Генерация высокотемпературной плазмы и массоперенос аблируемых частиц при воздействии последовательностью высокоинтенсивных фемтосекундных лазерных импульсов на твердотельные мишени в газовой среде
Диссертация
Процессы абляции, сопровождающие взаимодействие лазерного излучения с твердотельной мишенью в газовой среде находят практическое применение в задачах лазерного напыления тонкопленочных покрытий. Особый интерес представляют сверхпрочные углеродные покрытия (алмазоподобные пленки, пленки нитрида углерода и др.), формируемые в результате импульсно-периодического воздействия лазерным излучением… Читать ещё >
Список литературы
- Попов В.К., «Мощные эксимерные лазеры и новые источники когерентного излучения в вакуумном ультрафиолете»//УФН 147(3), 587−603 (1985).
- Гордиенко В.М., Джиджоев М. С., Магницкий С. А., Платоненко В. Т., «Фемтосекундные эксимерные системы как источники сверхсильных световых полей»// Итоги науки и техники (Современные проблемы лазерной физики) 4, ВИНИТИ, 19−84 (1991).
- Лютер-Дэвис Б., Гамалий Е. Г., Янжи Ванг, Роде A.B., Тихончук В. Т. «Вещество в сверхсильном лазерном поле"// Квантовая электроника 19(4), 317−359 (1992).
- Backus S., Durfee C.G., Murnane M.M., Kapteyn H.C., «High power ultrafast lasers»// Rev. of Sei. Inst. 69(3), 1207−1223 (1998).
- Platonenko V.T., «High-Temperature Near-Surface Plasma Produced by Ultrashort Laser Pulses»// Laser Physics 2, 852−872 (1992).
- Gibbon P., Forster R., «Short-pulse laser-plasma interactions»// Plasma Physics Control. Fusion 38, 769−794(1996).
- Андреев A.B., Гордиенко В.M., Савельев А. Б. «Ядерные процессы в высокотемпературной плазме, индуцируемой сверхкоротким лазерным импульсом»// Квантовая электроника 31 (11), 941−956 (2001).
- Волков Р.В., Гордиенко В. М., Джиджоев М. С., Жуков М. А., Михеев П. М., Савельев-Трофимов А.Б., Шашков A.A., «Управление свойствами и диагностика фемтосекундной плазмы с использованием модифицированных мишеней"// Квантовая электроника 24, 1114−1126(1997).
- Гордиенко В.М., Савельев А. Б., «Фемтосекундная плазма в плотных наноструктурированных мишенях: новые подходы и перспективы"// УФН 169, 78−80 (1999).
- Nishikawa Т., Nakano H., Ahn H., Uesugi N. «X-ray generation enhancement from a laser-produced plasma with a porous silicon target"//Appl. Phys Lett. 70, 1653−1655 (1997).
- Волков P.В., Гордиенко B.M., Джиджоев M.C. и др., «Генерация жесткого рентгеновского излучения при облучении пористого кремния сверхинтенсивным фемтосекундным лазерным импульсом"// Квантовая электроника 25, 1−2 (1998).
- Волков Р.В., Гордиенко В. М., Голишников Д. М., Савельев А. Б., «Перегретая плазма на поверхности мишени с периодической структурой, индуцированной фемтосекундным лазерным излучением»// Письма ЖЭТФ 77(9), 568 (2003).
- Bagchi S., Prem Kiran P., Bhuyan M.K., Bose S., Ayyub P., Krishnamurty M., Kumar G.R., «Fast ion beams from intense, femtosecond laser irradiated nanostructured surfaces"// Appl. Phys В 88, 167−173 (2007).
- Hironaka Y., Fujimoto Y., Nakamura K.G., Kondo K.-I., Yoshida M., «Enhancement of hard x-ray emission from a copper target by multiple shots of femtosecond laser pulses"// Appl. Phys. Lett. 74(12), 1645−1647 (1999).
- Gavrilov S.A., Golishnikov D.M., Gordienko V.M., Savelev A.B., Volkov R.V., «Efficient hard X-ray source using femtosecond plasma at solid targets with a modified surface»// Laser and Particle Beams 22, 1−6 (2004).
