Name: Indagine su Evolution Plasma precoce indotta da impulsi laser ultracorti (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-07-02T08:02:00.000+00:00
Duration: 11 min 20 s
Description: Scopri l'evoluzione precoce del plasma indotta da impulsi laser ultracorti utilizzando la tecnica pump-probe con imaging shadowgraph ad alta risoluzione temporale e spaziale. Questo metodo avanzato consente di visualizzare la dinamica del plasma con precisione senza precedenti.

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Gli autori desiderano ringraziare con gratitudine il sostegno finanziario previsto per questo studio dalla National Science Foundation (Grant No: CMMI-0653578, cbet-0853890).

1. Configurazione del sistema ottico (Fig. 1) <ol><li> Impostare una semionda piastra e un polarizzatore dopo l&#39;uscita laser per regolare l&#39;energia dell&#39;impulso laser. </li><li> Impostare un divisore di fascio dopo il polarizzatore per dividere l&#39;impulso laser a due impulsi: impulso di pompa e impulso di sonda. </li><li> Utilizzare quattro specchi riflettenti e un palco di traslazione manuale per costruire un dispositivo ottico di ritardo per l&#39;impulso di pompa. </li><li> Utilizzare altri quattro specchi riflettenti per guidare l&#39;impulso di pompa di raggiungere la superficie bersaglio verticalmente. </li><li> Impostare un generatore di seconda armonica (SHG) per trasformare la lunghezza d&#39;onda laser ad impulsi da 800 nm a 400 nm. </li><li> Usare un separatore armonica di trasmettere il 800-nm polso e riflettono la 400-nm impulsi. </li><li> Impostare un riduttore trave ed una coppia di lenti focalmente per regolare la dimensione e la convergenza del l&#39;impulso di sonda. </li><li> Impostare un altro dispositivo ottico di ritardo, come indicato al punto 1.3, per l&#39;impulso di sonda. </li><li> Utilizzare un anello di Iris per regolare l&#39;area disonda impulsi e assicurarsi che l&#39;impulso di sonda passare la superficie di destinazione e si intersecano in orizzontale con l&#39;impulso di pompa. </li><li> Impostare due lenti di obiettivo e filtri diversi per generare l&#39;immagine della regione di plasma per essere ricevuto dal intensificata Charge-Coupled Device (ICCD) telecamera. </li><li> Collegare il computer, il laser, la fotocamera ICCD e il suo controllore tramite cavi BNC o cavi USB. </li><li> Regolare il tempo di ritardo del controller della videocamera fino alla macchina fotografica cattura un&#39;immagine del polso sonda. Così, l&#39;impulso di sonda e la fotocamera sono sincronizzati. </li></ol> 2. Pump-probe sincronizzazione <ol><li> Posizionare un divisore di fascio nel punto di intersezione del polso pompa e l&#39;impulso di sonda, e ha istituito due fotodiodi di ricevere questi due impulsi. Questi due fotodiodi dovrebbero avere una stessa distanza dal divisore di fascio. </li><li> Utilizzare un oscilloscopio per ricevere i segnali di questi due fotodiodi, e spostare la stadio di ritardo sul percorso del fascio impulso di pompa fino al profile di impulso di pompa e l&#39;impulso di sonda si sovrappongono tra loro sullo schermo dell&#39;oscilloscopio. Una precisione di 20 ps viene raggiunto grazie alla risoluzione temporale dell&#39;oscilloscopio. </li><li> Rimuovere il divisore di fascio e le due fotodiodi, come indicato nel passaggio 2,1. </li><li> Regolare la fase di ritardo sul percorso del fascio impulso di pompa fino alla regione di ripartizione dell&#39;aria potrebbe semplicemente essere osservato sullo schermo ICCD. Il tempo in cui la formazione di ripartizione dell&#39;aria potrebbe essere rilevato invece di uno sfondo uniforme è determinata come zero ritardo. </li></ol> 3. Preparazione del campione e stage <ol><li> Impostare un laboratorio-jack e due le fasi manuali lineari al fine di spostare il campione con tre gradi di libertà. </li><li> Un comparatore e spessori di alta precisione per ottenere una elevata planarità delle fasi. La differenza di altezza dovrebbe essere entro 1 micron per una distanza di 25,4 mm. </li><li> Tagliare un pezzo quadrato (30 mm x 30 mm) su un foglio di Cu con uno spessore di 0,8 mm utilizzando una fresatricemacchina. </li><li> Lucidare un lato stretto (30 mm x 0,8 mm) del pezzo Cu fino a quando la ruvidità superficiale è inferiore a 0,5 um. </li><li> Fissare il pezzo Cu sul palco manuale da tavolo con la faccia lucida stretta up. </li><li> Spostare l&#39;obiettivo da una fase manuale, come indicato al punto 3.1), mentre monitorare la sua posizione tramite la fotocamera ICCD in modo tale che qualsiasi inclinazione può essere regolato inserendo spessori di alta precisione al di sotto del target. </li><li> Ripetere il passaggio 3,6 con la fase manuale altra. </li><li> Eseguire una dozzina di fori sul bersaglio mentre variare la posizione della lente focale una terza fase manuale alta precisione. La posizione del punto focale corrisponde alla posizione della lente focale in cui è praticato il foro più piccolo. </li></ol> 4. Ablazione e di misura <ol><li> Spostare la lente focale fino a una distanza di circa 50 micron di distanza dal punto focale. </li><li> Spostare la fase di ritardo sul percorso del fascio impulso di sonda con un intervallo di 0,3 mm per catturare l&#39;immagine ogni 2 ps fino a 10 ps, ​​ocon un intervallo di 3 mm per catturare l&#39;immagine ogni 20 ps fino a 480 ps. </li><li> Ripetere il passaggio 4.2 per parecchie volte di ripetibilità e precisione. </li><li> Spostare la lente focale fino a una distanza di circa 50 micron di distanza dal punto focale, e ripetere il punto 4.3. </li></ol> 5. Risultati rappresentativi Le immagini shadowgraph misurati sono mostrati in fig. 2 e Fig. 3, per il punto focale leggermente sopra e sotto la superficie del bersaglio, rispettivamente. Le posizioni di espansione radiale e longitudinali sono riportati in Fig. 4 e Fig. 5. Le espansioni longitudinali di questi due casi i primi 100 ps sono significativamente differenti, tuttavia, le espansioni longitudinali nella seguente 400 ps e le espansioni radiali sono simili. Per il primo caso, il plasma primo raggio di 100 ps ha una struttura tridimensionale espansione costituiti da più strati. Per il secondo caso, il primo plAsma ha una struttura bidimensionale di espansione che non cambia molto nel raggio di 100 ps. Il modello di simulazione 12 è utilizzato per studiare il meccanismo dell&#39;evoluzione plasma precoce. Tempo zero è definito come il tempo in cui il laser ad impulsi di picco raggiunge la superficie bersaglio. I primi simulati processi di evoluzione plasma accordo con i risultati misurati per entrambi questi due casi, come mostrato in fig. 6 e Fig. 7, rispettivamente. La formazione del plasma primo raggio di 1 ps è anche previsto per il primo caso utilizzando il modello di simulazione e di fig. 8. Il plasma iniziale si trova ad avere una regione scomposizione aria e una regione di plasma Cu. La composizione dell&#39;aria viene prima causata da multi-photon ionizzazione e poi seguita da ionizzazione valanga. Per il secondo caso, invece, il punto focale si trova sotto la superficie bersaglio e non separato regione disaggregazione aria viene formata. Invece, ionizzazione dell&#39;aria avviene in prossimità del PLA Cufronte SMA ed è causata da ionizzazione per impatto a causa degli elettroni liberi espulsi dal bersaglio Cu. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig1.jpg" /> Figura 1. Schematica della pompa-sonda di misurazione shadowgraph. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig2.jpg" /> Figura 2. Cu espansione plasma in tempi successivi di ritardo con il punto focale leggermente sopra la superficie. Lunghezza d&#39;onda: 800 nm, durata dell&#39;impulso: 100 fs; densità di potenza: 4,2 × 10 14 W / cm 2; target: Cu. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig3.jpg" /> Figura 3. Cu espansione plasma in tempi successivi di ritardo con il punto focale leggermente sotto la superficie. Lunghezza d&#39;onda: 800 nm, durata dell&#39;impulso: 100 fs; densità di potenza: 4,2 × 10 14 W / cm 2; target: Cu. &lt;img alt = &quot;Figura 4&quot; src = &quot;/ files/ftp_upload/4033/4033fig4.jpg&quot; /&gt; Figura 4. Plasma longitudinali e posizioni espansione radiale in tempi di ritardo successivi con il punto focale leggermente sopra la superficie. Lunghezza d&#39;onda: 800 nm, durata dell&#39;impulso: 100 fs; densità di potenza: 4,2 × 10 14 W / cm 2; target: Cu. <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig5.jpg" /> Figura 5. Plasma longitudinali e posizioni espansione radiale in tempi successivi di ritardo con il punto focale leggermente sotto la superficie. Lunghezza d&#39;onda: 800 nm, durata dell&#39;impulso: 100 fs; densità di potenza: 4,2 × 10 14 W / cm 2; target: Cu. Figura 6. Animazione di espansione plasma misurato e calcolato in un tempo di ritardo di 70 ps con il punto focale leggermente sopra la superficie. Lunghezza d&#39;onda: 800 nm, durata dell&#39;impulso: 100 fs; densità di potenza: 4,2 × 10 14 </sup&gt; W / cm 2; target: Cu. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4033/4033movie6.avi" target="_blank">Clicca qui per visualizzare l&#39;animazione</a> . Figura 7. Animazione di espansione plasma misurato e calcolato in un tempo di ritardo di 70 ps con il punto focale leggermente sotto la superficie. Lunghezza d&#39;onda: 800 nm, durata dell&#39;impulso: 100 fs; densità di potenza: 4,2 × 10 14 W / cm 2; target: Cu. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4033/4033movie7.avi" target="_blank">Clicca qui per visualizzare l&#39;animazione</a> . Figura 8. Animazione di espansione plasma misurato e calcolato in un tempo di ritardo di 1 ps con il punto focale leggermente sopra la superficie. Lunghezza d&#39;onda: 800 nm, durata dell&#39;impulso: 100 fs; densità di potenza: 4,2 × 10 14 W / cm 2; target:. Cu <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4033/4033movie8.avi" target="_blank">Clicca qui per visualizzare l&#39;animazione &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>

