазерного переноса красок, широко применяемых в полиграфии;- use as a substance (material) for controlled laser transfer of paints widely used in printing;
- применение для формирования и управления лазерным лучом современных средств модуляции, сканирования и фокусировки (зеркальный DMD модулятор, акустооптическая система модуляции и отклонения лазерного луча), расположенных на выходе УФ источника излучения;- application for the formation and control of the laser beam of modern modulation, scanning and focusing tools (mirror DMD modulator, acousto-optic system for modulating and deflecting the laser beam) located at the output of the UV radiation source;
- применение различного типа носителей краски и изображения.- the use of various types of media for paint and image.
Перечисленные особенности обеспечивают высокую скорость и качество печати цветных изображений.The listed features provide high speed and print quality of color images.
Существенными общими признаками для всех перечисленных устройств являются:Essential common features for all of these devices are:
- применение в качестве излучателя источников УФ-излучения;- use as sources of UV radiation;
- расположение систем формирования и излучения на выходе основного источника излучения.- the location of the systems of formation and radiation at the output of the main radiation source.
Известные способы лазерного переноса вещества с прозрачной подложки-носителя на заданный объект имеют ряд общих недостатков, как:Known methods for laser transfer of a substance from a transparent carrier substrate to a given object have a number of common disadvantages, such as:
- низкая эффективность и высокая стоимость лазерных источников УФ-излучения;- low efficiency and high cost of laser sources of UV radiation;
- необходимость применения специальных оптических элементов и устройств, прозрачных для УФ-излучения, а также устройств, стойких к УФ-излучению;- the need for special optical elements and devices that are transparent to UV radiation, as well as devices resistant to UV radiation;
- расположение систем управления излучением на выходе источника излучения (лазера), где они подвергаются воздействию полной мощности лазерного излучения.- the location of the radiation control systems at the output of the radiation source (laser), where they are exposed to the full power of the laser radiation.
Перечисленные недостатки приводят к увеличению стоимости и уменьшению ресурса работы вышеперечисленных устройств.These shortcomings lead to an increase in cost and a decrease in the service life of the above devices.
Задачей данного изобретения является создание способа и устройства для лазерного переноса вещества с высокой эффективностью и большим ресурсом работы. Поставленная задача решается следующим образом.The objective of the invention is to provide a method and device for laser transfer of matter with high efficiency and a long service life. The problem is solved as follows.
В способе управляемого переноса вещества, заключающемся в использовании энергии излучения для переноса вещества непосредственно с носителя вещества на установленный напротив носитель изображения, на вещество, нанесенное на прозрачный носитель, воздействуют импульсами излучения, предварительно промодулированными пространственным модулятором и пропущенными последовательно через усиливающую активную среду, оптическую систему и прозрачный носитель, отображая на веществе уменьшенный элемент или фрагмент с конфигурацией, заданной пространственным модулятором. При этом управляют его положением и интенсивностью излучения таким образом, что в областях, на которые спроецировано изображение элемента или фрагмента, возникают импульсы давления, переносящие часть вещества на носитель изображения и формирующие на нем негативное изображение элемента или фрагмента, сформированного пространственным модулятором.In the method of controlled transfer of matter, which consists in using radiation energy to transfer matter directly from the carrier of the substance to the image carrier mounted opposite, the substance deposited on a transparent carrier is affected by radiation pulses previously modulated by a spatial modulator and transmitted sequentially through an amplifying active medium, an optical system and a transparent carrier, displaying on the substance a reduced element or fragment with the configuration specified by spatial modulator. At the same time, its position and radiation intensity are controlled in such a way that pressure pulses appear in the regions onto which the image of the element or fragment is projected, transferring part of the substance to the image carrier and forming a negative image of the element or fragment formed by the spatial modulator on it.
Для последующей модуляции и усиления используют часть излучения усиливающей среды, находящейся в состоянии суперлюминесценции.For the subsequent modulation and amplification, a part of the radiation from the amplifying medium in the superluminescence state is used.
