Femtosecond laser surface structuring of silicon with Gaussian and optical vortex beams

We report an experimental analysis of femtosecond laser induced surface structuring of silicon by exploiting both Gaussian and Optical Vortex beams. In particular, we show how different surface patterns, consisting of quasi-periodic ripples and grooves, can be obtained by using different states of polarization offered by optical vortex beams. Both for Gaussian and optical vortex beams, an increase of the number of laser pulses, N, or beam energy, E-0, leads to a progressive predominance of the grooves coverage, with ripples confined in specific regions of the irradiated area at lower fluence. The average period of ripples and grooves shows a different dependence as a function of both E-0 and N, underlying important differences in mechanisms leading to the formation of ripples and grooves. In particular, our experimental characterization allows identifying a preliminary stage of grooves generation with rudimental surface structures, preferentially directed parallel to the laser polarization. This supports the idea that one possible mechanism of grooves formation lies in the progressive aggregation of clusters of nanopartides densely decorating the ripples. Our experimental findings provide important indications on the basic understanding of the processes involved in laser surface structuring with ultrashort pulses that can guide the design of the surface patterns. (C) 2016 Elsevier B.V. All rights reserved

Direct femtosecond laser ablation of copper with an optical vortex beam

Laser surface structuring of copper is induced by laser ablation with a femtosecond optical vortex beam generated via spin-to-orbital conversion of the angular momentum of light by using a q-plate. The variation of the produced surface structures is studied as a function of the number of pulses, N, and laser fluence, F. After the first laser pulse (N = 1), the irradiated surface presents an annular region characterized by a corrugated morphology made by a rather complex network of nanometer-scale ridges, wrinkles, pores, and cavities. Increasing the number of pulses (2 < N < 100), the surface texture progressively evolves towards larger structures, while the central, non-ablated area is gradually decorated by nanoparticles produced during laser ablation. At large number of pulses (200 < N < 1000), a micro-tip with a nanostructured surface forms in the center of the irradiated area, which eventually disappears at still larger number of pulses (N > 1000) and a deep crater is formed. The nanostructure variation with the laser fluence, F, also evidences an interesting dependence, with a coarsening of the structure morphology as F increases. Our experimental findings demonstrate that direct femtosecond laser ablation with optical vortex beams produces interesting patterns not achievable by the more standard beams with a Gaussian intensity profile. They also suggest that appropriate tuning of the experimental conditions (F, N) can allow generating micro- and/or nano-structured surface for any specific application

Surface Structuring with Polarization-Singular Femtosecond Laser Beams Generated by a q-plate

In the last few years femtosecond optical vortex beams with di erent spatial distributions of the state of polarization (e.g. azimuthal, radial, spiral, etc.) have been used to generate complex, regular surface patterns on di erent materials. Here we present an experimental investigation on direct femtosecond laser surface structuring based on a larger class of vector beams generated by means of a q-plate with topological charge q = +1/2. In fact, voltage tuning of q-plate optical retardation allows generating a family of ultrashort laser beams with a continuous spatial evolution of polarization and uence distribution in the focal plane. These beams can be thought of as a controlled coherent superposition of a Gaussian beam with uniform polarization and a vortex beam with a radial or azimuthal state of polarization. The use of this family of ultrashort laser beams in surface structuring leads to a further extension of the achievable surface patterns. The comparison of theoretical predictions of the vector beam characteristics at the focal plane and the generated surface patterns is used to rationalize the dependence of the surface structures on the local state of the laser beam, thus o ering an e ective way to either design unconventional surface structures or diagnose complex ultrashort laser beams

Vector vortex beams generated by q-plates as a versatile route to direct fs laser surface structuring

