Name: 超短レーザーパルスにより誘起された初期プラズマの進化の解明 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-07-02T08:02:00.000+00:00
Duration: 11 min 20 s
Description: 学ぶ 超短レーザーパルスにより誘起された初期プラズマの進化をシャドーグラフィ法と高時間分解能イメージングで可視化する手法。焦点位置の違いがプラズマダイナミクスに与える影響を明らかにし、材料加工やレーザー診断技術の発展に貢献する。

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作者は感謝して国立科学財団（：CMMI-0653578、CBET-0853890グラントはありません）することにより、この研究のために財政支援を承諾したがっています。

1。光学システムのセットアップ（図1） <ol><li>半波長板とレーザーパルスのエネルギーを調整するためにレーザ出力を次の偏光板を設定します。 </li><li>ポンプパルスとプローブパルス：2パルスにレーザーパルスを分割するために偏光した後にビームスプリッタを設定します。 </li><li>ポンプパルスを光遅延デバイスを構築するために4つの反射鏡と手動並進ステージを使用しています。 </li><li>垂直にターゲット表面に到達するためのポンプパルスを導くために別の4の反射鏡を使用しています。 </li><li> 800乃至400nmのレーザーパルスの波長を変換する第2高調波発生（SHG）を設定します。 </li><li> 800 nmのパルスを送信し、400 nmのパルスを反映するために高調波セパレーターを使用しています。 </li><li>ビーム減速とプローブパルスの大きさと収束を調整する限局レンズのペアを設定します。 </li><li>ステップ1.3で述べたように、プローブパルスのために、別の光遅延装置を設定します。 </li><li>の面積を調整するアイリスリングを使用プローブパルスとプローブパルスが水平にターゲット表面を通過して、ポンプパルスと交差していることを確認します。 </li><li>激化電荷結合素子（ICCD）カメラで受信されるプラズマ領域の画像を生成する2つの対物レンズと、複数のフィルタを設定します。 </li><li>コンピュータ、レーザー、ICCDカメラとBNCケーブルまたはUSBケーブルを使用して、そのコントローラを接続します。 </li><li>プローブパルスのイメージをキャプチャカメラまで、カメラコントローラの遅延時間を調整します。したがって、プローブパルスとカメラが同期されます。 </li></ol> 2。ポンプ·プローブの同期<ol><li>ポンプパルスとプローブパルスの交差点にビームスプリッタを配置し、これら二つのパルスを受信する2つのフォトダイオードを設定します。これら二つのフォトダイオードは、離れてビームスプリッタから同じ距離を持つ必要があります。 </li><li>これら二つのフォトダイオードの信号を受信するようにオシロスコープを使用して、プロまで、ポンプパルスビーム経路上に遅延ステージを移動しますポンプパルスとプローブパルスのファイルは、オシロスコープの画面上で互いに重複しています。 20 psの精度は、オシロスコープの時間分解能のおかげで実現しています。 </li><li>ステップ2.1で述べたように、ビームスプリッタと2つのフォトダイオードを削除します。 </li><li>空気破壊領域がちょうどICCD画面上に観察されたまでのポンプパルスビーム経路上に遅延ステージを調整します。空気の絶縁破壊の形成が一様な背景の代わりに検出することができた時間は、遅延時間ゼロとして決定されます。 </li></ol> 3。サンプルステージの準備<ol><li> 3つの自由度でサンプルを移動するためにラボジャッキと2手動リニアステージを設定します。 </li><li>ステージの高平坦度を達成するためにダイヤルインジケータと高精度シムを使用しています。高さの差は25.4ミリメートルの距離あたり1μm以内である必要があります。 </li><li>フライス盤を使用して、0.8ミリメートルの厚さのCuシートのうち、正方形のピース（30ミリメートル×30ミリメートル）の削減マシン。 </li><li>表面粗さが0.5μmの下になるまでのCu片の狭い側面（30ミリメートル×0.8ミリメートル）を磨く。 </li><li>洗練された狭い表向きでトップの手動ステージ上の銅の部分を修正します。 </li><li>ステップ3.1で述べたように、任意の傾きが対象の下に高精度シムを挿入することによって調整することができるようなICCDカメラを介してその位置を監視しながら）1つのマニュアルステージでターゲットを移動します。 </li><li>他のマニュアルステージで、ステップ3.6を繰り返します。 </li><li>第三高精度の手動ステージで焦点レンズの位置を変更しながら、ターゲット上の穴のダースを開けます。焦点の位置は、最小の穴があけられ焦点レンズの位置に対応しています。 </li></ol> 4。アブレーションと測定<ol><li>離れて焦点から約50μmまでの距離を焦点距離のレンズを上に移動します。 </li><li> 10 psのそれまでの2つのPSイメージをキャプチャするために0.3mmの間隔でプローブパルスビーム経路上に遅延ステージを移動したり、480 PSまで画像毎に20 psのをキャプチャするために3mmの間隔で。 </li><li>再現性と精度のために数回のステップ4.2を繰り返します。 </li><li>離れて焦点から約50μmの距離に焦点レンズを下に移動し、ステップ4.3を繰り返します。 </li></ol> 5。代表的な結果測定した影絵の画像は図に示されています。 2および図。それぞれわずかにターゲット表面上に、以下のフォーカルポイントの3、。縦方向および半径方向の膨張の位置を図にプロットされます。 4、図。 5。最初の100 psのこれらの2つのケースの長手方向の展開は大幅に異なっているが、次は400 psとその半径方向の拡張でその長手方向の展開は似ています。最初のケースでは、100 ps以内の初期プラズマは、複数の層から成る一次元拡張構造を持っています。後者の場合、初期のPLのためにASMAは、100 ps以内あまり変わりません、二次元展開構造を有している。 シミュレーションモデル12は、初期のプラズマの進化のメカニズムを調べるために使用されます。時間ゼロは、レーザーパルスのピークがターゲット表面に到達する時間として定義されます。 図に示すようにシミュレートされた初期のプラズマの進化プロセスは、これら2例の両方の測定結果とよく一致する。 6および図。それぞれ7、。 1 ps以内の初期プラズマの形成はまた、最初のケースのシミュレーションモデルを用いて、 図に示すように予測されています。 8。初期のプラズマは空気破壊領域とCuのプラズマ領域を持っていることが判明した。空気の内訳は、最初の多光子イオン化によって引き起こされ、その後、アバランシェイオン化が続いている。二番目のケースは、しかし、焦点は、以下のターゲット表面であり、個別の空気の破壊領域が形成されていません。代わりに、空気イオンは、Cu PLAの近くに発生します。SMA（前面パネル）とCuターゲットから放出され、自由電子に衝突電離によりによって引き起こされます。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig1.jpg" /> 図1ポンプ·プローブ影絵測定の模式図。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig2.jpg" /> 図2。少し表面上の焦点を持つ連続した遅延時間でのCuのプラズマ拡大。レーザー波長：800 nmで、パルス幅：100 fsは、電力密度：4.2×10 14 W / cm 2で 、ターゲット：銅。 <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig3.jpg" /> 図3。少し表面の下に焦点を持つ連続した遅延時間でのCuのプラズマ拡大。レーザー波長：800 nmで、パルス幅：100 fsは、電力密度：4.2×10 14 W / cm 2で 、ターゲット：銅。 &lt;IMG ALT = &quot;図4&quot; SRC = &quot;/ files/ftp_upload/4033/4033fig4.jpg&quot; /&gt; 図4プラズマの縦とわずかに表面上に焦点を持つ連続した遅延時間での径方向の膨張位置。レーザー波長：800 nmで、パルス幅：100 fsは、電力密度：4.2×10 14 W / cm 2で 、ターゲット：銅。 <img alt="図5" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig5.jpg" /> 図5。わずかに表面の下に焦点を持つ連続した遅延時間でのプラズマ、縦方向および半径方向の膨張位置。レーザー波長：800 nmで、パルス幅：100 fsは、電力密度：4.2×10 14 W / cm 2で 、ターゲット：銅。 図6。少し表面上の焦点と70 psの遅延時間内に測定値と計算値のプラズマ膨張のアニメーション。レーザー波長：800 nmで、パルス幅：100 fsは、電力密度：4.2×10 14 </suP&gt; W / cm 2で 、ターゲット：Cuは、 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4033/4033movie6.avi" target="_blank">アニメーションを表示するには、ここをクリックしてください</a> 。 図7。少し表面下焦点と70 psの遅延時間内に測定値と計算値のプラズマ膨張のアニメーション。レーザー波長：800 nmで、パルス幅：100 fsは、電力密度：4.2×10 14 W / cm 2で 、ターゲット：銅。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4033/4033movie7.avi" target="_blank">アニメーションを表示するには、ここをクリックしてください</a> 。 図8。少し表面上の焦点と1ピコ秒の遅延時間内に測定値と計算値のプラズマ膨張のアニメーション。レーザー波長：800 nmで、パルス幅：100 fsは、電力密度：4.2×10 14 W / cm 2で 、ターゲット：Cuの<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4033/4033movie8.avi" target="_blank">アニメーションを表示するには、ここをクリック&lt;</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>