Non ci sono conflitti di interesse dichiarati.

I metodi di misurazione e simulazione presentati in questo documento consentono esami più accurati delle dinamiche plasmatici iniziali e una migliore comprensione dei meccanismi di ionizzazione sia per aria e Cu. Strutture di plasma di alta qualità, vengono catturate con una risoluzione temporale di 1 ps e una risoluzione spaziale di 1 um. Questa misura ha una elevata ripetibilità troppo. La procedura è critico per allineare il raggio molto bene e preparare una superficie bersaglio con una elevata planarità e una bassa rugosità. Questo approccio può essere applicato a materiali bersaglio e altri parametri laser diversi. L&#39;unica limitazione della pompa-sonda metodo shadowgraph è un numero troppo basso di variazione della densità di elettroni.

<table border="1"><tbody><tr><td> Nome dell&#39;apparecchiatura </td><td> Azienda </td><td> Numero di catalogo </td></tr><tr><td> Laser </td><td> Spectra-Physics </td><td> SPTF-100F-1K-1P </td></tr><tr><td> ICCD fotocamera </td><td> Princeton Instruments </td><td> 7467-0028 </td></tr><tr><td> Oscilloscopio </td><td> Rigol </td><td> DS1302CA </td></tr><tr><td> Fotodiodo </td><td> Newport </td><td> 818-BB30 </td></tr><tr><td> Fase lineare </td><td> Newport </td><td> 433 </td></tr><tr><td> Comparatore </td><td> Mitutoyo </td><td> ID-C112E </td></tr></tbody></table>

