Name: Untersuchung der frühen Evolution von Plasma ultrakurzer Laserpulse (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-07-02T08:02:00.000+00:00
Duration: 11 min 20 s
Description: Erfahren Sie die Untersuchung der frühen Plasmadynamik ultrakurzer Laserpulse mit Pump-Probe-Technik und Schattenbildgebung. Diese Methode liefert hochaufgelöste Einblicke in Laser-Material-Wechselwirkungen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Die Autoren möchten sich bedanken uns für die finanzielle Unterstützung für diese Studie von der National Science Foundation (Grant No: CMMI-0653578, CBET-0853890) zur Verfügung gestellt.

1. Optisches System-Setup (Abb. 1) <ol><li> Einrichten einer Halbwellenplatte und einen Polarisator nach der Laserleistung, die Laserimpulsenergie einzustellen. </li><li> Richten Sie einen Strahlteiler nach dem Polarisator um den Laserpuls zu zwei Impulsen aufgeteilt: Pump-Puls-und Puls-Sonde. </li><li> Mit den vier reflektierenden Spiegeln und eine manuelle translatorische Stufe, um eine optische Verzögerungseinrichtung für den Pumpimpuls konstruieren. </li><li> Verwenden weitere vier reflektierenden Spiegel, um den Pumpimpuls führen, um die Zieloberfläche vertikal zu erreichen. </li><li> Einrichten einer zweiten harmonischen Generator (SHG), um den Laserpuls Wellenlänge von 800 nm bis 400 nm umzuwandeln. </li><li> Verwenden Sie eine harmonische Trennzeichen, um die 800-nm-Puls übertragen und spiegeln die 400-nm-Puls. </li><li> Richten Sie eine Strahlreduzierer und ein Paar fokal Linsen, um die Größe und die Konvergenz der Sonde Puls einstellen. </li><li> Einrichten eines weiteren optischen Verzögerungseinrichtung, wie in Schritt 1.3 erwähnt, für den Abtastimpuls. </li><li> Verwenden Sie ein Iris-Ring, um den Bereich der AnpassungSonde Puls und sicherstellen, dass die Sonde Puls über das Ziel Fläche horizontal und schneiden mit der Pump-Puls. </li><li> Einrichten zwei Objektivlinsen und mehrere Filter, um das Bild des Plasmas Region durch das verstärkte charge-coupled device (ICCD)-Kamera aufgenommen werden zu erzeugen. </li><li> Schließen Sie den Computer, den Laser, die ICCD Kamera und ihr Controller mit BNC-Kabel oder USB-Kabel. </li><li> Stellen Sie die Verzögerungszeit des Kamera-Controller, bis die Kamera ein Bild der Sonde Puls erfasst. Somit werden die Sondenimpuls und der Kamera synchronisiert. </li></ol> 2. Pump-Probe-Synchronisation <ol><li> Legen Sie einen Strahlteiler an der Kreuzung von der Pump-Puls und der Sonde Puls, und die Gründung von zwei Photodioden, diese beiden Impulse erhalten. Diese beiden Photodioden sollte den gleichen Abstand vom Strahlteiler aufweisen. </li><li> Sie mit einem Oszilloskop die Signale der beiden Photodioden erhalten, und bewegen Sie die Verzögerung der Bühne auf dem Pump-Puls Strahlengang bis zum ProfiDateien von der Pump-Puls und der Sonde Puls einander überlappen auf dem Oszilloskop-Bildschirm. Eine Genauigkeit von 20 ps ist aufgrund der zeitlichen Auflösung des Oszilloskops erreicht. </li><li> Entfernen Sie den Strahlteiler und die beiden Photodioden, wie in Schritt 2.1. </li><li> Stellen Sie die Verzögerung der Bühne auf dem Pump-Puls Strahlengang, bis die Luft-Durchschlag-Region konnte nur auf dem Bildschirm ICCD beobachtet werden. Der Zeitpunkt der Bildung von Luft-Durchschlag könnte stattdessen eines einheitlichen Hintergrund erfasst werden soll, als Verzögerungszeit Null bestimmt. </li></ol> 3. Proben-und einstufigen Herstellung <ol><li> Richten Sie eine Laborhebevorrichtung und zwei manuelle Lineartische, um die Probe mit drei Freiheitsgraden bewegen. </li><li> Verwenden Sie eine Messuhr und hohe Präzision Shims, um eine hohe Ebenheit der Stufen zu erreichen. Der Höhenunterschied sollte in 1 um pro einem Abstand von 25,4 mm betragen. </li><li> Schneiden ein quadratisches Stück (30 mm × 30 mm) aus einer Cu-Folie mit einer Dicke von 0,8 mm mittels einer FräseMaschine. </li><li> Politur ist eine Schmalseite (30 mm × 0,8 mm) der Cu-Stück, bis die Oberflächenrauheit unter 0,5 mu m. </li><li> Befestigen Sie die Cu Stück auf der obersten Stufe manuelle mit der polierten schmales Gesicht auf. </li><li> Bewegen Sie das Ziel von einem manuellen Bühne wie in Schritt 3.1) erwähnt, während überwachen seine Position über das ICCD-Kamera, so dass jegliche Neigung durch Einfügen von hoher Präzision Unterlegscheiben unter dem Ziel angepasst werden kann. </li><li> Wiederholen Sie Schritt 3.6 mit dem anderen manuellen Bühne. </li><li> Bohren Sie ein Dutzend Löcher auf dem Ziel, während die Position der Brennweite variieren von einer dritten Stufe manuelle hohe Genauigkeit. Der Brennpunkt Ort entspricht der Position der fokalen Linse in denen die kleinste Loch gebohrt wird. </li></ol> 4. Ablation and Measurement <ol><li> Bewegen Sie die Brennweite bis zu einer