Интенсивность и длительность импульса излучения в местах падения вещества выбирают из условий:The intensity and duration of the radiation pulse in the places where the substance falls are chosen from the conditions:
I0=Tk· ρ · c/τ · α ,I 0 = T k · ρ · c / τ · α,
где Tk - критическая температура, при которой происходит испарение (разложение) вещества;where T k is the critical temperature at which evaporation (decomposition) of the substance occurs;
ρ - плотность вещества;ρ is the density of the substance;
с - теплоемкость вещества;C is the heat capacity of the substance;
α - коэффициент поглощения;α is the absorption coefficient;
τ - длительность импульса лазерного излучения; τ ≤ 1/α · θ ,τ is the laser pulse duration; τ ≤ 1 / α · θ,
где θ - коэффициент температуропроводности вещества.where θ is the thermal diffusivity of the substance.
Поставленная задача решается также устройством для управляемого переноса вещества, реализующим описанный способ.The problem is also solved by a device for controlled transfer of a substance that implements the described method.
Устройство содержит последовательно расположенные источник излучения, системы формирования и управления излучением, носитель вещества и носитель изображения.The device comprises a sequentially located radiation source, radiation generation and control systems, a carrier of a substance and an image carrier.
В качестве источника излучения использована излучающая и усиливающая излучение активная среда, на входе которой расположен пространственный модулятор, выполненный в виде прозрачного транспаранта, расположенного между усиливающей средой и глухим зеркалом.An active medium emitting and amplifying radiation is used as a radiation source, at the input of which there is a spatial modulator made in the form of a transparent banner located between the amplifying medium and a dull mirror.
В качестве прозрачного транспаранта может быть использована жидкокристаллическая матрица.As a transparent transparency, a liquid crystal matrix can be used.
В качестве усиливающей среды может быть использована активная среда лазеров на парах металлов, активная среда лазера на парах меди, излучающая в зеленой и желтой областях спектра, активная среда эксимерных лазеров, в том числе, активная среда эксимерного ХеС1 лазера и эксимерного KrF лазера.The active medium of metal vapor lasers, the active medium of a copper vapor laser emitting in the green and yellow spectral regions, the active medium of excimer lasers, including the active medium of an excimer XeCl laser and excimer KrF laser, can be used as an amplifying medium.
Кроме того, на выходе усиливающей среды может быть установлена плоскопараллельная прозрачная для усиленного излучения пластина, образующая с зеркальной поверхностью пространственного модулятора оптический резонатор, а также - оптическая система, которая проецирует уменьшенное изображение, сформированное пространственным модулятором на границу между носителем вещества и веществом.In addition, at the output of the amplifying medium, a plane-parallel plate transparent for amplified radiation can be installed, forming an optical resonator with the mirror surface of the spatial modulator, as well as an optical system that projects a reduced image formed by the spatial modulator onto the boundary between the carrier of the substance and the substance.
Между оптической системой носителем вещества может быть установлен зеркальный сканер для сканирования изображения, сформированного пространственным модулятором по поверхности носителя вещества, при этом носители вещества и изображения могут быть установлены на подвижной платформе.A mirror scanner can be mounted between the optical system and the substance carrier to scan an image formed by a spatial modulator on the surface of the substance carrier, while the substance and image carriers can be mounted on a movable platform.
Описанный способ может быть реализован устройством для управляемого переноса вещества в другом конструктивном исполнении.The described method can be implemented by a device for controlled transfer of a substance in another design.
Это устройство содержит последовательно расположенные источник излучения, системы формирования и управления излучением, носитель вещества и носитель изображения.This device contains a sequentially located radiation source, radiation generation and control systems, a carrier of a substance and an image carrier.
При этом в качестве источника излучения использована излучающая и усиливающая излучение активная среда, на входе которой расположен пространственный модулятор, выполненный в виде большого числа управляемых микрозеркал.In this case, an active medium emitting and amplifying radiation was used as a radiation source, at the input of which there is a spatial modulator, made in the form of a large number of controlled micromirrors.
В качестве усиливающей среды в этом устройстве может быть использована активная среда лазеров на парах металлов, активная среда лазера на парах меди, излучающая в зеленой и желтой областях спектра, активная среда эксимерных лазеров, в том числе эксимерного ХеС1 лазера, а также эксимерного KrF лазера.The active medium of metal vapor lasers, the active medium of a copper vapor laser emitting in the green and yellow spectral regions, the active medium of excimer lasers, including an excimer XeCl laser, and an excimer KrF laser can be used as an amplifying medium in this device.
