Diagnostics of UV Nanosecond Laser Generated Plasma Plume Dynamics in Ambient Air Using Time-Resolved Imaging

• Autorzy: Tański M. , Barbucha R. , Kocik M. , Garasz K. , Mizeraczyk J.

Warianty tytułu

PL

Badanie dynamiki plazmy ablacyjnej generowanej za pomocą nanosekundowych nadfioletowych impulsów laserowych techniką obrazowania w wysokiej rozdzielczości czasowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The dynamics of UV nanosecond laser generated ablation plasma plume expanding in ambient air was investigated. The time-resolved images of the forming and expanding ablation plume were captured. Using the captured images the initial velocity of the plasma was found to vary from 6x10[to the]3 m/s to 7x10[to the]3 m/s depending on the laser pulse fluence. The plasma expansion parameters obtained by us were compared with those predicted by shockwave model and drag model. It was found that drag model better describes plasma expansion in our experiment.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań rozszerzania się w powietrzu plazmy ablacyjnej generowanej ultrafioletowym nanosekundowym impulsem laserowym. Badania polegały na wykonaniu zdjęć plazmy ablacyjnej w technice wysokiej rozdzielczości czasowej. Z analizy otrzymanych zdjęć wynika, że początkowa prędkość rozszerzającej się plazmy ablacyjnej wynosi od 6x10[do potęgi]3 m/s do 7x10[do potęgi]3 m/s w zależności od natężenia promieniowania laserowego. Porównano parametry rozszerzania się plazmy ablacyjnej z dwoma modelami teoretycznymi: modelem fali uderzeniowej (shockwave model) i modelem hamowania (drag model). Okazało się, że model hamowania lepiej opisuje zjawisko rozszerzania się plazmy ablacyjnej w naszych warunkach eksperymentalnych.

Słowa kluczowe

EN

plasma; dynamics; timer resolved imaging; laser ablation

PL

plazma; dynamika plazmy ablacyjnej; obrazowanie w technice wysokiej rozdzielczości czasowej; ablacja laserowa

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 88, nr 8
• Strony: 25--28
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Tański M.

autor

Barbucha R.

autor

Kocik M.

autor

Garasz K.

autor

Mizeraczyk J.

• Instytut Maszyn Przepływowych PAN, ul. Fiszera 14, 80-231 Gdańsk,

Bibliografia

• [1] Zhang Z., Gogos G., Effects of laser intensity and ambient conditions on the laser-induced plume, Appl. Surf. Sci., 252 (2005), 1057–1064
• [2] Amoruso S., Toftmann B., Schou J., Velottaa R., Wanga X., Diagnostics of laser ablated plasma plumes, Thin Solid Films, 453 –454 (2004), 562–572
• [3] Cristian Porneala C., Willis D.A., Time-resolved dynamics of nanosecond laser-induced phase explosion, J. Phys. D, 42 (2009), 155503–155510
• [4] Jedynski M., Hoffman J., Mroz W., Szymanski Z., Plasma plume induced during ArF laser ablation of hydroxyapatite, Appl. Surf. Sci., 255 (2008), 2230-2236
• [5] Toftmann B., Schou J., Dynamics of the plume produced by nanosecond ultraviolet laser ablation of metals, Phys. Rev. B, 67 (2003), 1041011–1041015
• [6] Bhatti K.A., Khaleeq-ur-Rahman M., Jamil H., Latif A., Rafique M.S., Characterization of plasma propulsion by Nd:YAG laser, Vacuum, 84 (2010), 1080-1084
• [7] Harilal S.S., Bindhu C.V., Tillack M.S., Najmabadi F., Gaeris A., Plume splitting and sharpening in laser-produced Aluminum Plasma, J. Phys. D, 35 (2002), 2935-2938
• [8] Elhassan A., Abd Elmoniem H.M., Kassem A.K., Hairth M.A., Effect of applying static electric field on the physical parameters and dynamics of laser-induced plasma, J. Adv. Res., 1 (2010), 129–136
• [9] Joshi H.C., Kumar A., Singh R.K., Prahlad V., Effect of a transverse magnetic field on the plume emission in laser-produced plasma: An atomic analysis, Spect. Act. B, 65 (2010) 415–419
• [10] Zhou Y., Benxin W., Tao S., Forsman A., Gao Y., Physical mechanism of silicon ablation with long nanosecond laser pulses AT 1064nm through time-resolved observation, Appl. Surf. Sci., 257 (2011), 2886-2890
• [11] Kononenko T.V., Garnov S.V., Klimentiv S.M., Konov V. I., Loubin E.N., Dausinger F . , Raiber A., Taut C. , Laser ablation of metals and ceramics in picosecond–nanosecond pulse width in the presence of different ambient atmospheres, Appl. Surf. Sci, 109/110 (1997), 48-51
• [12] Karnakis D.M., High power single-shot laser ablation of silicon with nanosecond 355 nm, Appl. Surf. Sci, 252 (2006), 7823-7825
• [13] Mao X. , Wen S., Russo R.E., Time resolved laserinduced plasma dynamics, Appl. Surf. Sci., 253 (2007), 6316- 6321
• [14] Whitty W., Mosnier J .P., Diagnostic of an expanding laser-produced lithium plasma using ICCD frame photography and shadowgraphy, , Appl. Surf. Sci., 127-129 (1998), 1035- 1040
• [15] Taylor G. I., The formation of a blast wave by a very intense explosion, Proc. Roy. Soc. A, 201 (1950), 159-174
• [16] Misra A., Thareja R.K., Investigation of laser ablated plumes using fast photography, IEEE Trans. Plasma Sci., 27 (1999), 1553-1558
• [17] Callies G., Berger P., Hugel H., Time-resolved observation of gas-dynamic discontinuities arising during excimer-laser ablation and their interpretation, J. Phys. D, 28 (1995), 794–806
• [18] Arnold N., Gruber J., Heitz J., Spherical expansion of the vapor plume into ambient gas: an analytical model, Appl. Phys. A, 69 (1999), 87– 93.
• [19] Zeng X., Mao X., Grief R., Russo R.E., Ultraviolet femtosecond and nanosecond laser ablation of silicon: ablation efficiency and laser-induced plasma expansion, Proc. SPIE, 5448 (2004), 1150-1158