激光誘導(dǎo)空氣擊穿對(duì)飛秒激光燒蝕鋁的影響
（論文部分內(nèi)容摘抄）
我們調(diào)查了激光誘導(dǎo)空氣擊穿對(duì)鋁靶材飛秒激光燒蝕的影響，使用時(shí)間分辨的泵浦探針陰影成像方法。通過記錄在不同時(shí)間延遲的陰影圖，分析了早期等離子體膨脹動(dòng)力學(xué)和隨后的膨脹波和材料噴射羽流的膨脹行為。在飛秒激光脈沖燒蝕鋁的不同階段，澄清了占主導(dǎo)地位的機(jī)制，為超短激光燒蝕金屬提供了非常寶貴的信息。
由于激光物理在微/納米加工、納米材料制備和激光誘導(dǎo)擊穿光譜等方面的快速發(fā)展，對(duì)飛秒激光脈沖燒蝕各種材料的動(dòng)力學(xué)過程有清楚的理解非常重要。當(dāng)強(qiáng)飛秒激光脈沖的激光通量達(dá)到幾個(gè)J/cm2與材料相互作用時(shí)，可以觀察到各種現(xiàn)象，如超連續(xù)譜產(chǎn)生，熱彈性波擴(kuò)展，材料噴出。物理機(jī)制，例如激光誘導(dǎo)空氣擊穿，相位爆炸和庫侖爆炸，用于解釋這些現(xiàn)象在飛秒激光消融期間取決于激光參數(shù)和目標(biāo)特性。實(shí)際上，在材料強(qiáng)飛秒激光消融的情況下，不僅一個(gè)機(jī)制主導(dǎo)了消融過程。
實(shí)驗(yàn)
在實(shí)驗(yàn)中，采用飛秒雙色泵浦探測(cè)器來記錄飛秒激光蝕刻鋁的時(shí)分影子圖，如其他地方所述。采用商用Ti:藍(lán)寶石再生放大器系統(tǒng)作為激光源，發(fā)射中心波長(zhǎng)為800 nm、脈沖持續(xù)時(shí)間為100 fs、重復(fù)率為1 kHz的脈沖。通過分束器將輸出光束分成兩個(gè)相對(duì)延遲的部分。通過延時(shí)裝置的泵浦束通過顯微物鏡聚焦到鋁樣品上。探測(cè)光東由晶體倍頻，類型為我相位匹配。數(shù)字延遲發(fā)生器用于觸發(fā)12位高分辨率(1280x1024像素)像增強(qiáng)CCD攝像機(jī)(pco.dicam)，允許時(shí)間分辨陰影系統(tǒng)以單鏡頭模式運(yùn)行。我們的目的是觀察激光誘導(dǎo)的空氣擊穿，泵浦光束的焦點(diǎn)調(diào)整鋁靶表面。每次激光脈沖照射后，鋁靶被移動(dòng)到一個(gè)新的點(diǎn)，并記錄一個(gè)陰影圖。
激光誘導(dǎo)空氣擊穿在20~160ps的時(shí)間延遲下產(chǎn)生的沖擊波(S1)的陰影圖。平行于靶面的條紋是由于探測(cè)激光束的邊緣衍射造成的。虛線的橢圓表示焦點(diǎn)位置。
在200 ps至4 ns的時(shí)間延遲下，相爆炸引起的第二個(gè)沖擊波(S2)和材料噴射的陰影圖。
總的來說，我們分別研究了激光誘導(dǎo)空氣擊穿和相變爆炸產(chǎn)生的沖擊波的時(shí)間演化。由于動(dòng)能的消耗，由鋁表面電離電子的膨脹產(chǎn)生的早期沖擊波僅持續(xù)了約 800 毫微秒。在不同時(shí)間延遲下，相變爆炸產(chǎn)生的沖擊速度估計(jì)值顯示了不同波前方向上的不同膨脹動(dòng)力學(xué)。由于激光誘導(dǎo)空氣擊穿的影響，沖擊波在縱向方向上以圓柱波的形式傳播。此外，物質(zhì)噴射羽流以圓柱形擴(kuò)張，而不是以前的研究報(bào)告的半球形。
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