- Hironaka Y., Fujimoto Y., Nakamura K.G., Kondo K.-I., Yoshida M., «Enhancement of hard x-ray emission from a copper target by multiple shots of femtosecond laser pulses"// Appl. Phys. Lett. 74(12), 1645−1647 (1999).
- Sentoku, K. Mima, H. Ruhl, Y. Toyama, R. Kodama, Т. E. Cowan «Laser light and hot electron micro focusing using a conical target"// Physics of Plasmas 11(6), 3083−3087 (2004).
- Chen Z.L., Kodama R., Nakatsutsumi M., Nakamura H., Tampo M., Tanaka K.A., Toyama Y., Tsutsumi Т., Yabuuchi Т., «Enhancement of energetic electrons and protons by cone guiding of laser light»// Phys. Rev. E. 71, 36 403 (2005).
- Cho B.I., Osterholz J., Galloudec N., Bernstein A.C., Dyer G., Ditmire Т., «Study of hot electron transport in foil, wedge, and cone targets irradiated with ultraintense laser pulses"// J. Opt. Soc. Am. В 25, B50-B56 (2008).
- Thogersen J., Borowiec A., Haugen H.K., McNeill F.E., Stronach I.M., «X-ray emission from femtosecond laser micromachining"// Appl. Phys. A 73, 361−363 (2001).
- Dausinger F., Hugel H., Konov V., «Micro-machining with ultrashort laser pulses: From basic understanding to technical applications"// Proceed. SPIE 5147, 106−115 (2003).
- Климентов C.M., Пивоваров П. А., Конов В. И., Брайтлинг Д., Даусингер Ф., «Лазерная микрообработка в газовой среде при высокой частоте повторения аблирующих импульсов»// Квантовая электроника 34(6), 537−540 (2004).
- Hwang D.J., Grigoropoulos С.Р., Choi T.Y., «Efficiency of silicon micromachining by femtosecond laser pulses in ambient air»// J. of Appl. Phys. 99,83 101 (2006).
- Климентов C.M., Кононенко T.B., Пивоваров П. А., Гарнов С. В., Конов В. И., Прохоров A.M., Брайтлинг Д., Даусингер Ф., «Роль плазмы в абляции материалов ультракороткими лазерными импульсами»// Квантовая электроника 31(5), 378−382 (2001).
- Juodkazis S., Okuno Н., Kujime N., Matsuo S., Misawa H., «Hole drilling in stainless steel and silicon by femtosecond pulses at low pressure»// Appl. Phys. A 79,1555−1559 (2004).
- Nielsen C. S., Balling P., «Deep drilling of metals with ultrashort laser pulses: A two-stage process"// J. of. Appl. Phys. 99, 93 101 (2006).
- Reich Ch., Gibbon P., Uschmann I., Forster E., «Yield Optimization and Time Structure of Femtosecond Laser Plasma Ka Sources»// Phys. Rev. Lett. 84(21), 4846−4849 (2000).
- Zhavoronkov N., Gritsai Y., Bargheer M., Woerner M» Elsaesser Т., «Generation of ultrashort Ka radiation from quasipoint interaction area of femtosecond pulses with thin foils"// Appl. Phys. Lett. 86, 244 107 (2005).
- Labate L., Galimberti M., Giulietti A., Giulietti D., Koster P., Tomassini P., Gizzi L.A., «Study of forward accelerated fast electrons in ultrashort Ti Ka sources»// Appl. Phys. В 86, 229−233 (2007).
- Кононенко T.B., Конов В. И., Лубнин E.H., Даусингер Ф., «Импульсное лазерное напыление твердого углеродного покрытия при атмосферном давлении»// Квантовая электроника 33(3), 189−191 (2003).
- Rassuchine J., Dyer G., Cho В., Sentoku Y., Cowan Т., Kneip S., Ditmire Т., Galloudec N., «The Production of Ultrafast Bright K-Alpha X-Rays From Laser Produced Plasmas for Medical Imaging"// Med. Phys. 33, 2251 (2006).
- Gordienko V.M., Makarov I.A., Rakov E.V., «Hot plasma diagnostics during femtosecond laser ablation in a cavity»// Procceed. SPIE 6606, 66060S (2007).
