Name: Investigação da Evolução Plasma Precoce Induzida por Pulsos ultracurtos de laser (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-07-02T08:02:00.000+00:00
Duration: 11 min 20 s
Description: Aprenda a investigar a evolução precoce do plasma induzida por pulsos ultracurtos de laser com alta resolução temporal e espacial. Este método utiliza técnica de bomba-sonda e imagem de sombra para visualizar dinâmicas de plasma.

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Os autores gostariam de agradecer o apoio financeiro previsto para este estudo pela National Science Foundation (Grant n º: CMMI-0653578, CBET-0853890).

1. Configuração do sistema óptico (Fig. 1) <ol><li> Configurar uma placa de meia onda e um polarizador após a saída do laser para ajustar a energia de pulso de laser. </li><li> Configurar um divisor de feixe após o polarizador para dividir o pulso de laser de dois pulsos: pulso bomba e pulso sonda. </li><li> Use quatro espelhos que refletem e um palco manual de translação para a construção de um dispositivo de retardo óptico para o pulso da bomba. </li><li> Use outros espelhos quatro reflectoras para guiar o pulso de bomba para alcançar a superfície do alvo verticalmente. </li><li> Configurar um gerador de segunda harmónica (SHG) para transformar o laser de comprimento de onda de impulso a partir de 800 nm a 400 nm. </li><li> Usar um separador harmónica para transmitir o impulso de 800-nm e reflectem o pulso 400 nm. </li><li> Configurar um redutor de feixe e um par de lentes focalmente para ajustar o tamanho ea convergência do pulso sonda. </li><li> Configurar outro dispositivo atraso óptico, como mencionado no passo 1.3, para o pulso de sonda. </li><li> Use um anel Iris para ajustar a área dosonda de pulso e certifique-se o pulso de sonda passar a superfície do alvo na horizontal e se cruzam com a pulsação da bomba. </li><li> Configurar duas lentes objectivas e vários filtros para gerar a imagem da região de plasma a ser recebido pelo intensificada dispositivo de carga acoplada (ICCD) da câmara. </li><li> Ligue o computador, o laser, a câmera ICCD e seu controlador usando cabos BNC ou cabos USB. </li><li> Ajustar o tempo de atraso do controlador da câmara até a câmara capta uma imagem do pulso sonda. Assim, o pulso de sonda ea câmera estão sincronizados. </li></ol> 2. Bomba sonda-Sincronização <ol><li> Coloque um divisor de feixe na intersecção do pulso da bomba e do pulso da sonda, e criar dois fotodíodos para receber estes dois pulsos. Estes dois fotodíodos deve ter uma mesma distância a partir do divisor de feixe. </li><li> Use um osciloscópio para receber os sinais destes dois fotodíodos, e mover-se a fase de atraso no caminho do feixe bomba de pulsação até o próarquivos do pulso da bomba e do pulso sonda sobrepõem uns aos outros na tela osciloscópio. Uma precisão de 20 ps é conseguida devido à resolução temporal do osciloscópio. </li><li> Remover o divisor de feixe e os dois fotodíodos conforme mencionado na etapa 2,1. </li><li> Ajuste o estágio de atraso no caminho feixe de bombeio de pulso até a região de ruptura ar só poderia ser observado na tela ICCD. O momento em que a formação de repartição de ar pode ser detectado em vez de um fundo uniforme é determinada como zero tempo de atraso. </li></ol> 3. Amostra e Preparação Estágio <ol><li> Montou um laboratório-jack e dois manuais fases lineares, a fim de mover a amostra com três graus de liberdade. </li><li> Utilizar um indicador de marcação e calços de alta precisão para alcançar uma elevada planeza dos estágios. A diferença de altura deve estar dentro de 1 mM por uma distância de 25,4 mm. </li><li> Cortar uma peça quadrada (30 mm x 30 mm) a partir de uma folha de Cu com uma espessura de 0,8 mm utilizando um moagemmáquina. </li><li> Polir um lado estreito (30 mm x 0,8 mm) do pedaço de Cu até que a rugosidade da superfície é inferior a 0,5 micron. </li><li> Fixe o pedaço Cu no palco manual do topo com o rosto polido estreita para cima. </li><li> Mover o alvo por uma fase manual como mencionado na Etapa 3.1), enquanto controlar a sua posição através da câmara ICCD tal que qualquer inclinação pode ser ajustada através da inserção de calços de alta precisão abaixo do alvo. </li><li> Repita o passo 3,6 com a fase de outro manual. </li><li> Perfurar uma dúzia de furos no alvo enquanto variar a posição da lente focal por um estágio manual de alta precisão terceiro. A localização do ponto focal corresponde à posição da lente de contacto onde o menor orifício é perfurado. </li></ol> 4. Ablação e Mensuração <ol><li> Mover a lente focal até uma distância de cerca de 50 um de distância do ponto focal. </li><li> Mova o estágio atraso no caminho do feixe de pulso sonda com um intervalo de 0,3 mm para capturar a imagem todos os ps 2 até 10 ps, ​​oucom um intervalo de 3 mm para captar a imagem cada ps 20 até 480 ps. </li><li> Repita o passo 4,2 por várias vezes para repetibilidade e precisão. </li><li> Mova a lente focal para baixo a uma distância de cerca de 50 um de distância do ponto focal, e repita o passo 4.3. </li></ol> 5. Os resultados representativos As imagens radiografia medidos são mostrados na fig. 2 e fig. 3, para o ponto focal ligeiramente acima e abaixo da superfície do alvo, respectivamente. As posições de expansão longitudinal e radial são representados na figura. 