indagine su evolution plasma precoce indotta da impulsi laser ultracorti

Investigation of Early Plasma Evolution Induced by Ultrashort Laser Pulses

Plasma precoce è generato a causa di radiazione laser ad alta intensità di target e la conseguente ionizzazione materiale bersaglio. Le dinamiche gioca un ruolo significativo nella laser-materiale interazione, soprattutto in ambiente di aria 1-11. L&#39;evoluzione plasma precoce è stata catturata attraverso la pompa-sonda shadowgraphy 1-3 e interferometria 1,4-7. Tuttavia, i tempi studiato ed applicato intervalli di parametri laser sono limitati. Ad esempio, esami diretti di posizioni frontali plasma e densità numero di elettroni entro un tempo di ritardo di 100 picosecondi (ps) rispetto al picco dell&#39;impulso laser sono ancora poche, soprattutto per l&#39;impulso ultracorto di durata circa 100 femtosecondi (fs) e una densità di potenza a bassa circa 10 14 W / cm 2. All&#39;inizio plasma generato in queste condizioni è stato catturato solo di recente con alte risoluzioni spaziali e temporali 12. La strategia di configurazione dettagliata eprocedure di questa misurazione di alta precisione saranno illustrate in questo documento. La logica della misurazione è ottico pompa-probe shadowgraphy: un laser ad impulsi ultracorti è diviso in un impulso di pompa e un impulso di sonda, mentre il tempo di ritardo tra loro può essere regolata cambiando la loro lunghezza percorso di fascio. L&#39;impulso di pompa ablazione il bersaglio e genera il plasma precoce, e l&#39;impulso di sonda si propaga attraverso la regione di plasma e rileva la non uniformità della densità numero di elettroni. Inoltre, animazioni vengono generati utilizzando i risultati calcolati dal modello di simulazione di rif. 12 per illustrare la formazione di plasma ed evoluzione con una risoluzione molto elevata (0,04 ~ 1 ps). Sia il metodo sperimentale e il metodo di simulazione può essere applicato ad un&#39;ampia gamma di tempi e parametri del laser. Questi metodi possono essere utilizzati per esaminare il plasma generato precoce non solo da metalli, ma anche da semiconduttori e isolanti.

Un metodo sperimentale per esaminare l&#39;evoluzione primi plasma indotto da impulsi laser ultracorti è descritto. Utilizzando questo metodo, immagini di alta qualità di plasma primi si ottengono con alte risoluzioni spaziali e temporali. Un romanzo modello integrato atomistico viene utilizzato per simulare e spiegare i meccanismi di plasma precoce.

Indagine su Evolution Plasma precoce indotta da impulsi laser ultracorti

Il plasma iniziale viene generato a causa dell'irradiazione del target con laser ad alta intensità e della successiva ionizzazione del materiale del target. La sua dinamica svolge un...