- Букин B.B., Воробьев H.C., Гарнов C.B., Конов В. И., Лозовой В. И., Малютин А. А., Щелев М. Я., Яцковский И. С., «Динамика формирования и развития фемтосекундной лазерной микроплазмы в газах»// Квантовая электроника 36(7), 638−645 (2006).
- Sun J., Longtin J.P., «Inert gas beam delivery for ultra-fast laser micromachining at ambient pressure"//J. of Appl. Phys. 89(12), 8219−8224 (2001).
- Климентов C.M., Пивоваров П.A., Конов В. И., Брайтлинг Д., Даусингер Ф., «Лазерная микрообработка в газовой среде при высокой частоте повторения аблирующих импульсов»// Квантовая электроника 34 (6), 537−540 (2004).
- Dausinger F., «Machining of metals with ultrashort laser pulses: From fundamental investigations to industrial applications"// Procceed. of SPIE 5777, 840−845 (2005).
- Конов В.И., Никитин П. И., Прохоров A.M., Силенок A.C., «Генерация магнитных полей и токов при оптическом разряде в рекомбинирующей плазме»// Письма в ЖЭТФ 39(11), 501 (1984).
- Прохоров A.M., Конов В. И., Урсу И., Михэилеску И. Н., «Взаимодействие лазерного излучения с металлами'7/M.: Наука (1988).
- Першин С.М., «Физический механизм подавления свечения атмосферных газов в плазме при двухимпульсном облучении поверхности»// Квантовая электроника 16 (12), 2518−2520 (1989).
- Willmott P. R., Huber J. R., «Pulsed laser vaporization and deposition»// Rev. of Modern Physics 72, 315 (2000).
- Polo M.C., Aguiar R., Serra P., Cleries L., Valera M., Esteve J., «Carbon nitride thin films obtained by laser ablation of grafite in nitrogen atmosphere»// Appl. Surf. Science 96−98, 870 873 (1996).
- Geretovszky Z., Kantor Z., Bertoti I., Szorenyi T. «Pulsed laser deposition of carbon nitride films by a sub-ps laser’Y/Appl. Phys. A 70, 9−11 (2000).
- Xu N., Li L., Lin H., Wu J., Wu A., Sun J., Ying Zh., Wang P., «Deposition of nanocrystalline CNt thin films on Co/Ni-covered substrate by nitrogen-atom-beam-assisted pulsed laser ablation"// Phys. Lett. A 320, 297−301 (2004).
- Szorenyi Т., Fogarassy E., Fuchs C., Hommet J., Le Normand F., «Chemical analysis of a-CNx thin films synthesized by nanosecond and femtosecond pulsed laser deposition"// Appl. Phys. A 69, 941 (1999).
- Acquaviva S., Perrone A., Zocco A., Klini A., Fotakis C., «Deposition of carbon nitride films by reactive sub-picosecond pulsed laser ablation»// Appl. Surf. Science 373,266−272 (2000).
- Szorenyi Т., Норр В., Geretovszky Z., «A novel PLD configuration for deposition of films of improved quality: a case study of carbon nitride"// Appl. Phys. A 79, 1207 (2004).
- Szorenyi T., Geretovszky Z., «Thin film growth by inverse pulsed laser deposition»// Appl. Surf. Science 484, 165−169 (2005).
- Egerhazi L., Geretovszky Z., Csako T., Szorenyi T., «Atomic force microscopic characterization of films grown by inverse pulsed laser deposition»// Appl. Surf. Science 252, 4661—4666 (2006).
- Egerhazi L., Geretovszky Z., Szorenyi T., «On the orientation independence of inverse pulsed laser deposition»// Appl. Surf. Science 252,4656−4660 (2006).
- Egerhazi L., Geretovszky Z., Szorenyi T., «Carbon nitride films of uniform thickness by inverse PLD»// Appl. Surf. Science 253, 8197−8200 (2007).
- Коротеев Н.И., Шумай И.JI., «Физика мощного лазерного излучения'7/M.: Наука (1991).
- Rosen M.D. «Scaling laws for femtosecond laser-plasma interactions»// Procceed. of SPIE 1229, 160−169(1990).
- Serbanescu C.G., Chakera J.A., Fedosejev R., «Efficient Ka x-ray source from submillijoule femtosecond laser pulses operated at kilohertz repetition rate»// Rev. of Scientific Instruments 78, 103 502 (2007).