4 e Fig.. 5. As expansões longitudinais destes dois casos no primeiro 100 ps são significativamente diferentes, no entanto, as suas expansões longitudinais na seguinte 400 ps e suas expansões radiais são semelhantes. Para o primeiro caso, o plasma dentro precoce 100 Ps tem uma estrutura de expansão unidimensional constituídas por várias camadas. Para o segundo caso, o pl precoceAsma tem uma estrutura de expansão bidimensional que não muda muito dentro de 100 ps. O modelo de simulação 12 é utilizado para investigar o mecanismo da evolução de plasma inicial. Tempo zero é definido como o momento em que o pulso de laser pico atinge a superfície do alvo. Os simulados processos evolutivos iniciais de plasma concorda bem com os resultados medidos para ambos estes dois casos, como mostrado na fig. 6 e Fig. 7, respectivamente. A formação do plasma precoce dentro de 1 ps também é previsto para o primeiro caso utilizando o modelo de simulação e mostrado na fig. 8. O plasma precoce é encontrado para ter uma região de ruptura de ar e uma região de plasma de Cu. A repartição ar é causada por multi-fotão de ionização e, em seguida, seguido por ionização avalanche. Para o segundo caso, no entanto, o ponto focal está abaixo da superfície do alvo e não região de ruptura de ar separado é formado. Em vez disso, a ionização do ar ocorre perto do pla Cusma frente e é causada pelo impacto de ionização devido aos elétrons livres ejetados do alvo Cu. <img alt="A Figura 1" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig1.jpg" /> Figura 1. Esquemática da medição radiografia bomba sonda. <img alt="A Figura 2" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig2.jpg" /> Figura 2. Cu expansão plasma em tempos de atraso sucessivas com o ponto focal ligeiramente acima da superfície. Comprimento de onda: 800 nm; duração de pulso: 100 fs; densidade de potência: 4,2 × 10 14 W / cm 2; alvo: Cu. <img alt="A Figura 3" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig3.jpg" /> Figura 3. Cu expansão plasma em tempos de atraso sucessivas com o ponto focal ligeiramente abaixo da superfície. Comprimento de onda: 800 nm; duração de pulso: 100 fs; densidade de potência: 4,2 × 10 14 W / cm 2; alvo: Cu. &lt;img alt = &quot;Figura 4&quot; src = &quot;files/ftp_upload/4033/4033fig4.jpg /&quot; /&gt; Figura 4. Plasma longitudinal e as posições de expansão radial em tempos de atraso sucessivas com o ponto focal ligeiramente acima da superfície. Comprimento de onda: 800 nm; duração de pulso: 100 fs; densidade de potência: 4,2 × 10 14 W / cm 2; alvo: Cu. <img alt="A Figura 5" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig5.jpg" /> Figura 5. Plasma longitudinal e as posições expansão radial em tempos de atraso sucessivas com o ponto focal ligeiramente abaixo da superfície. Comprimento de onda: 800 nm; duração de pulso: 100 fs; densidade de potência: 4,2 × 10 14 W / cm 2; alvo: Cu. Figura 6. Animação de expansão do plasma, medido e calculado dentro de um tempo de atraso de 70 ps com o ponto focal ligeiramente acima da superfície. Comprimento de onda: 800 nm; duração de pulso: 100 fs; densidade de potência: 4,2 × 10 14 </sup&gt; W / cm 2; alvo: Cu. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4033/4033movie6.avi" target="_blank">Clique aqui para ver a animação</a> . Figura 7. Animação de expansão do plasma, medido e calculado dentro de um tempo de atraso de 70 ps com o ponto focal ligeiramente abaixo da superfície. Comprimento de onda: 800 nm; duração de pulso: 100 fs; densidade de potência: 4,2 × 10 14 W / cm 2; alvo: Cu. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4033/4033movie7.avi" target="_blank">Clique aqui para ver a animação</a> . Figura 8. Animação de expansão do plasma, medido e calculado dentro de um tempo de atraso de 1 ps com o ponto focal ligeiramente acima da superfície. Comprimento de onda: 800 nm; duração de pulso: 100 fs; densidade de potência: 4,2 × 10 14 W / cm 2; alvo:. Cu <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4033/4033movie8.avi" target="_blank">Clique aqui para ver a animação &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>