Lo scopo di questo esperimento è esaminare l'evoluzione iniziale del plasma indotta da impulsi laser ultrabrevi con elevate risoluzioni temporali e spaziali. Questo viene ottenuto configurando un sistema ottico in cui un impulso laser ultrabreve viene suddiviso in un impulso di pompaggio e un impulso sonda. Come secondo passaggio.L'impulso pompa e l'impulso sonda sono sincronizzati, fornendo il tempo di ritardo zero per il dispositivo di ritardo ottico. Quindi si preparano il campione e la piastra per ottenere un'elevata planarità della superficie superiore del campione e per rendere tale superficie parallela all'impulso sonda. Successivamente si esegue l'ablazione con i punti focali leggermente al di sopra e leggermente al di sotto del bersaglio.L'impulso di pompaggio ablate il bersaglio e genera il plasma iniziale, mentre l'impulso di propagazione attraversa la regione del plasma e rileva la non uniformità della densità numerica degli elettroni. In definitiva, i risultati mostrano l'espansione del plasma a intervalli di ritardo successivi, basata sull'immagine all'ombra misurata. Vengono inoltre generate animazioni utilizzando i risultati calcolati per illustrare la formazione e l'evoluzione del plasma con una risoluzione molto elevata.Questo metodo può contribuire a rispondere a domande fondamentali nel campo del lead Outshot, come l'effetto della posizione del punto focale e dell'evoluzione precoce del plasma sull'ablazione laser. Le implicazioni di questa tecnica si estendono allo sviluppo e all'uso efficace di ledgers ultra shore, poiché consente di determinare quanto energia viene assorbita dal plasma iniziale durante la durata del laser ultra e può essere utilizzata per l'amplificazione del campo plasma in varie applicazioni di diagnostica e lavorazione dei materiali. Il sistema ottico configurato per la misurazione del graft ombra con tecnica pump-probe è dotato di una piastra a mezza onda e di un polarizzatore subito dopo l'uscita del laser, per regolare l'energia dell'impulso laser.Dopo il polarizzatore, un divisore di fascio suddivide l'impulso laser in due impulsi: impulso pump e impulso probe. Quattro specchi riflettenti e una fase di traslazione manuale vengono utilizzati per costruire un dispositivo ottico di ritardo per l'impulso pump. Altri quattro specchi riflettenti indirizzano l'impulso pump in modo che raggiunga verticalmente la superficie del bersaglio.Un generatore di armonica secondaria trasforma la lunghezza d'onda dell'impulso laser da 800 nanometri a 400 nanometri. Successivamente, un separatore di armoniche trasmette l'impulso a 800 nanometri e riflette l'impulso a 400 nanometri. Segue un riduttore di fascio.Un altro dispositivo ottico di ritardo per il fascio sonda. L'impulso viene costruito utilizzando quattro specchi riflettenti e una coppia di lenti focalizzanti che regolano le dimensioni e la convergenza dell'impulso sonda. Un diaframma regola l'area dell'impulso sonda e garantisce che l'impulso sonda attraversi orizzontalmente la superficie del bersaglio e intersechi l'impulso pompa vicino a obiettivi e a diversi filtri, per generare l'immagine della regione al plasma che verrà acquisita dalla telecamera CCD intensificata.Infine, il computer, il laser, la telecamera ICCD e il relativo controller vengono collegati utilizzando cavi BNC o cavi USB; regolare il tempo di ritardo del controller della telecamera finché la telecamera non acquisisce un'immagine del fascio sonda. La sincronizzazione efficace tra l'impulso di pompaggio e l'impulso sonda e la sincronizzazione della telecamera viene eseguita mediante un divisore di fascio situato all'incrocio tra l'impulso di pompaggio e l'impulso sonda, e due fotodiodi ricevono i due impulsi. Questi due fotodiodi devono trovarsi alla stessa distanza dal divisore di fascio.Quindi il divisore di fascio viene rimosso utilizzando l'oscilloscopio per ricevere i segnali di questi due fotodiodi. Spostare la fase di ritardo sul percorso del fascio dell'impulso di pompaggio fino a quando i profili dell'impulso di pompaggio e dell'impulso sonda si sovrappongono sullo schermo dell'oscilloscopio. Viene raggiunta un'accuratezza di 20 picosecondi in base alla risoluzione temporale dell'oscilloscopio dopo la sincronizzazione.Rimuovere i due fotodiodi. Regolare lo stadio di ritardo sul percorso del fascio del pump fino a quando la regione di rottura dielettrica dell'aria può essere appena osservata sullo schermo ICCD. L'istante in cui la formazione della rottura dielettrica dell'aria può essere rilevata al posto di uno sfondo uniforme viene determinato come tempo di ritardo zero.Una parte fondamentale di questa tecnica consiste nell'assicurarsi che il bersaglio non ostruisca alcuna porzione dell'immagine del plasma. Questo può essere ottenuto preparando il campione e la piattaforma in modo da raggiungere un'elevata planarità della superficie superiore del campione