- Chen L.M., Forget P., Fourmaux S., Kieffer J.C., Krol A., Chamberlain C.C., Hou B.X., Nees J., Mourou G., «Study of hard x-ray emission from intense femtosecond Ti: sapphire lasersolid target interactions"// Physics of Plasmas 11(9), 4439 (2004).
- T. Engers, W. Fendel, H. Schuller, H. Schultz, D. von der Linde, «Second-harmonic generation in plasmas produced by femtosecond laser pulses"// Phys. Rev. A 43(8), 45 644 567 (1991).
- Tarasevitch A, Dietrich C., Blome C., Sokolowski-Tinten K., von der Linde D., «3/2 harmonic generation by femtosecond laser pulses in steep-gradient plasmas"// Phys. Rev. E 68, 26 410 (2003).
- Ganeev R., Suzuki M., Baba M., Turn M., Kuroda H., «Generation of backscattered 2co and 3co/2 harmonics of femtosecond radiation from the targets with different atomic numbers"// Procced. of SPIE 5337, 158−165 (2004).
- Murnane M.M., Kapteyn H.C., Gordon S.P., Bokor J., Glytsis E.N., Falcone R.W., «Efficient coupling of high-intensity subpicosecond laser pulses into solids»//Appl. Phys. Lett. 62, 10 681 070 (1993).
- Гуськов С.Ю., Розанов В. Б., «Взаимодействие лазерного излучения с пористой средой и образование неравновесной плазмы»// Квантовая электроника 24, 715−720 (1997).
- Kudryahov S.I., Karabutov А.А., Zorov N.B., Kuznetsov S.V., Kuzyakov Yu.Ya., «Local field effects at laser ablation of the foam graphite»// Proceed. SPIE 2801, 240 (1999).
- Гордиенко B.M., Магницкий С. А. Москалев T.A., Платоненко В. Т., «Поляритоны на поверхности плазмы индуцированной мощными фемтосекундными лазерными импульсами»// Изв. РАН (сер. физич.) 60, 183 (1996).
- Kulsar G., AlMawlawi D., Budnik F.W., Herman P. R, Moskovits M» Zhao L, Maijoribanks R.S., «Intense picosecond x-ray pulses from laser plasmas by use of nanostructured «velvet» targets"// Phys. Rev. Lett. 84, 5149−5152 (2000).
- Nishikawa Т., Nakano H., Oguri K., Uesugi N., Nakao M., Nishio K., Masuda H., «Nanocylinder-array structure greatly in-creases the soft X-ray intensity generated from femtosecond laser produced plasma»//Appl. Phys. В 73, 185−188 (2001).
- Красюк И.К., Семенов А. Ю., Чарахчьян А. А., «Использование конических мишеней в исследованиях по инерциальному термоядерному синтезу»// Квантовая Электроника 35(9), 769−777 (2005).
- Vazquez de Aldana J. R., Mendez C., Roso L., Moreno P., «Propagation of ablation channels with multiple femtosecond laser pulses in dielectrics: numerical simulations and experiments"// J. Phys. D: Appl. Phys. 38, 2764−2768 (2005).
- Zeng X., Мао X., Mao S.S., Yoo J.H., Greif R., Russo R.E., «Laser-plasma interactions in fused silica cavities"// J. of Appl. Phys. 95(3), 816−822 (2004).
- Pakhal H.R., Lucht R.P., Laurendeau N.M., «Spectral measurements of incipient plasma temperature and electron number density during laser ablation of aluminum in air»// Appl. Phys. В 90, pp. 15−27 (2008).
- Ахманов С.А., Выслоух B.A., Чиркин C.A., «Оптика фемтосекундных лазерных импульсов»// М.: Наука, (1988).
- Hermann J., Bruneau S., Sentis M., «Spectroscopic analysis of femtosecond laser-induced gas breakdown»// Thin Solid Films 453−454, 377−382 (2004).
- Wood W.M., Focht G., Downer M.C., «Tight focusing and blue shifting of millijoule femtosecond pulses from a conical axicon amplifier»// Optics Lett. 13(11), 984−986 (1988).