Entfernung von etwa 50 um weg vom Brennpunkt. </li><li> Bewegen Sie den Verzögerungsstufe an der Sonde Puls Strahlengang mit einem Abstand von 0,3 mm, um das Bild alle 2 ps bis 10 ps zu erfassen, odermit einem Abstand von 3 mm, um das Bild alle 20 ps bis 480 ps zu erfassen. </li><li> Wiederholen Sie Schritt für 4,2 mehrmals für Wiederholbarkeit und Genauigkeit. </li><li> Bewegen Sie die Brennweite bis auf eine Entfernung von etwa 50 um weg vom Brennpunkt, und wiederholen Sie Schritt 4.3. </li></ol> 5. Repräsentative Ergebnisse Die gemessenen shadowgraph Bilder sind in Abb. 2 und Abb. 3, den Brennpunkt leicht oberhalb und unterhalb der Zielfläche bzw.. Die longitudinale und radiale Ausdehnung Positionen sind in Abb.. 4 und Abb. 5. Die Längenausdehnungen dieser beiden Fälle in der ersten 100 ps sind signifikant verschieden, jedoch sind ihre Längenausdehnungen im folgenden 400 ps und ihre radiale Erweiterungen ähnlich. Im ersten Fall weist der frühen Plasma innerhalb von 100 ps eine eindimensionale Expansion, die aus mehreren Schichten. Für den zweiten Fall, der frühe plAsma hat eine zweidimensionale Struktur, die Erweiterung nicht verändert wird sehr viel innerhalb von 100 ps. Das Simulationsmodell 12 wird verwendet, um den Mechanismus der frühen Plasma-Entwicklung untersucht. Zeit Null wird als die Zeit, wenn der Laser Impulsspitze der Zielfläche erreicht definiert. Die simulierten frühen Evolution Plasma-Prozesse stimmen gut mit den Messergebnissen für beide von diesen beiden Fällen, wie in Abb. 6 und Bild. 7 entspricht. Die Bildung des ersten Plasmas innerhalb 1 ps ist auch für den ersten Fall anhand des Simulationsmodells vorhergesagten und gezeigt in. 8. Die frühe Plasma gefunden, dass ein Luft-Durchschlag-Bereich und einen Cu Plasmaregion haben. Die Luft wird zunächst durch Abbau Multi-Photonen-Ionisation verursacht und dann gefolgt von der Lawine Ionisation. Für den zweiten Fall ist jedoch der Schwerpunkt unterhalb der Zielfläche und keine separate Luft-Durchschlag-Bereich gebildet wird. Stattdessen tritt Luft-Ionisierung in der Nähe des Cu-PLASMA vor und wird durch Stoßionisation aufgrund der freien Elektronen von der Cu-Target herausgeschleudert wurde. <img alt="1" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig1.jpg" /> Abbildung 1. Schematische Darstellung des Pump-Probe-Messung shadowgraph. <img alt="2" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig2.jpg" /> Abbildung 2. Cu Plasma Expansion in aufeinanderfolgenden Verzögerungszeiten mit dem Brennpunkt leicht über die Oberfläche. Laser Wellenlänge: 800 nm, Pulsdauer: 100 fs, Leistungsdichte: 4,2 × 10 14 W / cm 2; Ziel: Cu. <img alt="Abbildung 3" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig3.jpg" /> Abbildung 3. Cu Plasma Expansion in aufeinanderfolgenden Verzögerungszeiten mit dem Brennpunkt knapp unter der Oberfläche. Laser Wellenlänge: 800 nm, Pulsdauer: 100 fs, Leistungsdichte: 4,2 × 10 14 W / cm 2; Ziel: Cu. &lt;img alt = &quot;Bild 4&quot; src = &quot;/ files/ftp_upload/4033/4033fig4.jpg&quot; /&gt; 4. Plasma Längs und radiale Ausdehnung Positionen in aufeinanderfolgenden Verzögerungszeiten mit dem Brennpunkt leicht über die Oberfläche. Laser Wellenlänge: 800 nm, Pulsdauer: 100 fs, Leistungsdichte: 4,2 × 10 14 W / cm 2; Ziel: Cu. <img alt="Abbildung 5" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig5.jpg" /> Abbildung 5. Plasma Längs-und radiale Ausdehnung Positionen in aufeinanderfolgenden Verzögerungszeiten mit dem Brennpunkt knapp unter der Oberfläche. Laser Wellenlänge: 800 nm, Pulsdauer: 100 fs, Leistungsdichte: 4,2 × 10 14 W / cm 2; Ziel: Cu. Abbildung 6. Animation der gemessenen und berechneten Plasma Expansion innerhalb einer Verzögerungszeit von 70 ps mit dem Brennpunkt leicht über die Oberfläche. Laser Wellenlänge: 800 nm, Pulsdauer: 100 fs, Leistungsdichte: 4,2 × 10 14 </sup&gt; W / cm 2; Ziel: Cu. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4033/4033movie6.avi" target="_blank">Klicken Sie hier, um die Animation zu sehen</a> . Abbildung 7. Animation der gemessenen und berechneten Plasma Expansion innerhalb einer Verzögerungszeit von 70 ps mit dem Brennpunkt knapp unter der Oberfläche. Laser Wellenlänge: 800 nm, Pulsdauer: 100 fs, Leistungsdichte: 4,2 × 10 14 W / cm 2; Ziel: Cu. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4033/4033movie7.avi" target="_blank">Klicken Sie hier, um die Animation zu sehen</a> . Abbildung 8. Animation der gemessenen und berechneten Plasma Expansion innerhalb einer Verzögerungszeit von 1 ps mit dem Brennpunkt leicht über die Oberfläche. Laser Wellenlänge: 800 nm, Pulsdauer: 100 fs, Leistungsdichte: 4,2 × 10 14 W / cm 2; Ziel:. Cu <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4033/4033movie8.avi" target="_blank">Klicken Sie hier, um die Animation zu sehen &lt;</a>/ A&gt;.

