Name: 초기 플라즈마 진화의 조사는 극단으로 짧은 레이저 펄스에 의해 유도된 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-07-02T08:02:00.000+00:00
Duration: 11 min 20 s
Description: 학습하세요 극단적으로 짧은 레이저 펄스로 유도된 초기 플라즈마 진화를 조사하는 방법을. 펌프-프로브 동기화와 섀도그래프 영상 기법을 활용하여 높은 시간 및 공간 해상도로 플라즈마 역학을 시각화합니다.

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

저자들은 기꺼이 국립 과학 재단 (CMMI-0653578, CBET-0853890 부여 없음)으로 본 연구를 위해 제공되는 재정 지원을 인정하고 싶습니다.

1. 광학 시스템 설치 (그림 1) <ol><li> 반 파장 판과 레이저 펄스 에너지를 조정하는 레이저 출력을 다음과 편광판을 설정합니다. </li><li> 펌프 펄스와 탐침 펄스 두 개의 펄스로 레이저 펄스를 분할하기 위해 편광판 후 빔 스플리터를 설정합니다. </li><li> 펌프 펄스에 대한 광 지연 장치를 구성하는 4 가지 반사 거울과 수동 translational 단계를 사용하십시오. </li><li> 수직으로 대상 표면에 도달 펌프 펄스를 안내하기 위해 다시 넉 반사 거울을 사용합니다. </li><li> 800 NM ~ 400 NM에서 레이저 펄스 파장 변환하는 두 번째 고조파 생성기 (SHG)를 설정합니다. </li><li> 800-nm의 펄스를 전송 및 400 nm의 펄스를 반영하기 위해 고조파 구분 기호를 사용합니다. </li><li> 빔 감속기 및 프로브 펄스의 크기와 융합을 조정할 focally 렌즈 한쌍을 설정합니다. </li><li> 프로브 펄스에 대해 같은 단계 1.3에 언급된 다른 광 지연 장치, 설정합니다. </li><li> 의 영역을 조정하기 위해 아이리스 링을 사용하여프로브 펄스와 탐침 펄스가 수평으로 대상 표면을 통과하고 펌프 펄스와 교차 확인하십시오. </li><li> 심화 전하 결합 소자 (ICCD) 카메라에 접수되는 플라즈마 영역의 이미지를 생성하기 위해 두 목적 렌즈와 여러 필터를 설정합니다. </li><li> 컴퓨터, 레이저, ICCD 카메라와 BNC 케이블이나 USB 케이블을 사용하여 컨트롤러를 연결합니다. </li><li> 카메라 프로브 펄스의 이미지를 캡처까지 카메라 컨트롤러의 지연 시간을 조정합니다. 따라서 프로브 펄스와 카메라가 동기화됩니다. </li></ol> 2. 펌프 - 프로브 동기화 <ol><li> 펌프 펄스와 탐침 펄스의 교차로 빔 스플리터를 삽입하고,이 두 펄스를 수신하기 위해 두 photodiodes를 설정합니다. 이 두 photodiodes 거리 빔 스플리터로부터 같은 거리에 있어야합니다. </li><li> 이 두 photodiodes의 신호를받을 수있는 오실로 스코프를 사용하여 프로까지 펌프 펄스 빔 경로에 지연 스테이지를 이동펌프 펄스와 탐침 펄스의 파일은 오실로 스코프 화면에서 서로 겹칠. 20 PS의 정확성은 오실로 스코프의 시간적 해상도로 인하여 이루어진다. </li><li> 빔 스플리터와 같은 단계 2.1에서 언급한 두 photodiodes를 제​​거합니다. </li><li> 공기 분할 영역이 바로 ICCD 화면에 관측할 수 있었을 때까지 펌프 펄스 빔 경로에 지연 단계를 조정합니다. 