We report an experimental investigation on direct laser surface structuring with femtosecond vector vortex beams generated by means of q-plates with topological charges q = 1, 3/2, 2, 5/2. Structured light beams with spatially variant state of polarization and intensity are generated and applied to multi-pulse irradiation of a solid crystalline silicon target. The creation of a variety of surface structures, like laser induced periodic surface structures, multi-spot arrays and shaped ablation craters, is demonstrated by direct laser surface structuring with vector vortex beams at different values of q. The features of the surface structures are compared with the vector vortex beam characteristics at the focal plane, evidencing their relationship with the polarization and intensity profile of the laser beams. Our experimental findings show that vector vortex beams produced by q-plates can offer a valuable and versatile route to imprint unconventional surface structures on a solid target through a mask-free ablative process and step scan processing

Surface structures with unconventional patterns and shapes generated by femtosecond structured light fields

We present an investigation on ultrashort laser surface structuring with structured light fields generated by various q-plates. In particular, q-plates with topological charges q = 1, 3/2, 2, 5/2 are used to generate femtosecond (fs) vector vortex beams, and form complex periodic surface structures through multi-pulse ablation of a solid crystalline silicon target. We show how optical retardation tuning of the q-plate offers a feasible way to vary the fluence transverse distribution of the beam, thus allowing the production of structures with peculiar shapes, which depend on the value of q. The features of the generated surface structures are compared with the vector vortex beam characteristics at the focal plane, by rationalizing their relationship with the local state of the laser light. Our experimental findings demonstrate how irradiation with fs complex light beams can offer a valuable route to design unconventional surface structures

Low serum total testosterone level as a predictor of upstaging and upgrading in low-risk prostate cancer patients meeting the inclusion criteria for active surveillance

Active surveillance (AS) is currently a widely accepted treatment option for men with clinically localized prostate cancer (PCa). Several reports have highlighted the association of low serum testosterone levels with high-grade, high-stage PCa. However, the impact of serum testosterone as a predictor of progression in men with low-risk PCa has been little assessed.In this study, we evaluated the association of circulating testosterone concentrations with a staging/grading reclassification in a cohort of low-risk PCa patients meeting the inclusion criteria for the AS protocol but opting for radical prostatectomy.Radical prostatectomy (RP) was performed in 338 patients, eligible for AS according to the following criteria: clinical stage T2a or less, PSApT2) and upgrading (GS≥7; primary Gleason pattern 4) disease. Unfavorable disease was defined as the occurrence of pathological stage>pT2 and predominant Gleason score 4. Total testosterone was measured before surgery.Low serum testosterone levels (<300 ng/dL) were significantly associated with upgrading, upstaging, unfavorable disease and positive surgical margins. The addition of testosterone to a base model, including age, PSA, PSA density, clinical stage and positive cancer involvement in cores, showed a significant independent influence of this variable on upstaging, upgrading and unfavorable disease.In conclusion, our results support the idea that total testosterone should be a selection criterion for inclusion of low-risk PCa patients in AS programs and suggest that testosterone level less than 300 ng/dL should be considered a discouraging factor when a close AS program is considered as treatment option

Segmental transverse colectomy. Minimally invasive versus open approach: results from a multicenter collaborative study