<ol><li>Garnov, S. V., Malyutin, A. A., Tsarkova, O. G., Konov, V. I., Dausinger, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafast+laser-induced+plasma+diagnostics+with+time-spatial+resolved+shadow+and+interferometric+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+SPIE%22%5BJournal%5D)">Ultrafast laser-induced plasma diagnostics with time-spatial resolved shadow and interferometric techniques.</a> Proc. SPIE. 4637, 31-42 (2002).</li>
<li>Zhang, N., Zhu, X., Yang, J., Wang, X., Wang, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Time-resolved+shadowgraphs+of+material+ejection+in+intense+femtosecond+laser+ablation+of+aluminum%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Time-resolved shadowgraphs of material ejection in intense femtosecond laser ablation of aluminum.</a> Phys. Rev. Lett. 99, 167602(2007).</li>
<li>Li, J., Wang, X., Chen, Z., Clinite, R., Mao, S. S., Zhu, P., Sheng, Z., Zhang, J., Cao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafast+electron+beam+imaging+of+femtosecond+laser-induced+plasma+dynamics%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Ultrafast electron beam imaging of femtosecond laser-induced plasma dynamics.</a> J. Appl. Phys. 107, 083305(2010).</li>
<li>Veysman, M. E., Agranat, M. B., Andreev, N. E., Ashitkov, S. I., Fortov, V. E., Khishchenko, K. V., Kostenko, O. F., Levashov, P. R., Ovchinnikov, A. V., Sitnikov, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Femtosecond+optical+diagnostics+and+hydrodynamic+simulation+of+Ag+plasma+created+by+laser+irradiation+of+a+solid+target%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+B%22%5BJournal%5D)">Femtosecond optical diagnostics and hydrodynamic simulation of Ag plasma created by laser irradiation of a solid target.</a> J. Phys. B. 41, 125704(2008).</li>
<li>Geindre, J. P., Audebert, P., Rousse, A., Falliés, F., Gauthier, J. C., Mysyrowicz, A., Santos, A. D., Hamoniaux, G., Antonetti, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frequency-domain+interferometer+for+measuring+the+phase+and+amplitude+of+a+femtosecond+pulse+probing+a+laser-produced+plasma%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Frequency-domain interferometer for measuring the phase and amplitude of a femtosecond pulse probing a laser-produced plasma.</a> Opt. Lett. 19, 1997-1999 (1994).</li>
<li>Inogamov, N. A., Anisimov, S. I., Petrov, Y. uV., Khokhlov, V. A., Zhakhovskii, V. V., Nishihara, K., Agranat, M. B., Ashitkov, S. I., Komarov, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theoretical+and+experimental+study+of+hydrodynamics+of+metal+target+irradiated+by+ultrashort+laser+pulse%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+SPIE%22%5BJournal%5D)">Theoretical and experimental study of hydrodynamics of metal target irradiated by ultrashort laser pulse.</a> Proc. SPIE. 7005, 70052F.1-70052F.10 (2008).</li>
<li>Flacco, A., Guemnie-Tafo, A., Nuter, R., Veltcheva, M., Batani, D., Lefebvre, E., Malka, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+a+controlled+plasma+expansion+in+vacuum+for+laser+driven+ion+acceleration%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Characterization of a controlled plasma expansion in vacuum for laser driven ion acceleration.</a> J. Appl. Phys. 104, 103304.1-103304.5 (2008).</li>
<li>Mao, S. S., Mao, X., Greif, R., Russo, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simulation+of+a+picosecond+laser+ablation+plasma%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Simulation of a picosecond laser ablation plasma.</a> Appl. Phys. Lett. 76, 3370-3372 (2000).</li>
<li>Chen, Z., Mao, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Femtosecond+laser-induced+electronic+plasma+at+metal+surface%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Femtosecond laser-induced electronic plasma at metal surface.</a> Appl. Phys. Lett. 93, 051506.1-051506.3 (2008).</li>
<li>Kononenko, T. V., Konov, V. I., Garnov, S. V., Danielius, R., Piskarskas, A., Tamoshauskas, G., Dausinger, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparative+study+of+the+ablation+of+materials+by+femtosecond+and+pico-+or+nanosecond+laser+pulses%5BTitle%5D)+AND+%22Quantum+Electron%22%5BJournal%5D)">Comparative study of the ablation of materials by femtosecond and pico- or nanosecond laser pulses.</a> Quantum Electron. 29, 724-728 (1999).</li>
<li>Dausinger, F., Hügel, H., Konov, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro-machining+with+ultrashort+laser+pulses%3A+From+basic+understanding+to+technical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+SPIE%22%5BJournal%5D)">Micro-machining with ultrashort laser pulses: From basic understanding to technical applications.</a> Proc. SPIE. 5147, 106-115 (2003).</li>
<li>Hu, W., Shin, Y. C., King, G. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Early-stage+plasma+dynamics+with+air+ionization+during+ultrashort+laser+ablation+of+metal%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+of+Plasmas%22%5BJournal%5D)">Early-stage plasma dynamics with air ionization during ultrashort laser ablation of metal.</a> Phys. of Plasmas. 18, 093302.1-093302.12 (2011).</li>
</ol>