공기 고장의 형성은 균일한 배경 대신에 포착할 수 시간은 지연 시간 제로으로 결정됩니다. </li></ol> 3. 샘플 및 무대 준비 <ol><li> 자유의 세 정도로 시료를 이동하기 위해 실험실 - 잭 두 수동 선형 단계를 설정합니다. </li><li> 단계 높은 평탄도를 달성하기 위해 다이얼 표시기 및 높은 정밀도 shims를 사용하십시오. 높이 차이는 25.4 mm의 거리 당 1 μm의 내에 있어야합니다. </li><li> 밀링을 사용하여 0.8 mm의 두께로 잘라내기 시트 밖으로 정사각형 조각 (30mm × 30mm)을 잘라기계. </li><li> 표면 거칠기는 아래 0.5 μm의 때까지 잘라내기 조각의 좁은 측면 (30mm × 0.8 mm)을 갈고 닦아서. </li><li> 광택 좁은 얼굴을 들고 가기 수동 무대에서 잘라내기 조각을 수정합니다. </li><li> 어떤 기울기는 목표 아래 고정밀 shims를 삽입하여 조정할 수 있도록 ICCD 카메라를 통해 위치를 모니터링하면서 단계 3.1)에 언급된 사람과 수동 단계로 표적을 이동합니다. </li><li> 다른 수동 단계와 단계 3.6을 반복합니다. </li><li> 삼분의 일 고정밀 설명서 단계로 초점 렌즈의 위치를​​ 다양하면서 대상에 구멍 다스 드릴 다운하십시오. 초점 위치는 작은 구멍이 뚫고 있습니다 초점 렌즈의 위치에 해당합니다. </li></ol> 4. 절제 및 측정 <ol><li> 최대 거리 초점에서 약 50 μm의의 거리까지 초점 렌즈를 이동합니다. </li><li> 또는, 10 PS까지 이미지를 매 2 PS를 캡처하기 위해 0.3 mm의 간격으로 프로브 펄스 빔 경로에 지연 스테이지를 이동480 PS까지 이미지를 매 20 PS를 캡처는 3 mm의 간격으로. </li><li> repeatability 정확하게 몇 번위한 단계 4.2 반복합니다. </li><li> 거리에 초점에서 약 50 μm의의 거리 초점 렌즈를 아래로 이동하고, 단계 4.3 반복합니다. </li></ol> 5. 대표 결과 측정 그림자 그림 이미지는 그림에 표시됩니다. 2와 그림. 3, 각각 약간 타겟 표면 위에 아래의 초점에 대한. 세로과 요골 확장 위치는 그림 꾸몄다됩니다. 4와 그림. 5. 처음 100 PS에이 두 사건의 세로 확장 크게 다를 수 있지만, 다음 400 PS하고 레이디얼 확장 그들의 세로 확장이 비슷합니다. 첫번째 사례의 경우, 100 PS 이내 초기 플라즈마는 여러 레이어로 구성된 1 차원 확장 구조를 가지고 있습니다. 두 번째 경우, 초기 PL에 대한asma은 100 PS 내에 많이 변경되지 않는 2 차원 확장 구조를 가지고 있습니다. 시뮬레이션 모델은 12 초에 플라즈마 진화의 메커니즘을 조사하는 데 사용됩니다. 시간 제로는 레이저 펄스 피크가 대상 표면을 도달 시간으로 정의됩니다. 그림과 같이 가상의 초기 플라즈마 진화 과정은이 두 사건 모두에 대해 측정된 결과와 잘 동의합니다. 6과 그림. 각각 7,. 한 PS 이내 초기 플라즈마의 형성은 또한 시뮬레이션 모델을 사용하여 첫 번째 경우에 대해 예측하고 그림에 표시됩니다. 8. 초기 플라즈마는 공기 분석 지역 및 잘라내기 플라즈마 영역을 가지고 발견됩니다. 에어 고장 먼저 다중 광자 이온화에 의해 발생 후 눈사태 이온화 뒤에있다. 두 번째 사례의 경우 단, 초점은 아래 대상 표면이며, 별도의 공기 분석 지역은 형성되지 않습니다. 