none65noThe role of minimally invasive surgery in the treatment of transverse colon cancer is still controversial. The aim of this study is to investigate the advantages of a totally laparoscopic technique comparing open versus laparoscopic/robotic approach. Three hundred and eighty-eight patients with transverse colon cancer, treated with a segmental colon resection, were retrospectively analyzed. Demographic data, tumor stage, operative time, intraoperative complications, number of harvested lymph nodes and recovery outcomes were recorded. Recurrences and death were also evaluated during the follow-up. No differences were found between conventional and minimally invasive surgery, both for oncological long-term outcomes (recurrence rate p = 0.28; mortality p = 0.62) and postoperative complications (overall rate p = 0.43; anemia p = 0.78; nausea p = 0.68; infections p = 0.91; bleeding p = 0.62; anastomotic leak p = 0.55; ileus p = 0.75). Nevertheless, recovery outcomes showed statistically significant differences in favor of minimally invasive surgery in terms of time to first flatus (p = 0.001), tolerance to solid diet (p = 0.017), time to first mobilization (p = 0.001) and hospital stay (p = 0.004). Compared with laparoscopic approach, robotic surgery showed significantly better results for time to first flatus (p = 0.001), to first mobilization (p = 0.005) and tolerance to solid diet (p = 0.001). Finally, anastomosis evaluation confirmed the superiority of intracorporeal approach which showed significantly better results for time to first flatus (p = 0.001), to first mobilization (p = 0.003) and tolerance to solid diet (p = 0.001); moreover, we recorded a statistical difference in favor of intracorporeal approach for infection rate (p = 0.04), bleeding (p = 0.001) and anastomotic leak (p = 0.03). Minimally invasive approach is safe and effective as the conventional open surgery, with comparable oncological results but not negligible advantages in terms of recovery outcomes. Moreover, we demonstrated that robotic approach may be considered a valid option and an intracorporeal anastomosis should always be preferred.noneMilone, Marco; Degiuli, Maurizio; Velotti, Nunzio; Manigrasso, Michele; Vertaldi, Sara; D'Ugo, Domenico; De Palma, Giovanni Domenico; Dario Bruzzese, Giuseppe Servillo, Giuseppe De Simone, Katia Di Lauro, Silvia Sofia, Marco Ettore Allaix, Mario Morino, Rossella Reddavid, Carlo Alberto Ammirati, Stefano Scabini, Gabriele Anania, Cristina Bombardini, Andrea Barberis, Roberta Longhin, Andrea Belli, Francesco Bianco, Giampaolo Formisano, Giuseppe Giuliani, Paolo Pietro Bianchi, Davide Cavaliere, Leonardo Solaini, Claudio Coco, Gianluca Rizzo, Andrea Coratti, Raffaele De Luca, Michele Simone, Alberto Di Leo, Giovanni De Manzoni, Paola De Nardi, Ugo Elmore, Riccardo Rosati, Andrea Vignali, Paolo Delrio, Ugo Pace, Daniela Rega, Antonio Di Cataldo, Giovanni Li Destri, Annibale Donini, Luigina Graziosi, Andrea Fontana, Michela Mineccia, Sergio Gentilli, Manuela Monni, Mario Guerrieri, Monica Ortenzi, Francesca Pecchini, Micaela Piccoli, Italy. Corrado Pedrazzani, Giulia Turri, Sara Pollesel, Franco Roviello, Marco Rigamonti, Michele Zuolo, Mauro Santarelli, Federica Saraceno, Pierpaolo Sileri Giuseppe Sigismondo Sica, Luigi Siragusa Salvatore Pucciarelli, Matteo ZuinMilone, Marco; Degiuli, Maurizio; Velotti, Nunzio; Manigrasso, Michele; Vertaldi, Sara; D'Ugo, Domenico; De Palma, Giovanni Domenico; Dario Bruzzese, Giuseppe Servillo, Giuseppe De Simone, Katia Di Lauro, Silvia Sofia, Marco Ettore Allaix, Mario Morino, Rossella Reddavid, Carlo Alberto Ammirati, Stefano Scabini, Gabriele Anania, Cristina Bombardini, Andrea Barberis, Roberta Longhin, Andrea Belli, Francesco Bianco, Giampaolo Formisano, Giuseppe Giuliani, Paolo Pietro Bianchi, Davide Cavaliere, Leonardo Solaini, Claudio Coco, Gianluca Rizzo, Andrea Coratti, Raffaele De Luca, Michele Simone, Alberto Di Leo, Giovanni De Manzoni, Paola De Nardi, Ugo Elmore, Riccardo Rosati, Andrea Vignali, Paolo Delrio, Ugo Pace, Daniela Rega, Antonio Di Cataldo, Giovanni Li Destri, Annibale Donini, Luigina Graziosi, Andrea Fontana, Michela Mineccia, Sergio Gentilli, Manuela Monni, Mario Guerrieri, Monica Ortenzi, Francesca Pecchini, Micaela Piccoli, Italy. Corrado Pedrazzani, Giulia Turri, Sara Pollesel, Franco Roviello, Marco Rigamonti, Michele Zuolo, Mauro Santarelli, Federica Saraceno, Pierpaolo Sileri Giuseppe Sigismondo Sica, Luigi Siragusa Salvatore Pucciarelli, Matteo Zui

