4,553 matches
-
mediile active ale laserilor ultra-rapizi includ Ti: safir (6 fs), Nd:sticlă (100 fs), Yb:sticlă, Yb:YAG, Cr:YAG și coloranți [26]. Pentru a analiza interacțiunile fundamentale dintre laser și material, eliminând orice alte efecte secundare, voi studia pulsurile laser ultra scurte, 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
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
cuplajul radiație-material este facilitat de acumularea de defecte cristaline tranzitorii, rezultate prin eliminarea de material. Pe de altă parte, destabilizarea matricii, determinată de excitare si ablație, se relaxează prin formarea auto-organizată de nanostructuri regulate în zona iradiată [39]. Influența polarizării laser asupra ordinii structurale rămâne un aspect încă necercetat. 1.3.1. Interacțiunea laserilor ultra-rapizi cu materialele Laserii care pot produce pulsuri fotonice coerente, cu durate în regim de femtosecundă, au deschis noi domenii de cercetare în știința materialelor, datorită rezoluției
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
reduse și intensității fotonice ridicate. Natura ultra rapidă a femtolaserilor a fost utilizată pentru a observa, în timp real, fenomene precum reacțiile chimice în gaze (Zewail, 1994) și transferul energetic eletron-matrice în cadrul solidelor (Shah, 1996). Pe de altă parte, pulsurile laser ultra scurte sunt caracterizate de intensități extrem de ridicate și conferă praguri de ablație precise pentru densități energetice substanțial reduse [40]. Disponibilitatea crescândă a laserilor femtosecundă de intensități ridicate a general un interes sporit în cazul procesării de înaltă precizie a
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
ridicate și conferă praguri de ablație precise pentru densități energetice substanțial reduse [40]. Disponibilitatea crescândă a laserilor femtosecundă de intensități ridicate a general un interes sporit în cazul procesării de înaltă precizie a materialelor. În contrast cu modificările Țintelor prin aplicarea pulsurilor laser nanosecundă sau mai lungi, caz în care domină modurile standard ale proceselor termice, nu există schimb de căldură între puls și material pe parcursul interacțiunilor femtolasermaterial. În consecință, astfel de pulsuri pot induce modificări structurale atermice, realizate direct prin excitarea electronică
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
precum topirea, formarea de margini crestate și fisuri etc. Așadar, dimensiunile minime ale structurii ce se poate obține sunt limitate în principal doar de difracția la nivel de o singură lungime de undă [42]. Trebuie admis, de asemenea, că pulsurile laser ultra rapide presupun intensități ridicate, ce declanșează efecte neliniare de absorbție, ce pot domina procesul de interacțiune [41]. Rezultă una dintre cele mai importante aplicații: procesarea eficientă a dielectricilor transparenți, soluție ce oferă o interesantă aplicabilitate, făcând posibilă, de exemplu
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
ce pot domina procesul de interacțiune [41]. Rezultă una dintre cele mai importante aplicații: procesarea eficientă a dielectricilor transparenți, soluție ce oferă o interesantă aplicabilitate, făcând posibilă, de exemplu, stocarea tridimensională binară a datelor. Având în vedere că un puls laser de 100 fs are o durată comparabilă cu, sau chiar mai redusă decât timpii de relaxare ai matricii, este posibilă folosirea femtolaserilor pentru modificarea fotomecanică a materialelor, prin generarea de fotoni coerenți [43] și unde de șoc [44]. Rezultă astfel
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
stări ale materiei la presiuni extreme, sau de a facilita tranzițiile incipiente între faze. Undele de șoc produse de către pulsurile femtolaser pot fi modelate într-un profil planar, funcție de răspunsul la șoc al materialelor, prin utilizarea unei combinații între ablația laser ultra rapidă și focalizarea prin lentile Kerr, pentru aplatizarea spațială a pulsului [44]. Profilele undelor de șoc prezentate în Fig. 1.28 au fost obținute prin focalizarea pulsurilor femtosecundă generate de un laser Ti:safir CPA pe suprafața unor filme
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
materialelor, prin utilizarea unei combinații între ablația laser ultra rapidă și focalizarea prin lentile Kerr, pentru aplatizarea spațială a pulsului [44]. Profilele undelor de șoc prezentate în Fig. 1.28 au fost obținute prin focalizarea pulsurilor femtosecundă generate de un laser Ti:safir CPA pe suprafața unor filme metalice subțiri (grosime de 0,05-2,0 µm), depuse din stare de vapori pe un substrat suport din sticlă de borosilicat. Pe măsură ce este majorată fluența pulsului femtosecundă, profilul spațial cvasi-Gaussian este aplatizat treptat