대신, 공기 이온화는 잘라내기 괞찮아 근처에서 발생SMA 전면하며 잘라내기 대상에서 나옵 자유 전자로 충격 이온화 인하여 때문에 발생합니다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig1.jpg" /> 그림 1. 펌프 - 프로브 그림자 그림 측정의 도식. <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig2.jpg" /> 약간 표면 위에 초점과 연속 지연 시간에 그림 2. 잘라내기 플라즈마 확장. 레이저 파장 : 800 nm의, 펄스 지속 시간 : 100 FS, 전력 밀도 : 4.1 × 10 14 W / cm 2; 대상 : 잘라내기. <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig3.jpg" /> 약간 표면 아래의 초점과 연속 지연 시간에 그림 3. 잘라내기 플라즈마 확장. 레이저 파장 : 800 nm의, 펄스 지속 시간 : 100 FS, 전력 밀도 : 4.1 × 10 14 W / cm 2; 대상 : 잘라내기. &lt;IMG 고도 = &quot;그림 4&quot;SRC = &quot;/ files/ftp_upload/4033/4033fig4.jpg&quot;/&gt; 그림 4. 플라즈마 길이와 약간 표면 위에 초점과 연속 지연 시간에 방사상 확장 위치. 레이저 파장 : 800 nm의, 펄스 지속 시간 : 100 FS, 전력 밀도 : 4.1 × 10 14 W / cm 2; 대상 : 잘라내기. <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig5.jpg" /> 그림 5. 약간 표면 아래의 초점과 연속 지연 시간에 플라즈마 세로과 요골 확장 위치. 레이저 파장 : 800 nm의, 펄스 지속 시간 : 100 FS, 전력 밀도 : 4.1 × 10 14 W / cm 2; 대상 : 잘라내기. 그림 6. 약간 표면 위에 초점 70 PS의 지연 시간 내에 측정 및 계산 플라즈마 확장의 애니메이션. 레이저 파장 : 800 nm의, 펄스 지속 시간 : 100 FS, 전력 밀도 : 4.1 × 10 14 </suP&gt; W / cm 2; 대상 : 잘라내기. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4033/4033movie6.avi" target="_blank">애니메이션을 보려면 여기를 누르십시오</a> . 그림 7. 약간 표면 아래에 초점 70 PS의 지연 시간 내에 측정 및 계산 플라즈마 확장의 애니메이션. 레이저 파장 : 800 nm의, 펄스 지속 시간 : 100 FS, 전력 밀도 : 4.1 × 10 14 W / cm 2; 대상 : 잘라내기. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4033/4033movie7.avi" target="_blank">애니메이션을 보려면 여기를 누르십시오</a> . 그림 8. 약간 표면 위에 초점 : 1 개 PS의 지연 시간 내에 측정 및 계산 플라즈마 확장의 애니메이션. 레이저 파장 : 800 nm의, 펄스 지속 시간 : 100 FS, 전력 밀도 : 4.1 × 10 14 W / cm 2; 대상 :. 잘라내기 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4033/4033movie8.avi" target="_blank">애니메이션을 보려면 여기를 누르십시오 &lt;</a>/ a&gt;를 참조하십시오.