Кроме того, на выходе усиливающей среды может быть установлена плоскопараллельная прозрачная для усиленного излучения пластина, образующая с зеркальной поверхностью пространственного модулятора оптический резонатор, а на выходе усилителя - оптическая система, которая проецирует уменьшенное изображение, сформированное пространственным модулятором, на границу между носителем вещества и веществом.In addition, a plane-parallel transparent plate for amplified radiation can be installed at the output of the amplifying medium, forming an optical resonator with the mirror surface of the spatial modulator, and at the output of the amplifier, an optical system that projects a reduced image formed by the spatial modulator onto the boundary between the carrier of the substance and the substance .
Между оптической системой носителем вещества возможна установка зеркального сканера для сканирования изображения, сформированного пространственным модулятором по поверхности носителя вещества.Between the optical system of the substance carrier, it is possible to install a mirror scanner for scanning an image formed by a spatial modulator on the surface of the substance carrier.
Носители вещества и изображения в этом устройстве могут быть установлены на подвижной платформе.Media carriers and images in this device can be mounted on a movable platform.
Способ осуществляют, воздействуя через прозрачную подложку на вещество, нанесенное на нее с противоположной стороны, импульсами излучения, предварительно промодулированными пространственным модулятором и пропущенными последовательно через усиливающую среду, оптическую систему формирования изображения и управления его положением, выбирая их характеристики таким образом, что в областях падения излучения в результате взаимодействия с веществом возникают импульсы давления, выбрасывающие часть вещества на объект, установленный напротив прозрачной подложки с веществом, образуя на нем уменьшенное оптической системой изображение с конфигурацией, заданной пространственным модулятором излучения.The method is carried out by acting through a transparent substrate on a substance deposited on it from the opposite side, by radiation pulses previously modulated by a spatial modulator and transmitted sequentially through an amplifying medium, an optical imaging system and controlling its position, choosing their characteristics in such a way that in the areas of incidence radiation as a result of interaction with the substance, pressure pulses arise, ejecting part of the substance onto the object installed ive transparent substrate with a substance to form on it a reduced image from the optical system configuration, a predetermined spatial light modulator.
Устройство для реализации способа содержит усиливающую излучение лазерную активную среду, находящуюся в состоянии суперлюминесценции, пространственный оптический модулятор, оптическую систему для формирования изображения, устройство для перемещения изображения, прозрачную подложку с нанесенным на ее поверхность веществом, объект, на который переносится вещество.A device for implementing the method comprises a radiation-amplifying laser active medium in a superluminescence state, a spatial optical modulator, an optical system for forming an image, a device for moving an image, a transparent substrate with a substance deposited on its surface, an object onto which the substance is transferred.
В основе предлагаемого способа лежит возможность предварительного формирования изображения, соответствующего требуемой конфигурации переносимого вещества, на входе усиливающей среды, с последующим усилением интенсивности свечения изображения и проекции его уменьшенного изображения с помощью оптической системы и системы управления по положению в требуемое место на прозрачной подложке-носителе вещества, расположенной непосредственно над объектом, на который переносится вещество, формирующее изображение. Вторым достоинством является возможность использования для переноса вещества монохроматического излучения, удовлетворяющего условию: 1/α (λ )<х, где х - толщина слоя вещества, нанесенного на подложку-носитель краски и обычно не превосходящее 10-15 мкм. Применение данного условия позволяет работать в тех случаях, когда не требуется разрешения сравнимого с длиной волны излучателя, и коэффициент поглощения α на длине волны источника достаточно велик (~103-104 см-1), использовать излучение видимого и инфракрасного спектрального диапазона, что значительно уменьшает стоимость и требования к элементам устройства в целом. Существенным достоинством данного способа является также возможность переноса целых фрагментов изображения, отображенных на пространственном модуляторе за один такт работы устройства, что при заданной тактовой частоте может значительно повысить скорость переноса вещества: D=F× S, где F - тактовая частота, S - площадь массива, переносимого за 1 такт, и значительно снизить требования к системе отклонения луча. Расположение пространственного модулятора на входе усиливающей среды между активной средой и 100% зеркалом оптического резонатора позволяет значительно (в некоторых случаях более чем на порядок) снизить тепловую нагрузку на пространственный модулятор.The basis of the proposed method is the possibility of pre-forming an image corresponding to the desired configuration of the transported substance at the