Não há conflitos de interesse declarados.

Os métodos de medição e de simulação apresentados neste trabalho permitem exames mais precisos da dinâmica do plasma precoce e um melhor entendimento dos mecanismos de ionização de ar e Cu. Estruturas de plasma de alta qualidade são capturados com uma resolução temporal de 1 ps e uma resolução espacial de 1 m. Esta medida tem uma alta repetibilidade também. O procedimento é crítica para alinhar o feixe muito bem e preparar uma superfície alvo com um achatamento elevada, bem como uma rugosidade baixa. Esta abordagem pode ser aplicada a outros materiais alvo e os parâmetros do laser diferentes. A única limitação do método radiografia bomba sonda é uma muito baixa variação de densidade de electrões número.

<table border="1"><tbody><tr><td> Nome do equipamento </td><td> Companhia </td><td> Número de catálogo </td></tr><tr><td> Laser </td><td> Spectra Physics- </td><td> SPTF-100F-1K-1P </td></tr><tr><td> Câmera ICCD </td><td> Princeton Instruments </td><td> 7467-0028 </td></tr><tr><td> Osciloscópio </td><td> Rigol </td><td> DS1302CA </td></tr><tr><td> Photodiode </td><td> Newport </td><td> 818-BB30 </td></tr><tr><td> Fase linear </td><td> Newport </td><td> 433 </td></tr><tr><td> Disque indicador </td><td> Mitutoyo </td><td> ID-C112E </td></tr></tbody></table>

investigação da evolução plasma precoce induzida por pulsos ultracurtos de laser

Investigation of Early Plasma Evolution Induced by Ultrashort Laser Pulses

Plasmáticos iniciais é gerada devido à irradiação de alta intensidade do laser de alvo e da ionização de material subsequente alvo. Sua dinâmica desempenha um papel significativo na laser de material de interacção, especialmente no ambiente de ar 1-11. Evolução do plasma precoce tem sido capturado através de bomba de sonda-shadowgraphy 1-3 e interferometria 1,4-7. No entanto, as gamas de parâmetros estudados quadros de tempo e aplicado a laser são limitadas. Por exemplo, os exames directos de locais da frente de plasma e densidades número de electrões dentro de um tempo de atraso de 100 picossegundo (MA) com respeito ao pulso de laser de pico são ainda muito poucos, especialmente para o pulso ultracurtos com uma duração de cerca de 100 femtosegundo (FS) e uma densidade de potência baixo em torno de 10 14 W / cm 2. No início plasma gerado nestas condições só foi capturado recentemente, com alta resolução temporal e espacial de 12. A estratégia de configuração detalhada eprocedimentos do presente medição de alta precisão será ilustrado neste documento. A razão de ser da medição é shadowgraphy bomba sonda óptica: uma ultracurtos de laser de impulsos é dividido a um pulso de bomba e um pulso sonda, enquanto o tempo de atraso entre eles pode ser ajustado mudando os seus comprimentos caminho do feixe. O pulso bomba ablates o alvo e gera o plasma inicial, sendo o pulso sonda propaga através da região de plasma e detecta a não uniformidade da densidade número de electrões. Além disso, as animações são gerados utilizando os resultados calculados a partir do modelo de simulação de Ref. 12 para ilustrar a formação de plasma e evolução com uma resolução muito elevada (0,04 ~ 1 ps). Tanto o método experimental e do método de simulação pode ser aplicada a uma vasta gama de estruturas de tempo e os parâmetros do laser. Estes métodos podem ser usados ​​para examinar o plasma precoce gerado não só a partir de metais, mas também a partir de semicondutores e isoladores.

Um método experimental para examinar a evolução de plasma induzida por precoce ultracurtos impulsos laser é descrito. Usando este método, imagens de alta qualidade de plasma no início são obtidas com elevada resolução temporal e espacial. Um modelo integrado romance atomística é usado para simular e explicar os mecanismos de plasma inicial.