<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>

관심의 어떠한 충돌 선언 없습니다.

본 논문에서 제시된 측정 및 시뮬레이션 방법은 초기 플라즈마 역학과 공기 잘라내기 모두 이온화 메카니즘에 대한 이해의보다 정확한 진단을 가능하게합니다. 높은 품질의 플라즈마 구조는 1 PS 1 μm의의 공간적 해상도의 시간적 해상도로 캡처된다. 이 측정은 너무 높은 repeatability 있습니다. 중요한 절차는 잘 빔을 정렬 높은 평탄뿐만 아니라 낮은 거칠기와 대상 표면을 준비하는 것입니다. 이 접근법은 다른 대상 자료와 다양한 레이저 매개 변수에 적용할 수 있습니다. 펌프 - 프로브 그림자 그림 방법의 유일한 제한은 너무 낮은 전자 번호 밀도 편차입니다.

<table border="1"><tbody><tr><td> 장비의 명칭 </td><td> 회사 </td><td> 카탈로그 번호 </td></tr><tr><td> 레이저 </td><td> 스펙트럼 - 물리 </td><td> SPTF-100F-1K-1P </td></tr><tr><td> ICCD 카메라 </td><td> 프린스턴 인 스트 루먼트 </td><td> 7467-0028 </td></tr><tr><td> 오실로 스코프 </td><td> Rigol </td><td> DS1302CA </td></tr><tr><td> Photodiode </td><td> 뉴 포트 </td><td> 818-BB30 </td></tr><tr><td> 리니어 스테이지 </td><td> 뉴 포트 </td><td> 433 </td></tr><tr><td> 표시기를 걸기 </td><td> Mitutoyo </td><td> ID-C112E </td></tr></tbody></table>

초기 플라즈마 진화의 조사는 극단으로 짧은 레이저 펄스에 의해 유도된

Investigation of Early Plasma Evolution Induced by Ultrashort Laser Pulses

초기 플라즈마가 타겟의 고휘도 레이저 조사와 후속 대상 물질 이온화로 인하여 생성됩니다. 그 역학, 특히 공기 환경 1-11에서 레이저 재료 상호 작용에 중요한 역할을한다. 초기 플라즈마 진화는 펌프 - 프로브 shadowgraphy 1-3과 간섭 측정법 1,4-7 통해 캡처되었습니다. 그러나, 시간 프레임을 공부하고 적용 레이저 매개 변수 범위가 제한됩니다. 예를 들어 레이저 펄스 피크에 대하여 100 picosecond (PS)의 지연 시간 내에 플라즈마 앞에 위치 및 전자 숫자 밀도의 직접적인 시험은 특히 100 femtosecond 주위 기간의 극단으로 짧은 펄스 (FS)에 대해 여전히 매우 소수이며, 10 14 W / cm 2 주변의 낮은 전력 밀도. 이러한 조건 하에서 생성된 초기 플라즈마는 높은 시간적 및 공간적 해상도 12로 최근에 점령당했습니다. 자세한 설치 전략 및이 고정밀 측정 절차는이 문서에 설명된됩니다. 측정의 근거는 광학 펌프 - 프로브 shadowgraphy입니다 : 둘 사이의 지연 시간이 그들의 빔 경로 길이를 변경하여 조정할 수있는 반면 한 극단으로 짧은 레이저 펄스는 펌프 펄스와 탐침 펄스로 나뉩니다. 펌프 맥박이 목표를 ablates하고 초기 플라즈마를 생성하고, 프로브 펄스 플라즈마 영역을 통해 전파 및 전자 개수 밀도의 비 균일를 감지합니다. 또한, 애니메이션은 심판의 시뮬레이션 모델에서 계산된 결과를 사용하여 생성됩니다. 12 매우 높은 해상도 (0.04 ~ 1 PS)과 플라즈마 형성 및 진화를 설명하기. 실험 방법과 시뮬레이션 방법 모두 시간 프레임과 레이저 매개 변수의 다양한 적용할 수 있습니다. 이러한 방법은 금속에서뿐만 아니라, 반도체와 절연체에서뿐만 아니라 생성된 초기 혈장을 검사하는 데 사용할 수 있습니다.

초단파의 레이저 펄스에 의해 유도된 초기 플라즈마 진화를 검사하는 실험적인 방법을 설명합니다. 이 방법을 사용하여 초기 플라즈마의 높은 품질의 이미지는 높은 시간적 및 공간적 해상도로 얻을 수 있습니다. 소설 통합 원자론의 모델은 초기 플라즈마의 메커니즘을 시뮬레이션하고 설명하는 데 사용됩니다.

타겟에 대한 고강도 레이저 조사와 그에 따른 타겟 물질의 이온화로 인해 초기 플라즈마가 생성됩니다. 이러한 동역학은 ...