A Multicenter Retrospective Survey regarding Diabetic Ketoacidosis Management in Italian Children with Type 1 Diabetes

We conducted a retrospective survey in pediatric centers belonging to the Italian Society for Pediatric Diabetology and Endocrinology. The following data were collected for all new-onset diabetes patients aged 0-18 years: DKA (pH < 7.30), severe DKA (pH < 7.1), DKA in preschool children, DKA treatment according to ISPAD protocol, type of rehydrating solution used, bicarbonates use, and amount of insulin infused. Records (n = 2453) of children with newly diagnosed diabetes were collected from 68/77 centers (87%), 39 of which are tertiary referral centers, the majority of whom (n = 1536, 89.4%) were diagnosed in the tertiary referral centers. DKA was observed in 38.5% and severe DKA in 10.3%. Considering preschool children, DKA was observed in 72%, and severe DKA in 16.7%. Cerebral edema following DKA treatment was observed in 5 (0.5%). DKA treatment according to ISPAD guidelines was adopted in 68% of the centers. In the first 2 hours, rehydration was started with normal saline in all centers, but with different amount. Bicarbonate was quite never been used. Insulin was infused starting from third hour at the rate of 0.05-0.1 U/kg/h in 72% of centers. Despite prevention campaign, DKA is still observed in Italian children at onset, with significant variability in DKA treatment, underlying the need to share guidelines among centers