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
temperaturii corespunde unei creșteri a energiei cinetice. Comparativ cu 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
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
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 cu o Țintă aproape pasivă. Toate modificările semnificative ale Țintei (de exemplu modificări tranzitorii în structura de benzi, eliminarea de particule) au loc doar după pulsul laser
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
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 cu o Țintă aproape pasivă. Toate modificările semnificative ale Țintei (de exemplu modificări tranzitorii în structura de benzi, eliminarea de particule) au loc doar după pulsul laser și, astfel, nu ar trebui să influențeze proprietățile de absorbție. Mai
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
laser ultrascurte aproximativ 200 fs pentru studiul fundamental devine justificată: radiația laser interacționează exclusiv cu o Țintă aproape pasivă. Toate modificările semnificative ale Țintei (de exemplu modificări tranzitorii în structura de benzi, eliminarea de particule) au loc doar după pulsul laser și, astfel, nu ar trebui să influențeze proprietățile de absorbție. Mai important este faptul că laserul nu interacționează cu materialul ablat. În cazul pulsurilor mai lungi, există posibilitatea absorbției unor cantități semnificative de energie laser în pluma de plasmă ablată
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
Țintă aproape pasivă. Toate modificările semnificative ale Țintei (de exemplu modificări tranzitorii în structura de benzi, eliminarea de particule) au loc doar după pulsul laser și, astfel, nu ar trebui să influențeze proprietățile de absorbție. Mai important este faptul că laserul nu interacționează cu materialul ablat. În cazul pulsurilor mai lungi, există posibilitatea absorbției unor cantități semnificative de energie laser în pluma de plasmă ablată. Această plasmă încălzită ar putea ulterior, la rândul ei, să realizeze o împrăștiere pe suprafața probei
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
au loc doar după pulsul laser și, astfel, nu ar trebui să influențeze proprietățile de absorbție. Mai important este faptul că laserul nu interacționează cu materialul ablat. În cazul pulsurilor mai lungi, există posibilitatea absorbției unor cantități semnificative de energie laser în pluma de plasmă ablată. Această plasmă încălzită ar putea ulterior, la rândul ei, să realizeze o împrăștiere pe suprafața probei a unui procent din materialul ablat. 1.3.2. Aplicații ale laserilor ultra-rapizi Depunerea cu laser pulsatoriu (PLD Pulsed
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
semnificative de energie laser în pluma de plasmă ablată. Această plasmă încălzită ar putea ulterior, la rândul ei, să realizeze o împrăștiere pe suprafața probei a unui procent din materialul ablat. 1.3.2. Aplicații ale laserilor ultra-rapizi Depunerea cu laser pulsatoriu (PLD Pulsed laser deposition) la frecvență ridicată de repetiție a pulsurilor În mod ideal, depunerea de filme subțiri prin ablație laser se realizează prin intermediul unui mecanism de vaporizare, ce implică energii destul de modeste ale pulsurilor pentru a abla o
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
în pluma de plasmă ablată. Această plasmă încălzită ar putea ulterior, la rândul ei, să realizeze o împrăștiere pe suprafața probei a unui procent din materialul ablat. 1.3.2. Aplicații ale laserilor ultra-rapizi Depunerea cu laser pulsatoriu (PLD Pulsed laser deposition) la frecvență ridicată de repetiție a pulsurilor În mod ideal, depunerea de filme subțiri prin ablație laser se realizează prin intermediul unui mecanism de vaporizare, ce implică energii destul de modeste ale pulsurilor pentru a abla o cantitate redusă de material
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
pe suprafața probei a unui procent din materialul ablat. 1.3.2. Aplicații ale laserilor ultra-rapizi Depunerea cu laser pulsatoriu (PLD Pulsed laser deposition) la frecvență ridicată de repetiție a pulsurilor În mod ideal, depunerea de filme subțiri prin ablație laser se realizează prin intermediul unui mecanism de vaporizare, ce implică energii destul de modeste ale pulsurilor pentru a abla o cantitate redusă de material, intensități relativ ridicate pentru a mări secțiunea transversală, respectiv o frecvență mare pentru repetiția pulsurilor (PRF - pulse repetition
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