본 실험의 목적은 높은 시간 및 공간 분해능으로 초단파 레이저 펄스에 의해 유도된 초기 플라스마 진화를 조사하는 것입니다. 이는 하나의 초단파 레이저 펄스를 펌프 펄스와 프로브 펄스로 분리하는 광학 시스템을 구축함으로써 달성됩니다. 두 번째 단계로서.펌프 펄스와 프로브 펄스를 동기화하여 광학 지연 장치의 지연 시간 0점을 설정합니다. 그다음 시료 상단 표면의 평탄도를 높이고 시료 상단 표면이 프로브 펄스와 평행하도록 시료와 스테이지를 준비합니다. 이어서 초점 위치를 타겟의 약간 위쪽과 약간 아래쪽으로 설정하여 어블레이션을 수행합니다.펌프 펄스는 타겟을 어블레이션하여 초기 플라즈마를 생성하고, 프로브 펄스는 플라즈마 영역을 통과하며 전자 수 밀도의 불균일성을 감지합니다. 최종적으로, 측정된 섀도그래프 이미지를 통해 연속적인 지연 시간에 따른 플라즈마 팽창 결과가 나타납니다. 또한, 계산된 결과를 사용하여 플라즈마의 형성 및 진화 과정을 매우 높은 해상도로 보여주는 애니메이션이 생성됩니다.이 방법은 초점 위치의 영향 및 초기 플라즈마 진화가 레이저 어블레이션에 미치는 영향과 같은 Outshot lead 분야의 핵심 질문들에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 함의는 초단파 펄스 레이저의 개발 및 효과적인 사용으로 확장되는데, 이는 초단파 레이저 지속 시간 동안 초기 플라즈마에 의해 얼마나 많은 에너지가 흡수되는지, 그리고 이것이 다양한 진단 및 재료 가공 작업을 위한 플라즈마 장의 증폭에 어떻게 사용될 수 있는지를 보여주기 때문입니다. 펌프-프로브(pump-probe) 및 섀도그래프(shadowgraph) 측정을 위해 구성된 광학 시스템은 레이저 펄스 에너지를 조절하기 위해 레이저 출력단 뒤에 반파장판(half wave plate)과 편광판(polarizer)이 배치되어 있습니다.편광자 뒤의 빔 분할기가 레이저 펄스를 펌프 펄스와 프로브 펄스의 두 펄스로 분할합니다. 4개의 반사 거울과 수동 이동 스테이지를 사용하여 펌프 펄스용 광학 지연 장치를 구성합니다. 또 다른 4개의 반사 거울이 펌프 펄스를 유도하여 타겟 표면에 수직으로 도달하게 합니다.제2 고조파 발생기를 통해 레이저 펄스의 파장을 800 nanometers에서 400 nanometers로 변환합니다. 그다음 고조파 분리기가 800 nanometer 펄스는 투과시키고 400 nanometer 펄스는 반사합니다. 이어서 빔 리듀서가 배치됩니다.프로브를 위한 또 다른 광학 지연 장치입니다. 펄스는 4개의 반사 거울을 사용하여 구성되며, 한 쌍의 초점 렌즈로 프로브 펄스의 크기와 수렴도를 조절합니다. 아이리스 링을 통해 프로브 펄스의 영역을 조절하며, 프로브 펄스가 타겟 표면을 수평으로 통과하여 대물렌즈 및 여러 필터 옆에서 펌프 펄스와 교차하게 함으로써, 강화 전하결합소자(intensified charged coupled device) 카메라로 수신될 플라스마 영역의 이미지를 생성합니다.마지막으로 컴퓨터, 레이저, ICCD 카메라 및 컨트롤러를 BNC 케이블 또는 USB 케이블로 연결하고, 카메라가 프로브의 이미지를 캡처할 때까지 카메라 컨트롤러의 지연 시간을 조정합니다. 프로브 펄스와 카메라 펌프 프로브 동기화를 효과적으로 일치시키기 위해, 펌프 펄스와 프로브 펄스의 교차점에 빔 스플리터를 배치하고 두 개의 포토다이오드로 두 펄스를 수신하여 동기화를 수행합니다. 이 두 포토다이오드는 빔 스플리터로부터 동일한 거리에 위치해야 합니다.그 후, 두 포토다이오드의 신호를 수신하기 위해 오실로스코프를 사용하여 빔 분할기를 제거합니다. 펌프 펄스와 프로브 펄스의 프로파일이 오실로스코프 화면에서 서로 겹칠 때까지 펌프 펄스 빔 경로에 있는 지연 스테이지를 이동시킵니다. 동기화 후 오실로스코프의 시간 분해능에 따라 20 picoseconds의 정확도가 달성됩니다.두 개의 포토다이오드를 제거합니다. ICCD 화면에서 공기 절연 파괴 영역이 막 관찰되기 시작할 때까지 펌프 펄스 빔 경로의 지연 스테이지를 조정합니다. 균일한 배경 대신 공기 절연 파괴의 형성이 검출되는 시점을 지연 시간 0으로 결정합니다.이 기술의 핵심은 타겟이 플라즈마 이미지의 어느 부분도 가리지 않도록 하는 것입니다. 