Keine Interessenskonflikte erklärt.

Die Mess-und Simulationsmethoden in diesem Papier vorgestellten ermöglichen genauere Untersuchungen der frühen Plasma-Dynamik und einem besseren Verständnis der Mechanismen für die Ionisation für Luft-und Cu. Hochwertige Plasma-Strukturen werden mit einer zeitlichen Auflösung von 1 ps und einer räumlichen Auflösung von 1 mu m gefangen genommen. Diese Messung hat eine hohe Wiederholgenauigkeit zu. Die kritische Prozedur ist es, den Strahl sehr gut ausrichten und bereiten eine Zielfläche mit einem hohen Ebenheit sowie eine geringe Rauhigkeit. Dieser Ansatz kann auf andere Target-Materialien und verschiedene Laser-Parameter angewendet werden. Die einzige Einschränkung der Pump-Probe-Schattenbild-Methode ist eine zu geringe Anzahl Elektronen-Dichte Variation.

<table border="1"><tbody><tr><td> Bezeichnung des Geräts </td><td> Firma </td><td> Katalog-Nummer </td></tr><tr><td> Laser </td><td> Spectra-Physics </td><td> SPTF-100F-1K-1P </td></tr><tr><td> ICCD-Kamera </td><td> Princeton Instruments </td><td> 7467-0028 </td></tr><tr><td> Oszilloskop </td><td> Rigol </td><td> DS1302CA </td></tr><tr><td> Fotodiode </td><td> Newport </td><td> 818-BB30 </td></tr><tr><td> Lineartisch </td><td> Newport </td><td> 433 </td></tr><tr><td> Messuhr </td><td> Mitutoyo </td><td> ID-C112E </td></tr></tbody></table>