input of the amplifying medium, followed by amplification of the intensity of the image luminescence and the projection of its reduced image using the optical system and the position control system in the desired location on the transparent substrate carrier of the substance located directly above the object onto which the image forming substance is transferred. The second advantage is the possibility of using monochromatic radiation for the transfer of matter that satisfies the condition: 1 / α (λ) <x, where x is the thickness of the layer of the substance deposited on the substrate-carrier of the paint and usually not exceeding 10-15 microns. The application of this condition allows one to work in cases where a resolution comparable to the wavelength of the emitter is not required, and the absorption coefficient α at the wavelength of the source is sufficiently large (~ 10 3 -10 4 cm -1 ), use the radiation of the visible and infrared spectral ranges, which significantly reduces the cost and requirements for the elements of the device as a whole. A significant advantage of this method is the possibility of transferring entire fragments of the image displayed on the spatial modulator in one clock cycle of the device, which at a given clock frequency can significantly increase the transfer rate of the substance: D = F × S, where F is the clock frequency, S is the area of the array carried over 1 cycle, and significantly reduce the requirements for a beam deflection system. The location of the spatial modulator at the input of the amplifying medium between the active medium and the 100% mirror of the optical resonator can significantly (in some cases more than an order of magnitude) reduce the thermal load on the spatial modulator.
На фиг.1 схематически показана взаимосвязь основных элементов устройства по лазерному переносу вещества для осуществления данного способа.Figure 1 schematically shows the relationship of the main elements of the device for the laser transfer of substances for implementing this method.
В качестве задающего источника излучения могут быть использованы маломощный источник индуцированного излучения (лазер) с активной средой из того же материала, что и усиливающая среда, работа которых синхронизирована, или часть излучения усиливающей среды, находящейся в состоянии суперлюминесценции. В качестве усиливающей среды могут быть использованы пары металлов и эксимеры, широко применяемые в лазерах от УФ- до ИК-диапазона.A low-power source of induced radiation (laser) with an active medium of the same material as an amplifying medium, whose operation is synchronized, or a part of the radiation of an amplifying medium in a superluminescence state can be used as a reference radiation source. As an amplifying medium, metal pairs and excimers that are widely used in lasers from UV to IR can be used.
Пространственный модулятор. Пространственный модулятор служит для пространственной модуляции излучения на входе в усилительную среду. Для этой цели могут быть применены как различные типы светоклапанных устройств (жидкокристаллические, акустооптические, зеркальные DMD-модуляторы), обычно применяемые в устройствах отображения информации, так и транспаранты, отражающие или пропускающие излучение.Spatial Modulator. The spatial modulator serves to spatial modulate the radiation at the entrance to the amplifying medium. For this purpose, various types of light-valve devices (liquid crystal, acousto-optical, mirror DMD modulators), usually used in information display devices, as well as banners reflecting or transmitting radiation can be used.
Усиливающая среда. Усиливающая среда необходима для усиления предварительно промодулированного вынуждающего излучения. В качестве усиливающей среды могут быть использованы твердые, жидкие или газообразные среды, способные к индуцированному излучению. Следует заметить, что с учетом зависимости порога выброса вещества от длины волны излучения наиболее благоприятной представляется работа с усиливающей активной средой эксимерных лазеров или лазеров на парах металлов.Amplifying medium. An amplifying medium is needed to amplify a pre-modulated driving radiation. Solid, liquid or gaseous media capable of induced radiation can be used as an amplifying medium. It should be noted that, taking into account the dependence of the emission threshold on the radiation wavelength, the most favorable is the work with the amplifying active medium of excimer lasers or metal vapor lasers.
Формирующая и управляющая системы. Формирующая оптическая система служит для уменьшения размеров изображения, сформированного пространственным модулятором, и проекции его на границу между веществом и носителем. Управляющая система служит для управления положением изображения на носителях вещества и изображения. Обе системы могут быть выполнены из оптических элементов, широко применяемых в оптоэлектронных устройствах (линзы, зеркала, сканеры и т.п.).Formative and control systems. The forming optical system serves to reduce the size of the image formed by the spatial modulator and to project it onto the boundary between the substance and the carrier. The control system serves to control the position of the image on the media of the substance and image. Both systems can be made of optical elements widely used in optoelectronic devices (lenses, mirrors, scanners, etc.).
