4,125 matches
-
de prag. Dacă pierderea este mai mare decât aportul, atunci laserul nu va produce radiație luminoasă. Aportul pozitiv reprezintă a doua condiție de generare a radiației luminoase laser - prima condiție fiind inversare de populație. Puterea la ieșire Într-un bec, electronii din cadrul atomilor și moleculelor filamentului sunt pompați către niveluri superioare prin excitare electrică. Electronii trec aleatoriu către niveluri inferioare, independent unii de alții, emițând lumină printr-o grupare aleatorie de lungimi de undă (culori). Având în vedere că mulți electroni
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
radiație luminoasă. Aportul pozitiv reprezintă a doua condiție de generare a radiației luminoase laser - prima condiție fiind inversare de populație. Puterea la ieșire Într-un bec, electronii din cadrul atomilor și moleculelor filamentului sunt pompați către niveluri superioare prin excitare electrică. Electronii trec aleatoriu către niveluri inferioare, independent unii de alții, emițând lumină printr-o grupare aleatorie de lungimi de undă (culori). Având în vedere că mulți electroni trec constant către diferite niveluri, este produsă o gamă de lungimi de undă, rezultatul
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
electronii din cadrul atomilor și moleculelor filamentului sunt pompați către niveluri superioare prin excitare electrică. Electronii trec aleatoriu către niveluri inferioare, independent unii de alții, emițând lumină printr-o grupare aleatorie de lungimi de undă (culori). Având în vedere că mulți electroni trec constant către diferite niveluri, este produsă o gamă de lungimi de undă, rezultatul net fiind producerea luminii albe, emisă în direcții aleatorii. Comparativ, pentru procesul de emisie stimulată, un foton intră în contact cu o altă specie excitată, determinând
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
evalua acest efect. Microfisurile Microfisurile sunt create datorită tensiunilor induse termic, generate pe parcursul marcării laser. Ele afectează proprietățile mecanice și pot induce, în cazul metalelor, coroziunea. Pentru detecția și analiza microfisurilor, se pot folosi microscoape electronice și acustice (SEM - Scanning Electron Microscope, SAM - Scanning Acoustic Microscope). Continuitatea Atunci când sunt utilizați laseri pulsativi sau cu emisie continuă și comutare-Q, frecvența de repetare afectează continuitatea marcării, alături de viteza de marcare. Microscopia optică reprezintă o metodă de analiză a acestui defect. 1.3. Considerații
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
de aproximativ 200 fs, de intensități comparabile reduse, sub nivelul de prag cunoscut și indicat al îndepărtării masive de material. S-a demonstrat că, în aceste condiții, cuplajul principal dintre radiația luminoasă și material are loc prin intermediul excitării multifotonice a electronilor către banda de conducție sau vid. Perturbarea rezultată a matricei Țintei conduce la emisia de particule pozitive, de la ioni până la clustere de dimensiuni mai mari, cu peste zece atomi. Odată cu majorarea numărului de pulsuri incidente, cuplajul radiație-material este facilitat de
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
energia consumată prin încălzire clasică printr-o baie globală de fononi sau prin impact cu ioni, cu influențarea directă a mișcării nucleului printr-un transfer de impuls/moment, consumul aferent pulsurilor laser este radical diferit: radiația incidentă „se adresează” exclusiv electronilor din sistem, în timp ce întreaga mișcare a nucleului reprezintă doar un proces secundar (chiar și cuplarea directă la o vibrație este, de fapt, obținută prin sistemul electronic, fiind relaționată de nuclee doar prin cuplaje electron-fonon) [44]. Această situație permite stabilirea, în
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
44]. Această situație permite stabilirea, în mod conceptual, a unui istoric de procese, ce încep cu absorbția radiației luminoase, trecând la eliminarea de particule și, în final, la relaxarea Țintei Scală temporală Răspuns material Observații Femtosecunde Excitare electronică Emisie de electroni Picosecunde Disiparea energiei/mișcarea nucleului Rupere legături Emisie de atomi/ioni Nanosecunde Relaxarea suprafeței/reorganizare Zonă cu plasmă Pornind de la aceste niveluri de timp, alegerea pulsurilor laser ultrascurte aproximativ 200 fs pentru studiul fundamental devine justificată: radiația laser interacționează exclusiv
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
în matricea materialului în stare solidă sunt aproape irelevante. În plus, teoria clasică asupra conductivității termice, bazată pe presupunerea că un material poate fi caracterizat de o singură temperatură, nu mai este valabilă. În schimb, trebuie luate în considerare interacțiunile electroni matrice, tratând separat temperaturile aferente ambelor părți. Pentru intensități foarte ridicate (I > 1016 Wcm-2), electronii localizați foarte aproape de suprafață sunt încălziți la temperaturi extrem de mari și, în plus, sunt generați electroni supraîncălziți cu energii de ordinul MeV. Difuzia ulterioară a
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