untersuchung der frühen evolution von plasma ultrakurzer laserpulse

Investigation of Early Plasma Evolution Induced by Ultrashort Laser Pulses

Frühe Plasma aufgrund hoher Intensität Laserbestrahlung des Ziels und der anschließenden Zielmaterial Ionisation erzeugt. Seine Dynamik spielt eine bedeutende Rolle in der Laser-Material-Interaktion, vor allem in der Luft Umwelt 11.01. Frühe Plasma-Entwicklung wurde durch Pump-Probe-Schattenphotographie 1-3 und Interferometrie 1,4-7 gefangen genommen worden. Allerdings sind die untersuchten Zeitrahmen und angewandte Laser Parameterbereiche begrenzt. Zum Beispiel sind direkten Untersuchungen Plasmafront Zielen und Elektronenzahl Dichten innerhalb einer Verzögerungszeit von 100 Pikosekunden (ps) in Bezug auf den Laserpuls Gipfel noch sehr wenige, insbesondere für die Erzeugung ultrakurzer Pulse mit einer Dauer etwa 100 Femtosekunden (fs) und eine niedrige Leistungsdichte etwa 10 14 W / cm 2. Frühe Plasma unter diesen Bedingungen erzeugt wurde erst kürzlich mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung 12 gefangen genommen. Der detaillierte Aufbau-Strategie undVerfahren dieser hochgenauen Messung wird in diesem Dokument dargestellt werden. Die Grundlagen der Messung optischen Pump-Probe Schattenphotographie: ein ultrakurzer Laserpuls mit einer Pumpe und einem Impuls Sondenimpuls aufgeteilt, wobei die Verzögerungszeit zwischen ihnen durch Veränderung ihrer Strahlengang Längen eingestellt werden kann. Der Pumppuls abträgt das Ziel und erzeugt den ersten Plasma, und die Sonde Puls breitet sich durch den Plasmabereich und erfasst die Ungleichmäßigkeit der Elektronenzahl Dichte. Darüber hinaus sind Animationen unter Verwendung der berechneten Ergebnisse aus dem Simulationsmodell der Referenz. 12, um die Plasma-Bildung und Entwicklung mit einer sehr hohen Auflösung (0,04 bis 1 ps) zeigen. Sowohl die experimentellen Verfahren und die Simulation Verfahren kann auf eine Vielzahl von Zeitrahmen und Laser Parameter angewendet werden. Diese Verfahren können verwendet werden, um die frühen Plasma nicht nur aus Metallen, sondern auch von Halbleitern und Isolatoren generiert wurden werden.

Eine experimentelle Methode, um das Plasma frühen Evolution durch ultrakurze Laserpulse induzierte untersuchen beschrieben wird. Mit diesem Verfahren werden qualitativ hochwertige Bilder von frühen Plasma mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung erhalten. Eine neuartige integrierte atomares Modell wird verwendet, um zu simulieren und zu erklären, die Mechanismen der frühen Plasma.

Untersuchung der frühen Evolution von Plasma ultrakurzer Laserpulse

Frühes Plasma wird durch hochintensive Laserbestrahlung eines Targets und die daraus resultierende Ionisation des Targetmaterials erzeugt. Seine Dynamik spielt eine ...