Носитель вещества. Носитель вещества должен быть изготовлен из материала, слабо поглощающего рабочее излучение, и может быть выполнен в виде вращающегося диска, пластины или ленты, на которые вещество наносится со стороны, противоположной падающему излучению, или заранее, или в процессе работы устройства.The carrier of the substance. The carrier of the substance should be made of a material that weakly absorbs working radiation, and can be made in the form of a rotating disk, plate or tape on which the substance is applied from the side opposite to the incident radiation, either in advance or during operation of the device.
Носитель изображения. Носитель изображения располагается непосредственно под носителем вещества на расстоянии, обычно не превышающем несколько сот микрон, и выполняется из материала, на который необходимо перенести данное вещество.The image carrier. The image carrier is located directly below the carrier of the substance at a distance usually not exceeding several hundred microns, and is made of the material onto which the substance is to be transferred.
Система синхронизации. Система синхронизации синхронизирует работу пространственного модулятора, усиливающей среды и управляющей системы. Для эффективной реализации способа необходимо, чтобы характеристики лазерного излучения были согласованы с характеристиками переносимого вещества. Источник излучения и формирующие элементы должны обеспечить интенсивность I0 падающего на вещество излучения:Synchronization system. The synchronization system synchronizes the operation of the spatial modulator, amplifying medium and control system. For the effective implementation of the method, it is necessary that the characteristics of the laser radiation are consistent with the characteristics of the transferred substance. The radiation source and the forming elements must ensure the intensity I 0 of the radiation incident on the substance:
I0=Tk· ρ · c/τ · α ,I 0 = T k · ρ · c / τ · α,
где Tk - критическая температура, при которой происходит испарение (разложение) вещества;where T k is the critical temperature at which evaporation (decomposition) of the substance occurs;
ρ - плотность вещества;ρ is the density of the substance;
с - теплоемкость вещества;C is the heat capacity of the substance;
α - коэффициент поглощения;α is the absorption coefficient;
τ - длительность импульса лазерного излучения.τ is the laser pulse duration.
Например, если Т~1000° С, р· с~1, τ =10-8 с, α =105, то интенсивность падающего на вещество излучения должна быть равна I0≥ 106 Вт/см2. Длительность, при которой достигается минимальная энергия переноса, должна удовлетворять условию: τ ≤ 1/α · θ , где θ - температуропроводность вещества. При α =105 см-1, θ =10-2 см2· c-1, τ ≤ 10-8 с.For example, if T ~ 1000 ° C, p · s ~ 1, τ = 10 -8 s, α = 10 5 , then the intensity of the radiation incident on the substance should be equal to I 0≥ 10 6 W / cm 2 . The duration at which the minimum transfer energy is achieved must satisfy the condition: τ ≤ 1 / α · θ, where θ is the thermal diffusivity of the substance. At α = 10 5 cm -1 , θ = 10 -2 cm 2 · s -1 , τ ≤ 10 -8 s.
На фиг.2а, б, в, приведены три варианта устройства для реализации способа. Устройство фиг.2а содержит последовательно расположенные:On figa, b, c, there are three variants of the device for implementing the method. The device of figa contains sequentially located:
- глухое зеркало (1);- a deaf mirror (1);
- пространственный модулятор (2), выполненный в виде управляемого транспаранта;- spatial modulator (2), made in the form of a controlled banner;
- усиливающую среду (3);- reinforcing medium (3);
- оптическую систему для сканирования (4) и уменьшения изображения транспаранта (5);- an optical system for scanning (4) and reducing the image of the banner (5);
- носители вещества (6) и изображения (7), сформированного веществом.- carriers of a substance (6) and an image (7) formed by a substance.