이는 시료 상단 표면의 평탄도를 높게 유지하고, 시료 상단 표면이 프로브 경로와 평행하도록 시료와 스테이지를 준비함으로써 달성할 수 있습니다. 랩 잭과 두 개의 수동 리니어 스테이지를 설치하여 스테이지 준비를 시작하십시오.3자유도 이동 장치, 사용자 다이얼 인디케이터 및 고정밀 심(shim)을 순서대로 사용하여 샘플을 이동시킵니다. 스테이지의 높은 평탄도를 달성하기 위해, 높이 차이는 25.4 mm 거리당 1 µm 이내여야 합니다. 다음으로, 밀링 머신을 사용하여 두께 0.8 mm의 구리 판에서 정사각형 조각을 절단하여 샘플을 준비합니다. 연마기를 사용하여 구리 조각의 좁은 면의 표면 거칠기가 0.5 µm 미만이 될 때까지 연마합니다.광택 처리된 좁은 면이 위를 향하도록 하여 구리 조각을 상단 수동 스테이지에 고정합니다. ICCD 카메라를 통해 위치를 모니터링하면서 타겟을 하나의 수동 스테이지로 이동시켜, 타겟 아래에 고정밀 SHI를 삽입하여 기울기를 조정할 수 있도록 합니다. 다른 수동 스테이지에 대해서도 이 과정을 반복합니다.마지막으로, 고정밀 수동 스테이지를 사용하여 초점 렌즈의 위치를 변경하면서 타겟에 12개의 구멍을 뚫습니다. 초점 위치는 가장 작은 구멍이 뚫린 초점 렌즈의 위치에 해당합니다. 실제 측정은 암실에서 수행해야 합니다.하지만 촬영을 위해 절제(ablation)를 수행하는 데 약간의 빛이 사용되었습니다. 먼저, 초점 렌즈를 초점에서 약 50 microns 떨어진 거리까지 위로 이동시킵니다. 그런 다음 이미지를 캡처하기 위해 프로브 펄스 빔 경로에 있는 지연 스테이지를 0.3 millimeters 간격으로 이동시킵니다.10 ps에 도달할 때까지 2 ps마다, 또는 480 ps에 도달할 때까지 20 ps마다 이미지를 캡처하기 위해 3 mm 간격으로 진행합니다. 재현성과 정확성을 위해 이 과정을 여러 번 반복합니다. 마지막 단계로, 초점 렌즈를 초점에서 약 50 µm 떨어진 거리까지 내린 후 이미지를 캡처합니다.다시 한번, 연속적인 지연 시간에서 구리 플라즈마 팽창으로 인해 생성된 측정 섀도그래프 이미지들을 보여줍니다. 이 이미지들은 초점이 타겟 표면보다 약간 위쪽 또는 약간 아래쪽에 위치했을 때에 해당합니다. 여기에서는 초점이 타겟 표면의 약간 위쪽과 약간 아래쪽에 있을 때의 종방향 및 반경방향 팽창 위치를 도식화하였습니다.이 두 사례의 종방향 팽창은 초기 100 ps 동안 상당히 다르게 나타납니다. 첫 번째 사례의 경우, 100 ps 이내의 초기 플라즈마는 여러 층으로 구성된 1차원 팽창 구조를 가집니다. 두 번째 사례의 경우, 초기 플라즈마는 100 ps 이내에 크게 변하지 않는 2차원 팽창 구조를 보입니다. 그러나 이후 400 ps 동안의 종방향 팽창과 반경 방향 팽창은 서로 유사합니다. 본 연구에서는 초점이 타겟 표면보다 약간 위에 위치할 때의 시뮬레이션 전자 밀도를 통해 초기 플라즈마 진화 메커니즘을 조사하기 위해 시뮬레이션 모델을 사용합니다.시간 0은 레이저 펄스의 피크가 타겟 표면에 도달하는 시점으로 정의됩니다. 동일한 모델을 사용하여 초점이 타겟 표면보다 약간 아래에 있을 때의 상황을 탐색합니다. 시뮬레이션된 초기 플라즈마 진화 과정은 측정 결과와 잘 일치합니다.이 두 가지 경우 모두에서, 시뮬레이션 모델을 사용한 첫 번째 사례에서는 1 ps 이내에 초기 플라즈마가 형성되는 것으로 예측되었으며, 이 초기 플라즈마는 공기 절연 파괴 영역과 구리 플라즈마 영역을 갖는 것으로 나타났습니다. 두 번째 사례의 경우, 공기 절연 파괴는 먼저 다광자 이온화에 의해 발생한 후 전자 사태 이온화가 뒤따랐습니다. 하지만 초점이 타겟 표면 아래에 위치하여 별도의 공기 절연 파괴 영역은 형성되지 않았습니다.대신에, 구리 플라즈마 전면 근처에서 공기 이온화가 발생하며, 이는 구리 타겟의 전개 후 방출된 자유 전자에 의한 충격 이온화로 인해 발생합니다. 이 기술은 아트 샷 레이저 분야의 연구자들이 어블레이션 과정에서의 초기 플라즈마 진화를 탐구할 수 있는 길을 열어주었습니다. 이 영상을 시청하고 나면, 플라즈마 측정을 위해 섀도그래프를 사용하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.

