4,085 matches
-
impact. Aceste caracteristici conferă femtolaserilor statutul de echipamente ideale în cazul procesării de înaltă precizie a materialelor [41]. Pentru controlul modificărilor rezultante ale topografiei Țintei este esențială o cunoaștere aprofundată a interacțiunii dintre laserii cu pulsuri ultrascurte și material. Utilizarea pulsurilor ultrascurte, cu intensități corespunzător de ridicate ale radiației, reduce gradul de difuzie a căldurii în probă, facilitând expulzarea instantanee de material. Acest lucru face posibilă realizarea de prelucrări cu un grad ridicat de calitate (aspect), fără resturi (picături, așchii) și
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
mecanică, 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
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
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, 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
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
fotoni coerenți [43] și unde de șoc [44]. Rezultă astfel posibilitatea de generare a tranzițiilor de fază, de producere de noi 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
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
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 metalice subțiri (grosime de 0,05-2,0 µm), depuse din stare de
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
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 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
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
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. Această aplatizare este determinată de descompunerea dielectrică și ablația incipientă a substratului din sticlă, ceea ce blochează vârful central Gaussian de intensitate ridicată determinată de absorbția neliniară. Această concluzie este bazată pe observația conform
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
majorarea 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
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
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 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
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
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 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
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
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 a unui procent din materialul ablat. 1.3
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
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, intensități relativ ridicate pentru a mări secțiunea transversală
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
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 frequency) pentru optimizarea procesării. Pentru PRF ridicat, procesul PLD este aproape continuu, având în
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
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 frequency) pentru optimizarea procesării. Pentru PRF ridicat, procesul PLD este aproape continuu, având în vedere că timpul de acomodare al vaporilor ce ajung pe substrat este în mod tipic de mai multe zecimi de nanosecundă sau mai
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
Pentru PRF ridicat, procesul PLD este aproape continuu, având în vedere că timpul de acomodare al vaporilor ce ajung pe substrat este în mod tipic de mai multe zecimi de nanosecundă sau mai 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
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
mai 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
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
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 la interacțiunea cu solidul. În contrast, pulsurile laser ultrascurte nu sunt ecranate de plasmă și interacționează direct cu
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
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 [44]. Ilustrarea interacțiunii pulsurilor laser lungi și ultrascurte cu solidele. Radiația laser se poate propaga
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
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 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
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
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 de penetrare optică (~10 nm). Efectele de difuzie termică în matricea materialului în stare solidă sunt aproape irelevante. În plus, teoria clasică asupra conductivității termice, bazată pe presupunerea
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
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 Bremsstrahlung, peste un spectru larg de radiații X puternice
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
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 Bremsstrahlung, peste un spectru larg de radiații X puternice (în intervalul keV - MeV). Ablația metalelor cu laseri femtosecundă este caracterizată de supraîncălzirea rapidă
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
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 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
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
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 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
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
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 periodică a piesei de lucru, pentru obținerea procesării unui singur traseu [46, 47]. Astfel de structuri sunt formate în
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]