Das Ziel dieses Experiments besteht darin, die frühe Plasmawechselwirkung, die durch ultrakurze Laserpulse mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung hervorgerufen wird, zu untersuchen. Dies wird erreicht, indem ein optisches System eingerichtet wird, bei dem ein ultrakurzer Laserpuls in einen Pump- und einen Messpuls aufgeteilt wird. Als zweiter Schritt.Der Pumpimpuls und der Messimpuls sind synchronisiert und liefern so die Nullverzögerungszeit für die optische Verzögerungseinrichtung. Anschließend werden Probe und Probehalter so vorbereitet, dass die Oberfläche der Probe eine hohe Ebenheit aufweist und parallel zum Messimpuls ausgerichtet ist. Danach erfolgt die Ablation mit den Fokuspunkten leicht oberhalb und leicht unterhalb des Zielbereichs.Der Pumpimpuls ablatiert das Target und erzeugt das anfängliche Plasma, während der Prop-Impuls durch den Plasma-Bereich propagiert und die Inhomogenität der Elektronendichtezahl detektiert. Letztendlich zeigen die Ergebnisse die Plasmaausdehnung zu aufeinanderfolgenden Verzögerungszeiten basierend auf den gemessenen Schattenbildern. Es werden außerdem Animationen anhand der berechneten Ergebnisse erstellt, um die Plasmaentstehung und -entwicklung mit sehr hoher Auflösung zu veranschaulichen.Mit dieser Methode lassen sich zentrale Fragen im Outshot-Lead-Bereich beantworten, beispielsweise der Einfluss der Position des Fokuspunkts und der frühen Plasmawicklung auf die Laserablation. Die Bedeutung dieser Technik erstreckt sich auf die Entwicklung und effiziente Nutzung von Ultra-Short-Ledgern, da sie Aufschluss darüber gibt, wie viel Energie während der Ultralaserdauer vom frühen Plasma absorbiert wird und für die Verstärkung des Plasmafelds bei verschiedenen Diagnoseverfahren und der Materialbearbeitung genutzt werden kann. Das optische System, das für die Pump-Probe-Shadow-Graft-Messung eingerichtet ist, verfügt nach dem Laser-Ausgang über eine Halbwellenplatte und einen Polarisator, um die Energie des Laserpulses einzustellen.Ein Strahlteiler hinter dem Polarisator teilt den Laserpuls in zwei Pulse auf, einen Pump-Puls und einen Proben-Puls. Vier reflektierende Spiegel und eine manuelle Translationsstufe dienen zum Aufbau einer optischen Verzögerungseinrichtung für den Pump-Puls. Weitere vier reflektierende Spiegel leiten den Pump-Puls so, dass er senkrecht auf die Zieloberfläche trifft.Ein Frequenzverdoppler wandelt die Wellenlänge des Laserpulses von 800 Nanometern in 400 Nanometer um. Anschließend leitet ein Harmonischenseparator den 800-Nanometer-Puls durch und reflektiert den 400-Nanometer-Puls. Danach folgt ein Strahlschrumpfer.Ein weiteres optisches Verzögerungsgerät für den Messstrahl. Der Puls wird mithilfe von vier reflektierenden Spiegeln und einem Paar fokussierender Linsen aufgebaut, die Größe und Konvergenz des Messstrahls angepasst. Ein Blendenring reguliert die Fläche des Messstrahls und stellt sicher, dass der Messstrahl horizontal an der Zieloberfläche vorbeiläuft und sich mit dem Pumpstrahl neben Objektivlinsen und mehreren Filtern kreuzt, um das Bild des Plasma-Bereichs zu erzeugen, das von der verstärkten CCD-Kamera (intensified charged coupled device camera) aufgenommen wird.Schließlich werden der Computer, der Laser, die ICCD-Kamera und deren Steuerung mittels BNC- oder USB-Kabeln verbunden. Anschließend wird die Verzögerungszeit der Kamera-Steuerung so eingestellt, bis die Kamera ein Bild des Probes erfasst. Die effektive Synchronisierung des Probe-Pulses und des Kamera-Pump-Probe-Signals erfolgt durch einen Strahlteiler an der Kreuzung von Pump-Puls und Probe-Puls, wobei zwei Photodioden die beiden Pulse empfangen. Diese beiden Photodioden sollten den gleichen Abstand zum Strahlteiler aufweisen.Danach wird der Strahlteiler mithilfe des Oszilloskops entfernt, um die Signale dieser beiden Photodioden zu empfangen. Bewegen Sie die Verzögerungsstufe auf dem Strahlengang des Pumpimpulses, bis die Profile des Pumpimpulses und des Messimpulses auf dem Oszilloskopbildschirm übereinanderliegen. Eine Genauigkeit von 20 Pikosekunden wird entsprechend der zeitlichen Auflösung des Oszilloskops nach der Synchronisierung erreicht.Entfernen Sie die beiden Photodioden. Justieren Sie die Verzögerungsstufe im Pumpstrahlengang, bis der Luftdurchbruchbereich gerade noch auf dem ICCD-Bildschirm zu erkennen ist. Der Zeitpunkt, zu dem die Entstehung des Luftdurchbruchs im Gegensatz zu einem gleichmäßigen Hintergrund detektiert werden kann, wird als Null-Verzögerungszeit definiert.Ein entscheidender Aspekt dieser Technik besteht darin, sicherzustellen, dass das Target keinen Teil des Plasma-Bildes verdeckt. Dies kann erreicht werden, indem die Probe und die Probehalterung so vorbereitet werden, dass die Oberfläche der Probe eine hohe Flachheit aufweist und parallel zur Bahn