Устройство (фиг.2а) работает следующим образом. Излучение усиливающей среды (3), находящейся в состоянии суперлюминесценции, проходит сквозь прозрачные для излучения участки транспаранта (2), отражается от глухого зеркала (1) и при обратном проходе усиливается усиливающей средой (3), сохраняя информацию, заданную транспарантом. В качестве транспаранта может быть применена активная жидкокристаллическая матрица, широко используемая в настоящее время в проекционных устройствах. Формирующая оптическая система (4, 6) уменьшает размеры изображения и проецирует его на границу между носителем и веществом. Сканирующая система (5), представляющая собой вращающийся многогранный зеркальный барабан или колеблющееся зеркало, сканирует сфокусированное излучение по плоскости носителя вещества (7) в направлении, ортогональном движению носителя изображения (8). При выполнении порогового условия вещество (9) выбрасывается на носитель изображения, образуя элемент или фрагмент изображения, заданный транспарантом.The device (figa) works as follows. The radiation from the amplifying medium (3), which is in a state of superluminescence, passes through the transparent sections of the transparency (2), is reflected from the deaf mirror (1) and is amplified by the amplifying medium (3) during the return pass, preserving the information specified by the transparency. As a transparency, an active liquid crystal matrix, which is currently widely used in projection devices, can be used. The forming optical system (4, 6) reduces the image size and projects it onto the boundary between the carrier and the substance. The scanning system (5), which is a rotating multifaceted mirror drum or an oscillating mirror, scans focused radiation along the plane of the substance carrier (7) in the direction orthogonal to the movement of the image carrier (8). When the threshold condition is met, the substance (9) is ejected onto the image carrier, forming an element or fragment of the image specified by the transparency.
Во втором варианте устройства (фиг.2б) применяется пространственный модулятор (1), состоящий из большого числа миниатюрных зеркал, которые могут разворачиваться на небольшой угол (~15° ). Подобного типа модулятор, известный как DMD модулятор, изготавливается фирмой Texis Instruments и применяется в проекционных и печатающих машинах. DMD-модулятор устанавливается на входе в усилительную среду (2) на расстоянии, которое обеспечивает выход отраженного от зеркал излучения за пределы апертуры усилительной среды при их повороте на максимальный угол. Формирующая система (3, 5) обеспечивает уменьшение и проецирование изображения, многогранный зеркальный барабан (4) сканирует сфокусированное изображение по границе носителя вещества (6) и вещества (8), перенося его на носитель изображения (7). Путем поворота зеркал (1) задается требуемая конфигурация элемента изображения или необходимая градация при работе в цифровом режиме формирования изображения. Переключение элементов DMD может происходить в интервале между импульсами излучения. В этом случае время переключения транспаранта tk должно удовлетворять условию tk≤ Т0, где Т0 - период повторения импульсов излучения.In the second embodiment of the device (Fig.2b), a spatial modulator (1) is used, consisting of a large number of miniature mirrors that can be rotated through a small angle (~ 15 °). This type of modulator, known as a DMD modulator, is manufactured by Texis Instruments and is used in projection and printing machines. A DMD modulator is installed at the entrance to the amplifying medium (2) at a distance that ensures that the radiation reflected from the mirrors leaves the aperture of the amplifying medium when they are rotated to the maximum angle. The forming system (3, 5) provides image reduction and projection, the multifaceted mirror drum (4) scans the focused image along the border of the substance carrier (6) and substance (8), transferring it to the image carrier (7). By turning the mirrors (1), the required configuration of the image element or the necessary gradation when working in the digital image formation mode is set. Switching of DMD elements can occur in the interval between radiation pulses. In this case, the switching time of the banner t k must satisfy the condition t k ≤ T 0 , where T 0 is the repetition period of the radiation pulses.
В третьем варианте (фиг.2в) устройство состоит из пространственного модулятора (1), усиливающей среды (2), поворотного зеркала (3), объектива (4) и перемещающейся управляемой платформы (на чертежах не показана), на которой установлены носитель (5) с веществом (7) и носитель изображения (6). Последний вариант может применяться в прецизионных устройствах с высокими требованиями по разрешению и точности изготовления изделия, например, в электронной промышленности. Во всех трех вариантах, для увеличения интенсивности и улучшения направленности излучения, на выходе усиливающей среды может быть установлена прозрачная для излучения плоскопараллельная пластина с небольшим коэффициентом отражения, которая образует с зеркальными элементами пространственного модулятора резонаторные системы.In the third embodiment (Fig.2c), the device consists of a spatial modulator (1), an amplifying medium (2), a rotary mirror (3), a lens (4) and a moving controlled platform (not shown in the drawings) on which a carrier (5 ) with the substance (7) and the image carrier (6). The latter option can be used in precision devices with high requirements for resolution and accuracy of manufacture of the product, for example, in the electronics industry. In all three variants, in order to increase the intensity and improve the directivity of radiation, a plane-parallel plane-parallel plate with a small reflection coefficient can be installed at the output of the amplifying medium, which forms resonator systems with mirror elements of the spatial modulator.