利害の衝突が宣言されません。

本論文で提示さ測定とシミュレーションの方法は、初期のプラズマのダイナミクスと空気とCuの両方のイオン化のメカニズムの理解をより正確に検査を有効にしてください。高品質のプラズマの構造は、1 psと1μmの空間分解能の時間分解能で撮影されています。この測定は、高すぎると再現性を持っています。重要な手順は非常によくビームを調整し、高い平坦度などの低粗さをターゲット表面を準備することです。 このアプローチは、他のターゲット材料と様々なレーザパラメータに適用することができます。ポンプ·プローブ影絵法の唯一の制限は、低すぎると電子数密度の変化である。

<table border="1"><tbody><tr><td> 機器の名前 </td><td> 会社 </td><td> カタログ番号 </td></tr><tr><td>レーザー</td><td>スペクトラ·フィジックス</td><td> SPTF-100F-1K-1P </td></tr><tr><td> ICCDカメラ</td><td>プリンストンインスツルメンツ</td><td> 7467-0028 </td></tr><tr><td>オシロスコープ</td><td> Rigol </td><td> DS1302CA </td></tr><tr><td>フォトダイオード</td><td>ニューポート</td><td> 818-BB30 </td></tr><tr><td>リニアステージ</td><td>ニューポート</td><td> 433 </td></tr><tr><td>インジケータをダイヤル</td><td>ミツトヨ</td><td> ID-C112E </td></tr></tbody></table>

超短レーザーパルスにより誘起された初期プラズマの進化の解明

Investigation of Early Plasma Evolution Induced by Ultrashort Laser Pulses

初期のプラズマは、ターゲットの高強度レーザー照射とその後のターゲット材料のイオン化により生成されます。そのダイナミクスは、特に空気環境1-11に、レーザー物質相互作用に重要な役割を果たしている。 初期のプラズマの進化は、ポンプ·プローブshadowgraphy 1-3と干渉1,4-7を介してキャプチャされています。しかし、時間枠を学び、適用されたレーザーパラメータの範囲は限られています。たとえば、レーザーパルスのピークに関しては100ピコ秒の遅延時間（PS）内のプラズマの前面の位置と電子数密度の直接検査では特に100フェムト秒（fs）の前後期間の短パルスでは、まだ非常に少なく、 10 14 W / cm 2の程度の低電力密度。これらの条件下で生成された初期のプラズマは、高時間空間分解能12で最近捕獲された。詳細なセットアップの戦略とこの高精度測定の手順は、このホワイト·ペーパーで説明する。測定の原理は、光ポンプ·プローブshadowgraphy次のとおりです。それらの間の遅延時間は、その光路長を変えることによって調整することができますが1超短レーザーパルスは、ポンプパルスとプローブパルスに分割されています。ポンプパルスは、ターゲットをablates、初期プラズマを生成し、プローブパルスは、プラズマ領域を介して伝播し、電子数密度の不均一性を検出します。さらに、アニメーションは、文献のシミュレーションモデルから計算結果を使用して生成されます12は非常に高い分解能（0.04〜1ピコ秒）を持つプラズマの形成と進化を説明するために。 実験方法およびシミュレーションの両方のメソッドは、タイムフレームとレーザーのパラメータの広い範囲に適用することができます。これらのメソッドは、金属からだけでなく、半導体や絶縁体からだけでなく、生成された初期のプラズマを調べるために使用することができます。