des Probenahmegeräts ausgerichtet ist. Beginnen Sie die Vorbereitung der Probehalterung mit dem Aufbau eines Lab-Hebegeräts und zweier manueller Linearstufen.Bewegen Sie der Reihe nach die Probe mit drei Freiheitsgraden, einem Messuhrzeiger des Benutzers und hochpräzisen Einstellblechen. Um eine hohe Ebenheit der Stufen zu erreichen, sollte der Höhenunterschied ein Mikrometer pro 25,4 Millimeter Abstand betragen. Verwenden Sie anschließend eine Fräsmaschine, um eine Probe vorzubereiten, indem Sie ein quadratisches Stück aus einem Kupferblech mit einer Dicke von 0,8 Millimetern ausschneiden. Polieren Sie mithilfe einer Poliermaschine eine schmale Seite des Kupferstücks, bis die Oberflächenrauheit unter 0,5 Mikrometer liegt.Befestigen Sie das Kupferstück auf der oberen manuellen Probe mit der polierten schmalen Seite nach oben. Bewegen Sie das Ziel um eine manuelle Probe, während Sie dessen Position über die ICCD-Kamera überwachen, sodass jede Neigung durch Einfügen hochpräziser SHIs unterhalb des Ziels ausgeglichen werden kann. Wiederholen Sie diesen Vorgang mit der anderen manuellen Probe. Bohren Sie abschließend ein Dutzend Löcher in das Ziel, wobei Sie die Position der Fokussierlinse um ein Drittel eines hochpräzisen manuellen Stellglieds variieren. Die Lage des Fokuspunkts entspricht der Position der Fokussierlinse, bei der das kleinste Loch gebohrt wird. Die eigentliche Messung sollte im Dunkeln durchgeführt werden.Jedoch wurde für die Filmaufnahme etwas Licht verwendet, um die Ablation durchzuführen. Zuerst bewegen Sie die Fokussierlinse etwa 50 Mikrometer vom Fokuspunkt entfernt nach oben. Danach bewegen Sie die Verzögerungsstufe auf dem Strahlengang des Propagationspulses in Intervallen von 0,3 Millimetern, um das Bild aufzunehmen.Jeweils alle zwei Pikosekunden, bis 10 Pikosekunden erreicht sind, oder im Abstand von drei Millimetern, um alle 20 Pikosekunden ein Bild aufzunehmen, bis 480 Pikosekunden erreicht sind. Wiederholen Sie diesen Vorgang mehrmals, um Wiederholbarkeit und Genauigkeit zu gewährleisten. Als letzten Schritt bewegen Sie die Fokussierungslinse etwa 50 Mikrometer vom Fokuspunkt entfernt nach unten und nehmen die Bilder auf.Auch hier werden erneut die gemessenen Schattenbildaufnahmen gezeigt, die aus der Expansion des Kupferplasmas zu aufeinanderfolgenden Zeitverzögerungen resultieren. Diese Aufnahmen entsprechen dem Fokuspunkt, der leicht oberhalb und leicht unterhalb der Targetoberfläche liegt. Hier sind die longitudinalen und radialen Expansionspositionen dargestellt, und zwar für den Fall, dass sich der Fokuspunkt leicht oberhalb und leicht unterhalb der Targetoberfläche befindet.Die longitudinalen Expansionen in diesen beiden F&auml;llen unterscheiden sich signifikant w&auml;hrend der ersten 100 Pikosekunden: Im ersten Fall weist das fr&uuml;he Plasma innerhalb von 100 Pikosekunden eine eindimensionale Expansionsstruktur auf, die aus mehreren Schichten besteht. Im zweiten Fall besitzt das fr&uuml;he Plasma eine zweidimensionale Expansionsstruktur, die sich innerhalb von 100 Pikosekunden kaum &auml;ndert. Die longitudinalen Expansionen in den folgenden 400 Pikosekunden sowie die radialen Expansionen sind jedoch &auml;hnlich. Hier wird ein Simulationsmodell verwendet, um den Mechanismus der fr&uuml;hen Plasmavolution &uuml;ber die simulierte Elektronendichte zu untersuchen, wenn sich der Fokuspunkt leicht oberhalb der Targetoberfl&auml;che befindet.Der Zeitpunkt null ist definiert als der Zeitpunkt, zu dem der Gipfel des Laserpulses die Targetoberfläche erreicht. Dasselbe Modell wird verwendet, um den Fall zu untersuchen, bei dem der Fokuspunkt leicht unterhalb der Targetoberfläche liegt. Die simulierten frühen Plasmaverevolutionsprozesse stimmen gut mit den gemessenen Ergebnissen überein.In beiden F&auml;llen wird die Bildung des fr&uuml;hen Plasmas innerhalb eines Pikosekunden auch f&uuml;r den ersten Fall mithilfe des Simulationsmodells vorhergesagt, wobei das fr&uuml;he Plasma eine Luftdurchbruchsregion und eine Kupferplasma-Region aufweist. Der Luftdurchbruch wird im zweiten Fall zun&auml;chst durch Mehrophotonenionisation und anschlie&szlig;end durch Lawinenionisation verursacht. Der Fokuspunkt liegt jedoch unterhalb der Targetoberfl&auml;che, und es bildet sich keine getrennte Luftdurchbruchsregion aus.Stattdessen tritt eine Luftionisierung in der Nähe der Kupferplasmafront auf und wird durch Stoßionisation verursacht, die auf die aus dem Kupfertarget nach dessen Entwicklung ausgestoßenen freien Elektronen zurückzuführen ist. Diese Technik ebnete Forschern auf dem Gebiet des Kunststoff-Lasers den Weg, die frühe Plasmawechselwirkung im Ablationsprozess zu untersuchen. Nach dem Anschauen dieses Videos sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man Shadowgraphie zur Messung von Plasmen einsetzt.