termice, bazată pe presupunerea că un material poate fi caracterizat de o singură temperatură, nu mai este valabilă. În schimb, trebuie luate în considerare interacțiunile electroni matrice, tratând separat temperaturile aferente ambelor părți. Pentru intensități foarte ridicate (I > 1016 Wcm-2), electronii localizați foarte aproape de suprafață sunt încălziți la temperaturi extrem de mari și, în plus, sunt generați electroni supraîncălziți cu energii de ordinul MeV. Difuzia ulterioară a electronilor încălziți transmite cea mai mare parte a energiei pulsului către zonele adiacente, ceea ce reprezintă
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
este valabilă. În schimb, trebuie luate în considerare interacțiunile electroni matrice, tratând separat temperaturile aferente ambelor părți. Pentru intensități foarte ridicate (I > 1016 Wcm-2), electronii localizați foarte aproape de suprafață sunt încălziți la temperaturi extrem de mari și, în plus, sunt generați electroni supraîncălziți cu energii de ordinul MeV. Difuzia ulterioară a electronilor încălziți transmite cea mai mare parte a energiei pulsului către zonele adiacente, ceea ce reprezintă motivul gradelor de ablație mai ridicate per 52 puls, comparativ cu mecanismele de ablație asociate pulsurilor
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
matrice, tratând separat temperaturile aferente ambelor părți. Pentru intensități foarte ridicate (I > 1016 Wcm-2), electronii localizați foarte aproape de suprafață sunt încălziți la temperaturi extrem de mari și, în plus, sunt generați electroni supraîncălziți cu energii de ordinul MeV. Difuzia ulterioară a electronilor încălziți transmite cea mai mare parte a energiei pulsului către zonele adiacente, ceea ce reprezintă motivul gradelor de ablație mai ridicate per 52 puls, comparativ cu mecanismele de ablație asociate pulsurilor lungi. O parte din energia pulsurilor este emisă, datorită efectului
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
cu mecanismele de ablație asociate pulsurilor lungi. O parte din energia pulsurilor este emisă, datorită efectului Bremsstrahlung, peste un spectru larg de radiații X puternice (în intervalul keV - MeV). Ablația metalelor cu laseri femtosecundă este caracterizată de supraîncălzirea rapidă a electronilor aflați în zona adâncimii de penetrare optică. Datorită capacității termice reduse a electronilor comparativ cu matricea, aceștia sunt încălziți rapid peste nivelul Fermi, către temperaturi de tranziție foarte înalte, forțând apariția unei stări extreme de ne-echilibru între electroni și
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
emisă, datorită efectului Bremsstrahlung, peste un spectru larg de radiații X puternice (în intervalul keV - MeV). Ablația metalelor cu laseri femtosecundă este caracterizată de supraîncălzirea rapidă a electronilor aflați în zona adâncimii de penetrare optică. Datorită capacității termice reduse a electronilor comparativ cu matricea, aceștia sunt încălziți rapid peste nivelul Fermi, către temperaturi de tranziție foarte înalte, forțând apariția unei stări extreme de ne-echilibru între electroni și sistemul matrice [43]. Ablația structurilor tridimensionale Pentru a crea zone de microstructuri periodice
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
a electronilor aflați în zona adâncimii de penetrare optică. Datorită capacității termice reduse a electronilor comparativ cu matricea, aceștia sunt încălziți rapid peste nivelul Fermi, către temperaturi de tranziție foarte înalte, forțând apariția unei stări extreme de ne-echilibru între electroni și sistemul matrice [43]. Ablația structurilor tridimensionale Pentru a crea zone de microstructuri periodice sunt aplicate pe material pulsuri laser femtosecundă, printr-un proces de scriere directă, ca în cazul, de exemplu, a unui sistem de scanare sau de mișcare
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
descrie interacțiunile acestei categorii de pulsuri cu grupările atomice, nu mai sunt aplicabile modelele hidrodinamice, deoarece, pentru aceste niveluri de putere și timp, mecanismul dominant este cel al exploziei Coulomb a ionilor grupați. Pentru acest regim, un număr suficient de electroni sunt eliminați din nucleul grupării, lăsând în urmă o grupare încărcată pozitiv care explodează datorită respingerii electrostatice dintre ioni. Explozia are loc în unități de timp prea scurte pentru realizarea proceselor normale de transport, precum apariția încălzirii plasmei și termalizării
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
a demonstrat că exploziile Coulomb au loc în mod preferențial în cazul grupărilor mai mici și produc astfel ionii cu cel mai înalt nivel de energie [49]. Un studiu recent de simulare [50] a raportat emisia unui jet cald de electroni ca rezultat al interacțiunii intense (1017 W/cm2) dintre un laser femtosecundă și grupări de Ar. În plus, trebuie menționat că pulsurile laser scurte și intense pot crea în mod spontan câmpuri magnetice megagauss, ce pot afecta dinamica electronilor în cadrul
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
de electroni ca rezultat al interacțiunii intense (1017 W/cm2) dintre un laser femtosecundă și grupări de Ar. În plus, trebuie menționat că pulsurile laser scurte și intense pot crea în mod spontan câmpuri magnetice megagauss, ce pot afecta dinamica electronilor în cadrul plasmelor. Crearea plasmei prin intermediul radiației Pentru intensități reduse ale radiației laser, ionizarea unui atom (sau a unei molecule) poate fi determinată radiativ exclusiv dacă energia fotonică hv depășește potențialul de ionizare, p. Cu toate acestea, dacă intensitatea radiației este