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

Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

토양에 닮은 LIBS 검출 기능은 펄스 에너지 및 타이밍 파라미터의 범위를 사용하여 시험 하였다. 교정 곡선은 다른 매개 변수에 대한 검출 한계 및 감도를 결정하는 데 사용 하였다. 일반적으로, 결과는 낮은 펄스 에너지 및 비 게이트 탐지를 사용하여 탐지 기능에 상당한 감소가없는 것으로 나타났다.

토양 닮은를 사용하여 펄스 에너지 및 타이밍 매개 변수에 대한 레이저 유도 내역 분광학 결과의 의존

시간이 해결 원자와 이원자 분자 종은 LIBS를 사용하여 측정된다. 스펙트럼은 Nd 개의 광학 항복 플라즈마의 생성 다음 다양한 시간 지연에 수집된다 : YAG 레이저 방사선 및 전자 밀도와 온도를 추론하기 위해 분석된다.

측정 및 수소 원자와 이원자 분자 무조건, C 분석<sub&gt; 2</sub&gt;, CN, 및 티오 스펙트럼 뒤에 오는 레이저 광에 의한 고장

새로운 절제 물질과 수치 모델링의 개발에는 광범위한 실험적 조사가 필요합니다. 이 프로토콜은 플라즈마 흐름에서 물질 반응 특성화를 위한 절차를 설명하며, 핵심 기술은 방출 분광법(emission spectroscopy)에 의한 반응성 경계층의 화학적 성질과 함께 물질 후퇴를 추적하는 비간섭적 방법입니다.