investigation-early-plasma-evolution-induced-ultrashort-laser

Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

LIBS-Detection-Funktionen auf die Bodensimulatoren wurden mit einer Reihe von Pulsenergien und Timing-Parameter getestet. Eichkurven wurden verwendet, um Nachweisgrenzen und Empfindlichkeiten für verschiedene Parameter zu bestimmen. Im allgemeinen zeigten die Ergebnisse, dass es keine signifikante Verminderung der Erkennungsfunktionen mit niedrigeren Pulsenergien und nicht-torgeErkennung.

Abhängigkeit der Laser-induzierten Breakdown Spectroscopy Ergebnisse auf Pulsenergien und Timing-Parameter Mit Boden Simulanten

Zeitaufgelöste Atom-und zweiatomigen Molekülspezies mit LIBS gemessen. Die Spektren werden in verschiedenen Zeitverzögerungen nach der Erzeugung optischer Durchbruch Plasma gesammelt Nd: YAG-Laserstrahlung und analysiert werden, um die Elektronendichte und Temperatur abzuleiten.

Messung und Analyse von atomarem Wasserstoff und Zweiatomige Molekulare AlO, C<sub&gt; 2</sub&gt;, CN, und TiO Spektren nach Laser-induzierten Breakdown Optical

Die Entwicklung neuer ablativer Materialien und deren numerische Modellierung erfordert umfangreiche experimentelle Untersuchungen. Dieses Protokoll beschreibt Verfahren zur Charakterisierung der Materialantwort in Plasmaströmungen, wobei die Kerntechniken nicht-intrusive Methoden sind, um die Materialrezession zusammen mit der Chemie in der reaktiven Grenzschicht durch Emissionsspektroskopie zu verfolgen.

Emissionsspektroskopische Grenzschichtuntersuchung während ablative Materialprüfung in Plasmatron

Es wurde ein Versuchsaufbau für den heliumbetriebenen kHz-Frequenz-Plasmajet erstellt. Der Aufbau umfasst einen Käfig für die Plasmastromversorgung und den Strahl sowie einen selbst gebauten Reaktor zur Überwachung plasmainduzierter reaktiver Spezies ohne Einmischung der Umgebungsatmosphäre.

Ein Atmosphärendruck-Plasma-Setup die reaktive Spezies Formation zur Untersuchung

Wir präsentieren ein Protokoll zur Erstellung eines Echtzeit-Films eines molekularen Rotationswellenpakets unter Verwendung eines hochauflösenden Coulomb-Explosionsbildgebungsaufbaus.

Direct Imaging von lasergetriebenen Ultrakurz Molecular Rotation

Dieser Artikel beschreibt einen fließenden Mikrowellenreaktor, der verwendet wird, um eine effiziente Nicht-Gleichgewichtschemie für die Anwendung der Umwandlung / Aktivierung von stabilen Molekülen wie CO 2 , N 2 und CH 4 herzustellen. Ziel des hier beschriebenen Verfahrens ist es, die in situ Gastemperatur und Gasumwandlung zu messen.

Nicht-Gleichgewicht Microwave Plasma für effiziente Hochtemperatur-Chemie

Dieses Protokoll beschreibt die wichtigsten Schritte für die Durchführung und Analyse von Pumpe-Sonde Experimente einen optische Femtosekunden-Laser mit einem freie-Elektronen-Laser kombiniert, um ultraschnelle photochemische Reaktionen in der Gasphase Moleküle zu studieren.

Ein experimentelles Protokoll für Femtosekunden NIR/UV - XUV Pumpe-Probe Experimente mit freie-Elektronen-Laser

Wir präsentieren Ihnen ein Protokoll zum Sondieren ultraschnelle Schwingungs Zusammenhänge in polyatomaren radikale kationen, die molekulare Dissoziation führen.

Messung der ultraschnellen Schwingungs Zusammenhänge in polyatomaren radikale kationen mit Strong-Feld adiabatische Ionisation

Für die automatisierte Bestrahlung dünner Goldfolien mit hochintensiven Laserpulsen wird ein Protokoll vorgelegt. Das Protokoll enthält eine Schritt-für-Schritt-Beschreibung des Mikrobearbeitungszielfertigungsprozesses und eine detaillierte Anleitung, wie Ziele mit einer Geschwindigkeit von 0,2 Hz in den Fokus des Lasers gebracht werden.

Automatisierte Lieferung von mikrofabrizierten Targets für intensive Laserbestrahlungsexperimente

Das Hauptziel dieser Arbeit ist es, Forschungsgruppen, die mit Langmuir-Sonden und Emissionssonden nicht vertraut sind, die Verwendung als Plasmadiagnostik zu erleichtern, insbesondere in der Nähe von Plasmagrenzen. Wir tun dies, indem wir demonstrieren, wie die Sonden aus leicht verfügbaren Materialien und Verbrauchsmaterialien gebaut werden.

Bau von Langmuir-Sonden und Emissionssonden für Plasmapotentialmessungen in Niederdruck- und Niedertemperaturplasmen

Die thermoplasmonische Punktionsmethode integriert konfokale Mikroskopie, optische Pinzetten und Goldnanopartikel, um Proteinantworten während der Reparatur von Plasmamembranen in Zellen und riesigen unilamellären Vesikeln zu untersuchen. Die Technik ermöglicht eine schnelle und lokalisierte Membranpunktion und ermöglicht die Identifizierung von Schlüsselproteinen und ihrer funktionellen Rolle in der komplizierten Plasmamembran-Reparaturmaschinerie.

Ein thermoplasmonischer Ansatz zur Untersuchung der Reparatur von Plasmamembranen in lebenden Zellen und Modellmembranen

Erfahren Sie die Untersuchung der frühen Plasmadynamik ultrakurzer Laserpulse mit Pump-Probe-Technik und Schattenbildgebung. Diese Methode liefert hochaufgelöste Einblicke in Laser-Material-Wechselwirkungen.

Untersuchung der frühen Evolution von Plasma ultrakurzer Laserpulse

Weitere Videos entdecken