- Babin A.A., Kartashov D.V., Kiselev A.M., Lozhkarev V.V., Stepanov A.N., Sergeev A.M., «Ionization spectrum broadening and frequency blue-shift of high-intensity femtosecond laser pulses in gas-filled capillary tubes'7/Appl. Phys. В 75, 509−514 (2002).
- Fedotov A.B., Koroteev N.I., Loy M.M.T., Xiao X., Zheltikov A.M., «Saturation of third-harmonic generation in a plasma of self-induced optical breakdown due to the self-action of 80-fs light pulses"// Optics Comm. 133, 587−595 (1997).
- Ganeev R.A., Suzuki M., Baba M., Kuroda H., Kulagin I.A., «Third-harmonic generation in air by use of femtosecond radiation in tight-focusing conditions»// Appl. Optics 45(4), 748 755 (2006).
- Mao X.L., Chan W.T., Shannon M.A., Russo R. E., «Plasma shielding during picosecond laser sampling of solid materials by ablation in He versus Ar atmosphere"// J. Appl. Phys., 74(8), 4915−4922(2003).
- Sun J., Longtin J.P., «Effect of Gas Medium on Femtosecond Laser Beam Delivery"// JOSA В 21(5) 1081−1088 (2004).
- Райзер Ю.П., «Лазерная искра и распространение зарядов»// М.: Наука (1974).
- Шен И.Р., «Принципы нелинейной оптики"// М.: Наука (1989).
- Кобылкин И.Ф., Селиванов В. В., Соловьев B.C., Сысоев Н. Н., «Ударные и детонационные волны. Методы исследования"// М.: Физматлит (2004).
- Конов В.И., Никитин П. И., Прохоров А.М, Силенок А. С. «Генерация магнитных полей и токов при оптическом разряде в рекомбинирующей плазме"// Письма в ЖЭТФ 39(11), 501 (1984).
- Седов Л.И., «Методы подобия и размерности в механике'7/M.: Наука (1977).
- Зельдович Я.Б., Райзер Ю. П., «Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений»// М.: Наука (1966).
- Орленко Л.Н., Баум Ф. А., Станюкович К. П., «Физика взрыва'7/M.: Наука (2002).
- Вейко В.П., Либенсон М. Н., Червяков Г. Г., Яковлев Е. Б., «Взаимодействие лазерного излучения с веществом»// М.: Физматлит (2008).
- Russo R.E., Мао X.L., Liu Н.С., Yoo J.H., Мао S.S., «Time-resolved plasma diagnostics and mass removal during single-pulse laser ablation"// Appl. Phys. A 69, 887 (1999).
- Hwang D.J., Grigoropoulosa C.P., Choi T.Y., «Efficiency of silicon micromachining by femtosecond laser pulses in ambient air»// J. of Appl. Phys. 99, 83 101 (2006).
- Cerami L., Mazur E., Nolte S., Schaffer C., «Femtosecond laser micromachining»// Ultrafast Optics (Ed. Rick Trebino and Jeff Squier) (2007).
- Farson D.F., Choi H.W., Zimmerman В., Steach J.K., Chalmers J.J., Olesik S.V., Lee L.J. «Femtosecond laser micromachining of dielectric materials for biomedical applications"// J. Micromech. and Microeng. 18, 35 020 (2008).
- Pronko P.P., Dutta S.K., Du D., Singh R.K., «Thermophysical effects in laser processing of materials with picosecond and femtosecond pulses"// J. Appl. Phys. 78(10), 6233−6240 (1995).
- Preuss S., Demchuk A., Stuke M., «Sub-picosecond UV ablation of metals»// Appl. Phys. A. 61, 33−37 (1995).
- Stuart B.C., Feit M.D., Herman S., Rubenchick A.M., Shore B.W., Perry M.D., «Optical ablation by high-power short-pulse lasers»// J. Opt. Soc. Am. В 13(2), 459168 (1996).
- Nolte S., Momma С., Jacobs Н., Tunnermann A., Chichkov В. N., Wellegehausen В., Welling Н., «Ablation of metals by ultrashort laser pulses»// J. Opt. Soc. Am. В 14, 2716−2722 (1997).
- Momma C., Chichkov B.N., Nolte S., von Alvensleben F., Tunnermann A., Welling H., Wellegehausen В., «Short-pulse laser ablation of solid targets"// Opt. Commun. 129(1), 134 142 (1996).
