التحقيق في التطور المبكر البلازما المستحثة بواسطة الليزر فائقة القصر البقول
Summary
يوصف أسلوب تجريبي لدراسة تطور البلازما في وقت مبكر الناجمة عن الليزر فائقة القصر البقول. باستخدام هذا الأسلوب، ويتم الحصول على صور ذات جودة عالية من البلازما في وقت مبكر مع ارتفاع قرارات الزمانية والمكانية. ويستخدم نموذج ذري رواية متكاملة لمحاكاة وشرح آليات البلازما في وقت مبكر.
Abstract
يتم توليد البلازما في وقت مبكر بسبب ارتفاع كثافة أشعة الليزر على الهدف، والهدف التأين المواد اللاحقة. دينامياته تلعب دورا هاما في الليزر مادة التفاعل، وخاصة في بيئة الهواء 1-11.
تم القاء القبض عليه في وقت مبكر تطور البلازما من خلال تصوير شعاعي 1-3 مضخة مسبار والتداخل 1،4-7. ومع ذلك، وتقتصر المعلمة الليزر درس الأطر الزمنية وتطبيق النطاقات. على سبيل المثال، والامتحانات مباشرة من المواقع الأمامية البلازما وكثافة عدد الإلكترونات في غضون فترة زمنية تأخير من 100 بيكو ثانية (PS) فيما يتعلق ذروة نبضة ليزر لا تزال قليلة جدا، وخاصة بالنسبة للنبض فائقة القصر لمدة حوالي 100 الفيمتو ثانية (FS) و كثافة منخفضة الطاقة حول W 14 10 / سم 2. البلازما في وقت مبكر ولدت في ظل هذه الظروف فقط وقد تم القبض مؤخرا مع ارتفاع قرارات الزمانية والمكانية 12. إعداد استراتيجية تفصيلية ووسوف يتضح من هذه الإجراءات قياس دقة عالية في هذه الورقة. الأساس المنطقي للقياس هو بصري مضخة مسبار تصوير شعاعي: يتم تقسيم واحد ليزر فائقة القصر نبض لنبض مضخة ونبض التحقيق، في حين يمكن تعديل زمن التأخير بينهما من خلال تغيير مسار شعاع أطوالها. نبض مضخة ablates الهدف ويولد البلازما في وقت مبكر، ونبض التحقيق تنتشر عبر المنطقة البلازما ويكشف عدم التجانس من كثافة عدد الإلكترونات. وبالإضافة إلى ذلك، يتم إنشاء الرسوم المتحركة باستخدام نتائج محسوبة من نموذج المحاكاة من المرجع. 12 لتوضيح تشكيل البلازما وتطور مع دقة عالية جدا (0.04 ~ 1 PS).
ويمكن تطبيق المنهج التجريبي على حد سواء، وطريقة محاكاة لمجموعة واسعة من الأطر الزمنية والمعلمات ليزر. ويمكن استخدام هذه الأساليب لفحص البلازما في وقت مبكر تولدت ليس فقط من المعادن، ولكن أيضا من أشباه الموصلات والعوازل.
Protocol
Discussion
طرق القياس والمحاكاة المعروضة في هذه الورقة تمكين الامتحانات أكثر دقة لديناميات البلازما في وقت مبكر والتوصل إلى فهم أفضل للآليات التأين لكل من الهواء والنحاس. ويتم التقاط عالية الجودة مع الهياكل البلازما قرار الزمنية من 1 PS والقرار المكانية من 1 ميكرون. هذا القياس لديه التكرار مرتفعة جدا. الإجراء الحاسم هو لمحاذاة شعاع بشكل جيد للغاية وإعداد سطح الهدف مع التسطيح عالية، فضلا عن خشونة منخفضة.
ويمكن تطبيق هذا النهج على المواد المستهدفة الأخرى والمعلمات ليزر مختلف. والقيد الوحيد للأسلوب صورة شعاعية مضخة مسبار هو عدد الإلكترونات منخفضة جدا اختلاف كثافة.