OTTICA, LASER ED APPLICAZIONI

Il testo, corredato da circa 200 esercizi e 100 richiami bibliografici, è costituito da 12 capitoli, che formano il corpo principale, e da nove appendici. Il libro è essenzialmente rivolto agli studenti frequentanti le lauree triennali e specialistiche delle attuali Facoltà di Scienze ed Ingegneria, con riferimento ai corsi di Fisica Generale II, di Ottica Classica e Fisica dei Laser e di Optoelettronica. I capitoli sui laser, le fibre ottiche, sull'olografia ed alcune appendici si prestano anche ad essere utilizzati per corsi di tecniche ottiche ed applicazioni rivolti a studenti di primo anno di dottorato di ricerca in Fisica od in alcune discipline ingegneristiche (Optoelettronica, ad esempio). Il contenuto è sinteticamente riportato nel seguito. 1 ONDE: Introduzione; Equazione d’onda in una dimensione; Onde trasversali su di una corda; Onde armoniche; Velocità di fase; Equazione d’onda in tre dimensioni ed onde piane; Onde sferiche; Onde elettromagnetiche; La velocità della luce; Energia ed intensità; Propagazione in mezzi non conduttori: la dispersione; Pressione della radiazione; Irraggiamento; Sovrapposizione di onde; Onde stazionarie; Analisi di Fourier di funzioni periodiche; Funzioni non periodiche; Pacchetti d’onda e velocità di gruppo; Larghezza di righe spettrali; Onde elettromagnetiche e fotoni. Esercizi 2 PROPAGAZIONE DELLA LUCE: Introduzione; Il principio di Huygens; Raggi luminosi; Riflessione e rifrazione; Il principio di Fermat; Trattazione elettromagnetica; Formule di Fresnel; Riflettanza, trasmittanza ed angolo di Brewster; Polarizzazione per riflessione; Riflessione totale; Propagazione in mezzi conduttori; Propagazione in mezzi non omogenei; Le relazioni di Stokes per riflessione e trasmissione; I fotoni e la riflessione e trasmissione. Esercizi. 3 POLARIZZAZIONE E MEZZI ANISOTROPI: Introduzione; Stati di polarizzazione della luce; Mezzi anisotropi; Propagazione in un mezzo anisotropo; Formule di Fresnel per la propagazione nei cristalli; Ellissoide degli indici; Birifrangenza; Cristalli uniassici; Costruzione di Huygens in mezzi anisotropi; Polarizzazione per birifrangenza; Lamine di ritardo e compensatori; Polarizzazione per dicroismo e legge di Malus; Diffusione della luce e polarizzazione; Attività ottica; Anisotropia artificiale; Fotoelasticità; L’effetto Faraday; Effetti Kerr e Pockels; I parametri di Stokes; I vettori e le matrici di Jones; Polarizzazione, momento angolare della luce e fotoni. Esercizi. 4 OTTICA GEOMETRICA: Introduzione; Fondamenti dell’ottica geometrica; Definizioni generali; Superfici rifrangenti; Sistemi ottici centrati; La lente; Combinazione di lenti sottili; Tracciamento dei raggi e metodi matriciali in ottica geometrica; Gli specchi; Il prisma; Aberrazioni dei sistemi ottici; Superficie e curva caustica; Aberrazione sferica; Coma; Astigmatismo; Curvatura; Distorsione; Aberrazione cromatica; Strumenti ottici; L’occhio umano; La macchina fotografica; La lente di ingrandimento; L’oculare; Il microscopio; Il telescopio. Esercizi. 5 L’INTERFERENZA: Introduzione; Interferenza di due onde monocromatiche; Condizioni per osservare interferenza; L’esperimento di Young; Interferometri a separazione di fronte d’onda; Grado di monocromaticità della luce e visibilità delle frange; Lamina a facce piane e parallele: interferenza per divisione di ampiezza; Interferenza in strati sottili: l’interferometro di Fizeau; L’interferometro di Michelson; Gli interferometri di Mach-Zehnder e di Sagnac; Interferenza a più fasci; L’interferometro di Fabry e Perot; Applicazioni spettroscopiche del Fabry-Perot; Filtri interferenziali; Trattamenti antiriflettenti e specchi dielettrici a multistrato. Esercizi. 6 LA DIFFRAZIONE: Introduzione; Il principio di Huygens-Fresnel; Teoria della diffrazione di Kirchhoff; Diffrazione di Kirchhoff per un’apertura; Il principio di Babinet; Diffrazione alla Fraunhofer ed alla Fresnel; Trattazione qualitativa della diffrazione di Fraunhofer da una fenditura sottile; Diffrazione di Fraunhofer per un’apertura rettangolare; Apertura circolare; Potere risolvente dei sistemi ottici; Diffrazione di Fraunhofer da due fenditure sottili; Diffrazione di Fraunhofer da molte fenditure sottili; Il reticolo di diffrazione; Applicazioni spettroscopiche del reticolo; Reticoli in due e tre dimensioni; Diffrazione di Fraunhofer e trasformata di Fourier; Diffrazione di Fresnel da un’aprtura circolare; La lamina a zone di Fresnel; Il problema generale della diffrazione di Fresnel; L’apertura rettangolare e gli integrali di Fresnel; La spirale di Cornu; Diffrazione da uno schermo opaco semi-infinito. Esercizi. 