超短レーザーパルスによって誘導される初期のプラズマの進化を調べるための実験方法が記載されている。この方法を使用して、初期のプラズマの高品質の画像は、高時間·空間分解能が得られる。小説統合された原子モデルは、初期のプラズマのメカニズムをシミュレートし、説明するために使用されています。

ターゲットへの高強度レーザー照射と、それに続くターゲット材料のイオン化により、初期プラズマが生成される。そのダイナミクスは……

この実験の目的は、高い時間分解能および空間分解能を用いて、超短パルスレーザーによって誘起される初期プラズマの進化を調べることです。これは、1本の超短パルスレーザーをポンプ光とプローブ光に分割する光学系を構築することで実現されます。第二のステップとして。ポンプパルスとプローブパルスを同期させ、光学遅延装置の遅延時間ゼロを設定します。次に、試料の上面を十分に平坦にし、かつプローブパルスと平行にするため、試料とステージの準備を行います。その後、焦点位置をターゲットのわずか上およびわずか下に設定してアブレーションを行います。ポンプパルスがターゲットをアブレーションして初期プラズマを生成し、プローブパルスがプラズマ領域を伝搬して電子数密度の不均一性を検出します。最終的に、測定されたシャドウグラフに基づき、連続する遅延時間におけるプラズマの膨張が結果として示されます。また、計算結果を用いてアニメーションを作成し、プラズマの形成と進展を非常に高い解像度で視覚化します。この手法は、焦点位置の影響や、レーザーアブレーションにおける初期プラズマの進展など、Outshotリード分野における重要な疑問を解決するのに役立ちます。この技術の意義は、超短パルスレーザーの開発と効果的な利用にまで及びます。なぜなら、超短レーザー照射期間中に初期プラズマにどれだけのエネルギーが吸収されるかを把握することで、さまざまな診断や材料加工においてプラズマ場の増幅に利用できるからです。ポンプ・プローブおよびシャドウグラフ測定用に構築された光学系には、レーザー出力の後に半波長板と偏光子が配置されており、これによりレーザーパルスエネルギーを調整します。偏光子の後に配置されたビームスプリッターにより、レーザーパルスはポンプパルスとプローブパルスの2つのパルスに分割されます。4枚の反射ミラーと手動トランスレーションステージを用いて、ポンプパルス用の光学遅延装置を構築します。さらに4枚の反射ミラーにより、ポンプパルスをターゲット表面に垂直に到達するように導きます。第2高調波発生器により、レーザーパルスの波長を800 nanometersから400 nanometersに変換します。次に、高調波セパレーターで800 nanometerパルスを透過させ、400 nanometerパルスを反射させます。続いてビームリデューサーを通過させます。プローブ光用のもう一つの光学遅延デバイスです。パルスは4枚の反射鏡で構成され、一対の集光レンズを用いてプローブパルスのサイズと収束を調整します。アイリスリングでプローブパルスの領域を調整し、プローブパルスがターゲット表面を水平に通過して、対物レンズの直前でポンプパルスと交差するようにします。その後、いくつかのフィルターを通り、プラズマ領域の画像が生成され、増幅電荷結合素子（ICCD）カメラで受信されます。最後に、コンピューター、レーザー、ICCDカメラおよびそのコントローラーをBNCケーブルまたはUSBケーブルで接続し、カメラがプローブの画像をキャプチャするまで、カメラコントローラーの遅延時間を調整します。プローブパルスとカメラのポンプ・プローブ同期を効果的に同期させるため、ポンプパルスとプローブパルスの交点にビームスプリッターを配置し、2つのフォトダイオードでこれら2つのパルスを受光させます。これら2つのフォトダイオードは、ビームスプリッターから等距離に配置する必要があります。次に、ビームスプリッターを取り除き、オシロスコープを用いてこれら2つのフォトダイオードの信号を受信します。ポンプパルスとプローブパルスのプロファイルがオシロスコープの画面上で互いに重なるまで、ポンプパルスビーム光路上のディレーステージを移動させます。同期後、オシロスコープの時間分解能により、20 picosecondsの精度が達成されます。2つのフォトダイオードを取り除きます。ICCDスクリーン上で空気絶縁破壊領域がちょうど観察できるまで、ポンプパルスビーム光路上のディレーステージを調整します。