Claims (24)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003110547/12A RU2236948C1 (en) | 2003-04-15 | 2003-04-15 | Method and device for controlled material transfer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003110547/12A RU2236948C1 (en) | 2003-04-15 | 2003-04-15 | Method and device for controlled material transfer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2236948C1 true RU2236948C1 (en) | 2004-09-27 |
| RU2003110547A RU2003110547A (en) | 2004-10-10 |
Family
ID=33433756
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003110547/12A RU2236948C1 (en) | 2003-04-15 | 2003-04-15 | Method and device for controlled material transfer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2236948C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2160186C2 (en) * | 1998-08-27 | 2000-12-10 | Максимовский Сергей Николаевич | Method for printing and device which implements said method |
| RU2170674C1 (en) * | 2000-04-13 | 2001-07-20 | Максимовский Сергей Николаевич | Method for jet printing and printing device for its realization |
| RU2176600C2 (en) * | 2000-02-01 | 2001-12-10 | Насибов Александр Сергеевич | Method for printing and printer |
| RU2000101716A (en) * | 2000-01-26 | 2002-06-27 | Сергей Николаевич Максимовский | Inkjet Printing Method |
| RU2200669C2 (en) * | 2000-10-30 | 2003-03-20 | Максимовский Сергей Николаевич | Technique of jet printing and printer for its realization |
-
2003
- 2003-04-15 RU RU2003110547/12A patent/RU2236948C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2160186C2 (en) * | 1998-08-27 | 2000-12-10 | Максимовский Сергей Николаевич | Method for printing and device which implements said method |
| RU2000101716A (en) * | 2000-01-26 | 2002-06-27 | Сергей Николаевич Максимовский | Inkjet Printing Method |
| RU2176600C2 (en) * | 2000-02-01 | 2001-12-10 | Насибов Александр Сергеевич | Method for printing and printer |
| RU2170674C1 (en) * | 2000-04-13 | 2001-07-20 | Максимовский Сергей Николаевич | Method for jet printing and printing device for its realization |
| RU2200669C2 (en) * | 2000-10-30 | 2003-03-20 | Максимовский Сергей Николаевич | Technique of jet printing and printer for its realization |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6329966B1 (en) | Display device employing ultraviolet-beam scanning and color separator | |
| JP3255825B2 (en) | Optical modulator with laser or laser array for image data exposure | |
| US5311321A (en) | Laser video imaging system with pulse backtrack and method | |
| JP3271055B2 (en) | Method and apparatus for marking optical material by laser | |
| JP2013517947A (en) | Inkless printing device | |
| JPH09192857A (en) | Laser beam scribing on glass with using nd:yag laser beam | |
| JPS60227988A (en) | Laser marking device | |
| US5923359A (en) | Internal drum scophony raster recording device | |
| US11961436B2 (en) | Beam scanning engine and display system with multiple beam scanners | |
| US11431945B2 (en) | Display system with multiple beam scanners | |
| EP0842728A1 (en) | Laser marking device | |
| RU2176600C2 (en) | Method for printing and printer | |
| JP2009509819A (en) | Inkless print | |
| RU2236948C1 (en) | Method and device for controlled material transfer | |
| US12162294B2 (en) | Lift printing using thin donor foils | |
| US6590632B2 (en) | Image recording method and image recording apparatus | |
| EP1925458A1 (en) | Contactless optical writing apparatus | |
| US7079306B2 (en) | Optically addressed extreme ultraviolet modulator and lithography system incorporating modulator | |
| JPS5914993A (en) | Color typing or printing system | |
| JP2000131629A (en) | Image recorder | |
| CA2349912A1 (en) | Setting an image on a printing plate using ultrashort laser pulses | |
| RU2200669C2 (en) | Technique of jet printing and printer for its realization | |
| JP2001293893A (en) | Thermal recording device and thermal recording method | |
| US7471309B2 (en) | Image exposing apparatus and image exposing method | |
| USRE38297E1 (en) | Internal drum scophony raster recording device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140416 |