7 COERENZA DELLA LUCE: Introduzione; Coerenza temporale e coerenza spaziale; Funzione di mutua coerenza e grado di coerenza; Grado di coerenza e visibilità delle frange di interferenza; Funzione di autocorrelazione, convoluzione e spettro di potenza; Il teorema di Van Cittert-Zernike; L’interferometro stellare di Michelson; Grado di coerenza e fluttuazioni di intensità: l’interferometro di Hanbury-Brown e Tuiss. Esercizi. 8 LO SPETTRO DELLE ONDE ELETTROMAGNETICHE ED I RAGGI X: Introduzione; Onde a radiofrequenza; Microonde; L’infrarosso; Il visibile; L’ultravioletto; I raggi x; Diffrazione dei raggi x; Ottiche per raggi x; I raggi gamma; Onde e particelle. Esercizi. 9 IL LASER: Introduzione; Fotoni; Processi di emissione ed assorbimento e coefficienti di Einstein; Allargamento di righe; Il mezzo attivo: inversione di popolazione; Metodi e schemi di pompaggio; Cavità ottiche risonanti; Modi dei risonatori ottici; Frequenze risonanti di una cavità ottica; Fattore di merito di una cavità risonante; Saturazione del guadagno nei sistemi laser; L’emissione laser, Accoppiamento con l’esterno; Frequenze di oscillazione dei sistemi laser; Oscillazione laser su singolo modo; Generazione di impulsi ultracorti; Laser ad impulsi giganti. Esercizi. 10 SISTEMI LASER ED APPLICAZIONI: Introduzione; Laser a stato solido; Laser a rubino; Laser a Neodimio; Laser a gas; Laser ad He-Ne; Lasr a ioni di Argon; Laser a gas molecolari; Il laser a CO2; Laser molecolari operanti nell’UV; Laser a coloranti; Laser a semiconduttori; Sorgenti laser a raggi x; Le applicazioni dei laser; Il laser nella ricerca fondamentale in fisica; Fusione termonucleare via laser; Separazione isotopica; Applicazioni nel campo della chimica; I laser i medicina; Lavorazioni meccaniche con i laser; Applicazioni nel settore dell’informazione; Trasmissioni ottiche; Sistemi radar con i laser; Applicazioni metrologiche dei laser; Controllo laser dell’ambiente. Esercizi. 11 OLOGRAFIA: Introduzione; Formazione di un ologramma; Ricostruzione dell’immagine olografica; Classificazione degli ologrammi; Materiali per olografia; Sorgenti di luce per olografia; Applicazioni dell’olografia. Esercizi. 12 FIBRE OTTICHE: Introduzione; Propagazione in fibre diritte; Propagazione in fibre incurvate; Fibre ad indice di rifrazione variabile; Fibre ad anima conica; Propagazione modale nelle fibre ottiche; Perdite energetiche nelle fibre; Materiali e processi di produzione; Applicazioni delle fibre ottiche; Dispersione nelle fibre. Esercizi. APPENDICI A: Costanti fisiche fondamentali; Conversione tra unità di misura dell’energia. B Metodi di misura della velocità della luce: L’importanza della misura della velocità della luce; Metodi astronomici per la determinazione di c; Metodi terrestri per la determinazione di c; Metodi recenti per la misura di c. C L’esperimento di Michelson e Morley: L’elettromagnetismo e le trasformazioni di Galileo; Tentativi di individuare il riferimento dell’etere; L’esperimento di Michelson e Morley; Le trasformazioni di Lorentz. D L’effetto Doppler: L’effetto Doppler; L’effetto Doppler classico; L’effetto Doppler relativistico; Ricadute dell’effetto Doppler. E Cenni di fisica dell’infrarosso: Introduzione; La regione infrarossa dello spettro elettromagnetico; La radiazione termica ed il corpo nero; Altre sorgenti di radiazione IR; Trasmittività nell’IR dell’atmosfera terrestre; Rivelatori di radiazione IR; Ottiche rifrattive e riflettive nell’IR; Le applicazioni nel campo dell’IR. F L’effetto Compton: L’effetto Compton; Derivazione della formula dell’effetto Compton. G Rivelatori di radiazione: I rivelatori di radiazione elettromagnetica; Il fotomoltiplicatore; Fotodiodi e rivelatori fotoconduttori; Cenni ai rivelatori di raggi x e . H La legge ABCD e le cavità ottiche: Ottica geometrica dei risonatori con la legge ABCD; Formulazione della legge ABCD per i fasci gaussiani; Applicazioni della legge ABCD ai fasci gaussiani. I Cenni di ottica non lineare: Introduzione; Suscettività lineare e non lineare di un mezzo; Fenomeni ottici non lineari al secondo ordine; Modello classico dell’elettrone atomico e polarizzazione non lineare; Il coefficiente ottico non lineare; Generazione di seconda armonica ottica; L’effetto Pockels rivisitato