e rendendo tale superficie parallela al percorso della sonda. Iniziare la preparazione della piattaforma configurando un sollevatore idraulico da laboratorio e due piattaforme lineari manuali.Procedere muovendo il campione con tre gradi di libertà, utilizzando un indicatore con quadrante regolabile dall'utente e spessori di alta precisione. Per ottenere un'elevata planarità delle fasi, la differenza di altezza deve essere compresa tra un micrometro ogni 25,4 millimetri. Successivamente, utilizzare una fresatrice per preparare un campione, tagliando un pezzo quadrato da un foglio di rame con uno spessore di 0,8 millimetri. Usare una lucidatrice per levigare un lato stretto del pezzo di rame fino a quando la rugosità superficiale sia inferiore a 0,5 micrometri.Fissare il pezzo di rame sullo stadio manuale superiore con il lato stretto lucidato rivolto verso l'alto. Spostare l'obiettivo di uno stadio manuale monitorandone la posizione tramite la telecamera ICCD, in modo da poter correggere qualsiasi inclinazione inserendo spessori di alta precisione (SHI) al di sotto dell'obiettivo. Ripetere questo procedimento con l'altro stadio manuale.Infine, praticare una dozzina di fori sul bersaglio variando la posizione della lente focale mediante uno stadio manuale di alta precisione. La posizione del punto focale corrisponde alla posizione della lente focale in cui viene realizzato il foro più piccolo. La misurazione effettiva deve essere eseguita al buio.Tuttavia, a fini di ripresa, è stata utilizzata una certa quantità di luce per eseguire l'ablazione. Innanzitutto, spostare la lente focale verso l'alto a una distanza di circa 50 micrometri dal punto focale. Successivamente, spostare lo stadio di ritardo sul percorso del fascio del propulse con un intervallo di 0,3 millimetri per acquisire l'immagine.Ogni due picosecondi fino a raggiungere 10 picosecondi, oppure con un intervallo di tre millimetri per acquisire l'immagine ogni 20 picosecondi fino a raggiungere 480 picosecondi. Ripetere questo processo più volte per garantire ripetibilità e accuratezza. Come passaggio finale, spostare la lente focale verso il basso a una distanza di circa 50 micron dal punto focale e acquisire le immagini.Anche in questo caso, vengono mostrate le immagini della grafia d'ombra misurate risultanti dall'espansione del plasma di rame a tempi di ritardo successivi. Queste immagini corrispondono al punto focale posizionato leggermente al di sopra e leggermente al di sotto della superficie del bersaglio. Qui, le posizioni di espansione longitudinale e radiale sono riportate per quando il punto focale si trova leggermente al di sopra e leggermente al di sotto della superficie del bersaglio.Le espansioni longitudinali in questi due casi sono significativamente diverse nei primi 100 picosecondi: nel primo caso, il plasma iniziale entro i 100 picosecondi presenta una struttura di espansione monodimensionale costituita da strati multipli; nel secondo caso, il plasma iniziale ha una struttura di espansione bidimensionale che non cambia molto entro i 100 picosecondi. Tuttavia, le espansioni longitudinali nei successivi 400 picosecondi e le espansioni radiali sono simili. In questo caso, un modello di simulazione viene utilizzato per studiare il meccanismo dell'evoluzione del plasma iniziale attraverso la densità elettronica simulata quando il punto focale si trova leggermente al di sopra della superficie del bersaglio.Il tempo zero è definito come l'istante in cui il picco dell'impulso laser raggiunge la superficie del bersaglio. Lo stesso modello viene utilizzato per esplorare il caso in cui il punto focale si trovi leggermente al di sotto della superficie del bersaglio. I processi simulati di evoluzione precoce del plasma sono in buon accordo con i risultati misurati.In entrambi questi casi, la formazione del plasma iniziale entro un picosecondo è prevista anche per il primo caso utilizzando il modello di simulazione; si osserva che il plasma iniziale presenta una regione di rottura dielettrica dell'aria e una regione di plasma di rame. La rottura dielettrica dell'aria è inizialmente causata dall'ionizzazione a più fotoni e successivamente seguita dall'ionizzazione a valanga nel secondo caso. Tuttavia, il punto focale si trova al di sotto della superficie del bersaglio e non si forma una regione distinta di rottura dielettrica dell'aria.Invece, l'ionizzazione dell'aria avviene vicino al fronte del plasma di rame ed è causata da ionizzazione per impatto dovuta agli elettroni liberi espulsi dal bersaglio di rame dopo il suo sviluppo. Questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo del laser ad impulsi brevi per esplorare l'evoluzione iniziale del plasma nel processo di ablazione. Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come utilizzare la tecnica dello shadowgraph per misurare i plasmi.

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