激光誘導空氣擊穿對飛秒激光燒蝕鋁的影響
（論文部分內(nèi)容摘抄）
我們調(diào)查了激光誘導空氣擊穿對鋁靶材飛秒激光燒蝕的影響，使用時間分辨的泵浦探針陰影成像方法。通過記錄在不同時間延遲的陰影圖，分析了早期等離子體膨脹動力學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，澄清了占主導地位的機制，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擊穿光譜等方面的快速發(fā)展，對飛秒激光脈沖燒蝕各種材料的動力學過程有清楚的理解非常重要。當強飛秒激光脈沖的激光通量達到幾個J/cm2與材料相互作用時，可以觀察到各種現(xiàn)象，如超連續(xù)譜產(chǎn)生，熱彈性波擴展，材料噴出。物理機制，例如激光誘導空氣擊穿，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)和目標特性。實際上，在材料強飛秒激光消融的情況下，不僅一個機制主導了消融過程。
實驗
在實驗中，采用飛秒雙色泵浦探測器來記錄飛秒激光蝕刻鋁的時分影子圖，如其他地方所述。采用商用Ti:藍寶石再生放大器系統(tǒng)作為激光源，發(fā)射中心波長為800 nm、脈沖持續(xù)時間為100 fs、重復率為1 kHz的脈沖。通過分束器將輸出光束分成兩個相對延遲的部分。通過延時裝置的泵浦束通過顯微物鏡聚焦到鋁樣品上。探測光東由晶體倍頻，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CCD攝像機(pco.dicam)，允許時間分辨陰影系統(tǒng)以單鏡頭模式運行。我們的目的是觀察激光誘導的空氣擊穿，泵浦光束的焦點調(diào)整鋁靶表面。每次激光脈沖照射后，鋁靶被移動到一個新的點，并記錄一個陰影圖。
激光誘導空氣擊穿在20~160ps的時間延遲下產(chǎn)生的沖擊波(S1)的陰影圖。平行于靶面的條紋是由于探測激光束的邊緣衍射造成的。虛線的橢圓表示焦點位置。
在200 ps至4 ns的時間延遲下，相爆炸引起的第二個沖擊波(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空氣擊穿和相變爆炸產(chǎn)生的沖擊波的時間演化。由于動能的消耗，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。在不同時間延遲下，相變爆炸產(chǎn)生的沖擊速度估計值顯示了不同波前方向上的不同膨脹動力學。由于激光誘導空氣擊穿的影響，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張，而不是以前的研究報告的半球形。
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