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
depășește potențialul de ionizare, p. Cu toate acestea, dacă intensitatea radiației este suficient de ridicată, un atom poate absorbi în mod simultan un număr corespunzător de fotoni pentru a induce ionizarea (sau, în cazul unui solid, de a ejecta un electron dintr-o bandă de valență). Această situație este denominată drept ionizarea multi-foton (MPI - multiphoton ionization) și poate fi modelată prin procesul: eXqhx (1.13) unde q fotoni dispun de suficientă energie pentru a ioniza atomul Țintă X. În acest caz
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
10, randamentul MPI crește rapid, proporțional cu intensitatea, fiind necesare valori ale intensității de peste 108 - 1010 W cm-2 pentru a obține o ionizare semnificativă. Mecanisme de încălzire a plasmei Atunci când densitatea mediului Țintă (solid sau gaz) este suficient de ridicată, electronul energizat interacționează cu ionii din plasmă, putânduse iniția un set de procese care absorb energia laser și încălzesc plasma. Poate avea loc o ionizare colizională, ce determină o majorare a densității electronice. De asemenea, pe măsură ce electronii energizați interacționează alături de câmpul
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
este suficient de ridicată, electronul energizat interacționează cu ionii din plasmă, putânduse iniția un set de procese care absorb energia laser și încălzesc plasma. Poate avea loc o ionizare colizională, ce determină o majorare a densității electronice. De asemenea, pe măsură ce electronii energizați interacționează alături de câmpul Coulomb al ionilor, aceștia pot emite radiație bremsstrahlung în bandă largă (radiație electromagnetică produsă de accelerarea unei particule încărcate, precum un electron, atunci când este respins de o altă particulă încărcată) sau, în mod invers, pot suferi
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
loc o ionizare colizională, ce determină o majorare a densității electronice. De asemenea, pe măsură ce electronii energizați interacționează alături de câmpul Coulomb al ionilor, aceștia pot emite radiație bremsstrahlung în bandă largă (radiație electromagnetică produsă de accelerarea unei particule încărcate, precum un electron, atunci când este respins de o altă particulă încărcată) sau, în mod invers, pot suferi o creștere energetică prin absorbția de radiație (bremsstrahlung invers) [51]. Când un solid este iradiat cu un puls laser caracterizat de o intensitate mai mare de
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
mică decât o lungime de undă a laserului. Absența relativă 56 a unei regiuni coronale cu densitate redusă semnifică faptul că procesele parametrice de cuplare laser - plasmă sunt mult mai puțin pronunțate și absorbția se realizează în principal datorită accelerării electronilor de către potențialul ponderomotiv și procesele de absorbție prin rezonanță. Având în vedere că lungimea scalei gradientului densităților este mai mică decât lungimea de undă a laserului, câmpul electric ridicat penetrează în stratul superficial al materialului solid, determinând procese de încălzire
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
interacțiunii, dominând procesele de absorbție necolizionale precum absorbția de rezonantă. Dacă intensitatea laserului este foarte ridicată, de exemplu 22182 10 mcmWI , forța ponderomotivă (forța neliniară aplicată unei particule încărcate, în cadrul unui câmp electromagnetic oscilant neomogen) este suficientă pentru a disloca electronii, determinând astfel un canal cu indice cu refracție mai mare spre Țintă prin plasma mai densă. Pentru ca acestea să aibă loc, presiunea radiației luminoase trebuie să depășească presiunea termică a plasmei. 1.3.4. Efectele laserilor ultra-rapizi Laserii de mare
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
de mare putere interacționează cu materia, în materialul respectiv energia se acumulează cu o viteză atât de ridicată, încât acesta trece rapid în stare de plasmă ionizată. În cadrul acesteia, energia poate fi transferată la nivel microscopic între energia cinetică a electronilor liberi (ionizați), energia cinetică a ionilor, energia fotonică din câmpul de radiație și electronii legați [54]. Aceste fenomene sunt prezentate in Fig. 1.31, unde se descriu și procesele principale care 57 relaționează diferitele subsisteme plasmice. Energia se poate transfera
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
viteză atât de ridicată, încât acesta trece rapid în stare de plasmă ionizată. În cadrul acesteia, energia poate fi transferată la nivel microscopic între energia cinetică a electronilor liberi (ionizați), energia cinetică a ionilor, energia fotonică din câmpul de radiație și electronii legați [54]. Aceste fenomene sunt prezentate in Fig. 1.31, unde se descriu și procesele principale care 57 relaționează diferitele subsisteme plasmice. Energia se poate transfera, de asemenea, între aceste subsisteme microscopice și mișcările macroscopice (șocuri, turbulențe). Fig. 1.31
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]