均一な背景ではなく、空気絶縁破壊の形成が検出できる時間をディレイタイムゼロと定義します。この手法の重要な点は、ターゲットがプラズマ画像のいかなる部分も遮らないようにすることです。これは、サンプルの上面の高い平坦度を確保し、かつサンプルの上面をプローブの走行方向と平行にするよう、サンプルとステージを準備することで達成できます。まず、ラボジャッキと2つの手動リニアステージを設置して、ステージの準備を開始します。3自由度ステージ、ユーザーダイヤルインジケーター、および高精度シムを用いて、サンプルを順に移動させます。ステージの高い平面度を確保するため、高さの差を25.4 mmあたり1 µm以内に調整してください。次に、フライス盤を使用して、厚さ0.8 mmの銅板から正方形のピースを切り出し、サンプルを準備します。研磨機を用いて、銅ピースの狭い側面を表面粗さが0.5 µm以下になるまで研磨してください。研磨した狭い面を上にして、銅片を上部のマニュアルステージに固定します。ICCDカメラで位置を確認しながら、もう一方のマニュアルステージでターゲットを移動させ、ターゲットの下に高精度シム（SHI）を挿入して傾きを調整します。この工程をもう一方のマニュアルステージでも繰り返します。最後に、高精度手動ステージを用いて集光レンズの位置を変化させながら、ターゲット上に12箇所の穴をあけます。最も小さな穴が形成された時の集光レンズの位置が集焦点となります。実際の測定は暗所で行ってください。ただし、撮影のために、アブレーションを行う際に一部の光を使用しました。まず、集光レンズを焦点から約 50 microns の距離まで上げます。次に、画像をキャプチャするため、プローブパルス光路上の遅延ステージを 0.3 millimeters 間隔で移動させます。10 psに達するまで2 psごとに、または、480 psに達するまで20 psごとに画像をキャプチャするために3 mmの間隔で、この操作を行います。再現性と精度を確保するため、このプロセスを数回繰り返します。最終ステップとして、焦点レンズを焦点から約50 µmの距離まで下げて、画像をキャプチャします。ここでも、連続的な遅延時間における銅プラズマ膨張の結果得られたシャドウグラフ画像を示します。これらの画像は、焦点がターゲット表面のわずかに上およびわずかに下にある場合に対応しています。ここでは、焦点がターゲット表面のわずかに上およびわずかに下にある場合の、縦方向および径方向の膨張位置をプロットしています。これら2つのケースにおける縦方向の膨張は、最初の100 picosecondsの間で大きく異なります。第1のケースでは、100 picoseconds以内の初期プラズマは、複数の層からなる1次元的な膨張構造を持っています。第2のケースでは、初期プラズマは2次元的な膨張構造を持ち、100 picosecondsの間でほとんど変化しません。しかし、その後の400 picosecondsにおける縦方向の膨張および径方向の膨張は、互いに似ています。ここでは、焦点がターゲット表面のわずか上にあるときの電子密度のシミュレーションを通じて、初期プラズマ進化のメカニズムを調査するためのシミュレーションモデルを使用します。タイムゼロは、レーザーパルスのピークがターゲット表面に到達した時点として定義されます。同様のモデルを用いて、焦点がターゲット表面のわずかに下に位置する場合についても検討しています。シミュレーションによる初期のプラズマ進化プロセスは、測定結果とよく一致しています。これら両方のケースにおいて、シミュレーションモデルを用いた第一のケースでは1 ps以内に初期プラズマが形成されることが予測されており、この初期プラズマは空気絶縁破壊領域と銅プラズマ領域を持つことがわかっています。第二のケースでは、空気の絶縁破壊はまず多光子電離によって引き起こされ、次いでアバランシェ電離が起こります。しかし、焦点がターゲット表面の下にあるため、独立した空気絶縁破壊領域は形成されません。その代わりに、銅プラズマ前面付近で空気の電離が起こります。これは、銅ターゲットから放出された自由電子による衝突電離が原因です。この手法により、超短パルスレーザー分野の研究者が、アブレーションプロセスにおける初期のプラズマ進化を探索する道が開かれました。このビデオを視聴することで、プラズマ測定のためのシャドウグラフの使用方法について十分に理解できるはずです。