- Gamaly E. G., Rode A. V., Luther-Davies В., Tikhonchuk V. Т., «Ablation of solids by femtosecond lasers: Ablation mechanism and ablation thresholds for metals and dielectrics"// Phys. of Plasmas 9(3), 949−957 (2002).
- Jiang L., Tsai H.L., «Prediction of crater shape in femtosecond laser ablation of dielectrics»// J. Phys. D: Appl. Phys. 37, 1492−1496 (2004).
- Freysz E., Pershin S.M., Safeev G.A., «Periodic ripples produced by a scanning beam of a femtosecond Ti:sapphire laser"// Procc. of SPIE 5850, 82 (2005).
- Hong M.B., Luk’yanchuk В., Huang S.M., Ong T.S., Van L.H., Chong T.C., «Femtosecond laser application for high capacity optical data storage"// Appl. Phys. A 79, 791−794 (2004).
- Marine W., Patrone L., Luk’yanchuk В., Sentis M., «Strategy of nanocluster and nanostructure synthesis by conventional pulsed laser ablation"// Appl. Surf. Science 154−155, 345−352 (2000).
- Mendes M., Vilar R., «Influence of the processing parameters on the formation and deposition of particles in UV pulsed laser ablation of AbC^-TiC ceramics»// App. Surf. Science 217, 149−162 (2003).
- Liu В., Hu Z., Chea Y., Chen Y., Pan X., «Nanoparticle generation in ultrafast pulsed laser ablation of nickel"// Appl. Phys. Lett. 90, 44 103 (2007).
- Roy S., Papakonstantinou P., Mccann R., Mclaughlin J., Klini A., Papadogiannis N., «Bonding configurations in amorphous carbon and nitrogenated carbon films synthesized by femtosecond laser deposition"// Appl. Phys. A 79, 1009 (2004)
- Katsuno Т., Godet C., Orlianges J.C., Loir A.S., Garrelie F., Catherinot A., «Optical properties of high-density amorphous carbon films grown by nanosecond and femtosecond pulsed laser ablation'7/Appl. Phys. A, 81, 471 (2005).
- Henley S.J., Carey J. D., Silva S. R. P., Fuge G. M., Ashfold M. N. R, Anglos D., «Dynamics of confined plumes during short and ultrashort pulsed laser ablation of graphite"// Phys. Rev. В 72, 205 413−1 (2005).
- Gareth M. F., Ashfold M.N.R., Henley S.J., «Studies of the plume emission during the femtosecond and nanosecond ablation of graphite in nitrogen"// J. of Appl. Phys. 99, 143 091 (2006).
- Gordienko V.M., Ivanov A.A., Podshivalov A.A., Savel’ev A.B., Rakov E.V., «Generation of Superintense Femtosecond Pulses by the Cnforsterite Laser System"// Laser Physics 16(3), 427−435 (2006).
- Крюков П.Г., «Лазеры ультракоротких импульсов»// Квантовая Электроника 31(2), 95−119(2001).
- Ахманов С.А., Никитин С. Ю., «Физическая оптика»//М.: Изд-во МГУ- Наука (2004).
- Dorrer C., Walmsley I.A., «Concepts for the temporal characterization of short optical pulses»// Eurasip J. Appl. Signal Process. 2005, 1541−1553 (2005).
- Hong K.-H., Hou В., Nees J. A., Power E., Mourou G. A., «Generation and measurement of8 • •10 intensity contrast ratio in a relativistic khz chirped-pulse amplified laser"// Appl. Phys. В 81(4), 447−457 (2005).
- Справочник под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова, «Физические величины"// М.: Энергоатомиздат, (1991).
- Волков Р.В., Гордиенко В. М., Михеев П. М., Савельев-Трофимов А.Б., «Влияние атомного состава мишени на выход жесткого некогерентного рентгеновского излучения из фемтосекундной лазерной плазмы"// Квантовая Электроника 30 (10), 896−900 (2000).
- Milchberg Н.М., Freeman R.R., «Expansion-induced Doppler shifts from ultrashort-pulse laser-produced plasmas»// Phys. Rev. A 41(4), 2211−2214 (1990).