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
الكتاب ترغب في امتنانهم للدعم المالي المقدم لهذه الدراسة من قبل مؤسسة العلوم الوطنية (المنح رقم: CMMI-0653578، 0853890، CBET).
Materials
| Name of the equipment | Company | Catalogue number |
| Laser | Spectra-Physics | SPTF-100F-1K-1P |
| ICCD camera | Princeton Instruments | 7467-0028 |
| Oscilloscope | Rigol | DS1302CA |
| Photodiode | Newport | 818-BB30 |
| Linear stage | Newport | 433 |
| Dial indicator | Mitutoyo | ID-C112E |
References
- Garnov, S. V., Malyutin, A. A., Tsarkova, O. G., Konov, V. I., Dausinger, F. Ultrafast laser-induced plasma diagnostics with time-spatial resolved shadow and interferometric techniques. Proc. SPIE. 4637, 31-42 (2002).
- Zhang, N., Zhu, X., Yang, J., Wang, X., Wang, W. Time-resolved shadowgraphs of material ejection in intense femtosecond laser ablation of aluminum. Phys. Rev. Lett. 99, 167602 (2007).
- Li, J., Wang, X., Chen, Z., Clinite, R., Mao, S. S., Zhu, P., Sheng, Z., Zhang, J., Cao, J. Ultrafast electron beam imaging of femtosecond laser-induced plasma dynamics. J. Appl. Phys. 107, 083305 (2010).
- Veysman, M. E., Agranat, M. B., Andreev, N. E., Ashitkov, S. I., Fortov, V. E., Khishchenko, K. V., Kostenko, O. F., Levashov, P. R., Ovchinnikov, A. V., Sitnikov, D. S. Femtosecond optical diagnostics and hydrodynamic simulation of Ag plasma created by laser irradiation of a solid target. J. Phys. B. 41, 125704 (2008).
- Geindre, J. P., Audebert, P., Rousse, A., Falliés, F., Gauthier, J. C., Mysyrowicz, A., Santos, A. D., Hamoniaux, G., Antonetti, A. Frequency-domain interferometer for measuring the phase and amplitude of a femtosecond pulse probing a laser-produced plasma. Opt. Lett. 19, 1997-1999 (1994).
- Inogamov, N. A., Anisimov, S. I., Petrov, Y. u. V., Khokhlov, V. A., Zhakhovskii, V. V., Nishihara, K., Agranat, M. B., Ashitkov, S. I., Komarov, P. S. Theoretical and experimental study of hydrodynamics of metal target irradiated by ultrashort laser pulse. Proc. SPIE. 7005, 70052F.1-70052F.10 (2008).
- Flacco, A., Guemnie-Tafo, A., Nuter, R., Veltcheva, M., Batani, D., Lefebvre, E., Malka, V. Characterization of a controlled plasma expansion in vacuum for laser driven ion acceleration. J. Appl. Phys. 104, 103304.1-103304.5 (2008).
- Mao, S. S., Mao, X., Greif, R., Russo, R. E. Simulation of a picosecond laser ablation plasma. Appl. Phys. Lett. 76, 3370-3372 (2000).
- Chen, Z., Mao, S. S. Femtosecond laser-induced electronic plasma at metal surface. Appl. Phys. Lett. 93, 051506.1-051506.3 (2008).
- Kononenko, T. V., Konov, V. I., Garnov, S. V., Danielius, R., Piskarskas, A., Tamoshauskas, G., Dausinger, F. Comparative study of the ablation of materials by femtosecond and pico- or nanosecond laser pulses. Quantum Electron. 29, 724-728 (1999).
- Dausinger, F., Hügel, H., Konov, V. Micro-machining with ultrashort laser pulses: From basic understanding to technical applications. Proc. SPIE. 5147, 106-115 (2003).
- Hu, W., Shin, Y. C., King, G. B. Early-stage plasma dynamics with air ionization during ultrashort laser ablation of metal. Phys. of Plasmas. 18, 093302.1-093302.12 (2011).