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ヘリウムで作動するkHz周波数プラズマジェットの実験装置が作成されました。このセットアップには、プラズマ電源とジェット用のケージと、周囲の大気の干渉なしにプラズマによって誘導される反応種を監視するための自社製原子炉が含まれています。...

反応種の形成を調査するための大気圧プラズマのセットアップ

高解像度のクーロン爆発イメージングセットアップを使用して、分子回転波パケットのリアルタイムムービーを作成するためのプロトコルを提示します。...

レーザー駆動の超高速分子回転のダイレクトイメージング

この記事では、CO 2 、N 2 、およびCH 4などの安定な分子の変換/活性化の適用のための効率的な非平衡化学反応を駆動するために使用される流動マイクロ波反応器について説明する。ここで説明する手順の目標は、 現場のガス温度とガス変換を測定することです。...

効率的な高温化学反応のための非平衡マイクロ波プラズマ

このプロトコルでは、実行して気相分子の超高速の光化学反応を研究するために自由電子レーザーを用いたフェムト秒光レーザーを組み合わせたポンプ ・...

実験的プロトコル フェムト秒近赤外/紫外-自由電子レーザーによる XUV ポンプ ・ プローブ実験

分子解離は、多原子のラジカル陽イオンに超高速の振動コヒーレンスをプロービングのためのプロトコルを提案します。...

強いフィールド断熱イオンとラジカル陽イオン多原子の超高速振動コヒーレンスの測定

この研究の主な目的は、ラングミュアプローブや発光プローブに馴染みのない研究グループが、特にプラズマ境界付近で、それらをプラズマ診断として利用しやすくすることです。そのために、すぐに手に入る材料や消耗品からプローブを構築する方法を紹介します。...

低圧・低温プラズマのプラズマポテンシャル測定のためのラングミュアプローブとエミッシブプローブの構築

サーモプラズモニック穿刺法は、共焦点顕微鏡、光ピンセット、金ナノ粒子を統合して、細胞や巨大な単層小胞の原形質膜修復中のタンパク質応答を研究します。この技術により、迅速かつ局所的な膜穿刺が可能になり、複雑な原形質膜修復機構における重要なタンパク質とその機能的役割を同定することができます。...

生細胞およびモデル膜における原形質膜修復研究のための熱プラズモニックアプローチ

学ぶ 超短レーザーパルスにより誘起された初期プラズマの進化をシャドーグラフィ法と高時間分解能イメージングで可視化する手法。焦点位置の違いがプラズマダイナミクスに与える影響を明らかにし、材料加工やレーザー診断技術の発展に貢献する。

超短レーザーパルスにより誘起された初期プラズマの進化の解明

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