Plasmatron에서 절제 재료 시험 중에 방출 분광 경계 계층 조사

X 선 스펙트럼은 고온 플라즈마에 풍부한 정보를 제공합니다. 이 원고는 공간적으로 토카막 플라즈마 중간 원자 번호 원소의 수소와 헬륨 등의 이온을 확인하는 데 사용되는 X 선 분광계 이미징 높은 파장 해상도의 동작을 제공합니다.

하이 온도 플라즈마 진단으로 사용하기 위해 X 선 영상 크리스탈 분광학 적용

헬륨 작동 kHz 주파수 플라즈마 제트에 대한 실험 설정이 만들어졌습니다. 이 설정에는 플라즈마 전원 공급 장치 및 제트를 위한 케이지와 주변 대기의 간섭 없이 플라즈마 유도 반응 종을 모니터링하기 위해 자체 제작한 반응기가 포함됩니다.

대기압 플라즈마 설치 프로그램은 반응성 종 형성을 조사하기

고해상도 쿨롱 폭발 이미징 설정을 사용하여 분자 회전파 패킷의 실시간 동영상을 만들기 위한 프로토콜을 제시합니다.

레이저 기반 초고속 분자 회전의 직접 이미징

이 기사는 CO 2 , N 2 및 CH 4 와 같은 안정한 분자의 변환 / 활성화의 적용을위한 효율적인 비평 형 화학 반응을 유도하는 데 사용되는 유동 마이크로파 반응기에 대해 설명합니다. 여기에 설명 된 절차의 목표는 현장 가스 온도 및 가스 변환을 측정하는 것 입니다 .

효율적인 고온 화학을위한 비평 형 마이크로 웨이브 플라즈마

이 프로토콜 수행 및 펌프-프로브 실험-기체 분자에 초고속 광화학 반응을 공부 하기 위하여 펨 자유 전자 레이저와 광학 레이저를 결합 분석에 대 한 주요 단계를 설명 합니다.

실험 프로토콜에 대 한 펨 NIR/UV-자유 전자 레이저와 진공 극 자외선 펌프-프로브 실험

선물이 초고속 진동 일관성 polyatomic 급진적인 양이온을 분자 분리를 프로 빙에 대 한 프로토콜.

Polyatomic 급진적인 양이온으로 강한 분야 단 열 이온화에 초고속 진동 일관성의 측정

이 연구의 주요 목표는 Langmuir 프로브 및 발광 프로브에 익숙하지 않은 연구 그룹이 특히 플라즈마 경계 근처에서 플라즈마 진단으로 더 쉽게 사용할 수 있도록 하는 것입니다. 우리는 쉽게 구할 수 있는 재료와 공급품으로 프로브를 만드는 방법을 보여줌으로써 이를 수행합니다.

저압, 저온 플라즈마에서 플라즈마 전위 측정을 위한 Langmuir 프로브 및 방출 프로브 구축

열플라즈몬 천공법은 공초점 현미경, 광학 핀셋 및 금 나노 입자를 통합하여 세포 및 거대 단층 소포에서 원형질막 복구 중 단백질 반응을 연구합니다. 이 기술은 빠르고 국소적인 막 천자를 가능하게 하여 복잡한 원형질막 수리 기계에서 주요 단백질과 그 기능적 역할을 식별할 수 있습니다.

살아있는 세포 및 모델 막의 원형질막 복구를 조사하기 위한 열플라즈몬 접근법

학습하세요 극단적으로 짧은 레이저 펄스로 유도된 초기 플라즈마 진화를 조사하는 방법을. 펌프-프로브 동기화와 섀도그래프 영상 기법을 활용하여 높은 시간 및 공간 해상도로 플라즈마 역학을 시각화합니다.

초기 플라즈마 진화의 조사는 극단으로 짧은 레이저 펄스에 의해 유도된

더 많은 동영상 탐색