mult. Luând în considerare faptul că fiecare puls cu vapori transportă relativ puțin material, acomodarea atomilor sau clusterelor de atomi ce sosesc este de asemenea mai eficientă. Procesarea materialelor - ablația materialelor metalice și dielectrice Fenomenele principale de interacțiune dintre pulsurile laser „lungi“ (nanosecundă), respectiv cele ultrascurte (femtosecundă) și materialele în stare solidă sunt ilustrate în Fig. 1.29. Pulsurile lungi aplicate cu intensități suficiente (I >1010 Wcm-2) conduc la formarea plasmei induse laser, ceea ce reduce semnificativ cantitatea de radiație, ce contribuie
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
și dielectrice Fenomenele principale de interacțiune dintre pulsurile laser „lungi“ (nanosecundă), respectiv cele ultrascurte (femtosecundă) și materialele în stare solidă sunt ilustrate în Fig. 1.29. Pulsurile lungi aplicate cu intensități suficiente (I >1010 Wcm-2) conduc la formarea plasmei induse laser, ceea ce reduce semnificativ cantitatea de radiație, ce contribuie la interacțiunea cu solidul. În contrast, pulsurile laser ultrascurte nu sunt ecranate de plasmă și interacționează direct cu suprafața materialului, datorită expansiunii spațiale neglijabile a plasmei, pe parcursul intervalului extrem de scurt de timp
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
materialele în stare solidă sunt ilustrate în Fig. 1.29. Pulsurile lungi aplicate cu intensități suficiente (I >1010 Wcm-2) conduc la formarea plasmei induse laser, ceea ce reduce semnificativ cantitatea de radiație, ce contribuie la interacțiunea cu solidul. În contrast, pulsurile laser ultrascurte nu sunt ecranate de plasmă și interacționează direct cu suprafața materialului, datorită expansiunii spațiale neglijabile a plasmei, pe parcursul intervalului extrem de scurt de timp [44]. Ilustrarea interacțiunii pulsurilor laser lungi și ultrascurte cu solidele. Radiația laser se poate propaga în
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
de radiație, ce contribuie la interacțiunea cu solidul. În contrast, pulsurile laser ultrascurte nu sunt ecranate de plasmă și interacționează direct cu suprafața materialului, datorită expansiunii spațiale neglijabile a plasmei, pe parcursul intervalului extrem de scurt de timp [44]. Ilustrarea interacțiunii pulsurilor laser lungi și ultrascurte cu solidele. Radiația laser se poate propaga în plasmă doar dacă numărul aferent densității electronice ne este mai mic decât valoarea critică nc [39] Pentru acest regim de timp, energia de puls este absorbită într-un strat
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
solidul. În contrast, pulsurile laser ultrascurte nu sunt ecranate de plasmă și interacționează direct cu suprafața materialului, datorită expansiunii spațiale neglijabile a plasmei, pe parcursul intervalului extrem de scurt de timp [44]. Ilustrarea interacțiunii pulsurilor laser lungi și ultrascurte cu solidele. Radiația laser se poate propaga în plasmă doar dacă numărul aferent densității electronice ne este mai mic decât valoarea critică nc [39] Pentru acest regim de timp, energia de puls este absorbită într-un strat superficial subțire, a cărui grosime corespunde adâncimii
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
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 periodică a piesei de lucru, pentru obținerea procesării unui singur traseu [46, 47]. Astfel de structuri sunt formate în principal
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
superpoziția de caneluri la 90ș. Imaginile ilustrează calitățile de prelucrare imediat după finalizarea procesului, fără o curățare ulterioară. Dacă sunt solicitate calități optice, aceste suprafețe pot fi netezite prin procese ulterioare precum netezirea și decaparea. Formarea de nanoparticule prin ablație laser femtosecundă Pulsurile ultrascurte tip femtosecundă folosite la ablația materialelor conduc la depunerea de filme radical diferite de cele obținute prin procedeul PLD clasic nanosecundă (ns). Pentru aplicații specifice, se pot crea filme subțiri epitaxiale, în timp ce, pentru majoritatea materialelor, filmele subțiri
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
colizională în cadrul fluxului plumei de plasmă ablată. Scopul primar al utilizării pulsurilor femtosecundă în creșterea filmelor subțiri a fost de a evita formarea de picături micrometrice, induse de efectele termice din Țintă, ce apar în general ca rezultat al ablației laser în regim nanosecundă. Având în vedere că, la o scală de timp subpicosecundă, se constată apariția topirii atermice, s-a așteptat ca ablația cu pulsuri laser ultrascurte să reprezinte consecința unui proces de ionizare multifotonică, cu efecte minime ale difuziei
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]