Investigação da Evolução Plasma Precoce Induzida por Pulsos ultracurtos de laser

O plasma precoce é gerado devido à irradiação do alvo por laser de alta intensidade e à subsequente ionização do material do alvo. Sua dinâmica desempenha um...

O objetivo deste experimento é examinar a evolução inicial do plasma induzida por pulsos a laser ultracurtos com alta resolução temporal e espacial. Isso é conseguido montando um sistema óptico no qual um pulso a laser ultracurto é dividido em um pulso de bombeamento e um pulso sonda. Como segundo passo.O pulso de bombeamento e o pulso sonda são sincronizados, fornecendo o tempo de atraso zero para o dispositivo óptico de atraso. Em seguida, a amostra e o estágio são preparados para obter uma alta planicidade na superfície superior da amostra e para tornar essa superfície paralela ao pulso sonda. A seguir, realiza-se a ablação com os pontos focais ligeiramente acima e ligeiramente abaixo do alvo.O pulso de bombeamento ablate o alvo e gera o plasma inicial, enquanto o pulso sonda propaga-se pela região do plasma e detecta a não uniformidade da densidade de elétrons. Em última análise, os resultados mostram a expansão do plasma em tempos de atraso sucessivos com base na imagem da sombra medida. Animações também são geradas usando os resultados calculados para ilustrar a formação e evolução do plasma com uma resolução muito elevada.Este método pode ajudar a responder perguntas fundamentais na área de liderança Outshot, como o efeito da posição do ponto focal e da evolução inicial do plasma na ablação a laser. A implicação dessa técnica estende-se ao desenvolvimento e uso eficaz de registros ultra rápidos, pois permite avaliar quanto de energia é absorvido pelo plasma inicial durante a duração do laser ultra rápido, podendo ser utilizada para amplificação do campo de plasma em diversos trabalhos de diagnóstico e processamento de materiais. O sistema óptico montado para medidas de bombeamento e sonda, e para gravação por sombra, possui uma placa de meia onda e um polarizador após a saída do laser, para ajustar a energia do pulso laser.Um divisor de feixe após o polarizador divide o pulso a laser em dois pulsos, o pulso de bombeamento e o pulso sonda. Quatro espelhos refletivos e uma plataforma de translação manual são utilizados para construir um dispositivo óptico de atraso para o pulso de bombeamento. Outros quatro espelhos refletivos direcionam o pulso de bombeamento para atingir a superfície do alvo verticalmente.Um gerador de segunda harmônica transforma o comprimento de onda do pulso a laser de 800 nanômetros para 400 nanômetros. Em seguida, um separador de harmônicas transmite o pulso de 800 nanômetros e reflete o pulso de 400 nanômetros. A seguir, há um redutor de feixe.Outro dispositivo óptico de atraso para o feixe sonda. O pulso é construído utilizando quatro espelhos refletivos e um par de lentes focais que ajustam o tamanho e a convergência do pulso sonda. Um diafragma anelar ajusta a área do pulso sonda e assegura que o pulso sonda passe horizontalmente pela superfície alvo e intersecte com o pulso de bombeamento próximo às lentes objetivas e a vários filtros, para gerar a imagem da região de plasma a ser captada pela câmera com dispositivo acoplado intensificado.Por fim, o computador, o laser, a câmera ICCD e seu controlador são conectados usando cabos BNC ou cabos USB; ajuste o tempo de atraso do controlador da câmera até que a câmera capture uma imagem do feixe sonda. O pulso é efetivamente sincronizado, sincronizando o pulso sonda e o pulso de bombeamento da câmera; a sincronização é realizada por um divisor de feixe na interseção do pulso de bombeamento e do pulso sonda, e dois fotodiodos recebem os dois pulsos. Esses dois fotodiodos devem estar à mesma distância do divisor de feixe.Em seguida, o divisor de feixe é removido utilizando um osciloscópio para receber os sinais desses dois fotodiodos. Mova o estágio de atraso no caminho do feixe do pulso de bombeamento até que os perfis do pulso de bombeamento e do pulso sonda se sobreponham na tela do osciloscópio. Uma precisão de 20 picosegundos é alcançada de acordo com a resolução temporal do osciloscópio após a sincronização.Remova os dois fotodiodos. Ajuste o estágio de atraso no caminho do feixe do pulso de bombeamento até que a região de ruptura do ar possa ser observada nitidamente na tela ICCD. O momento em que a formação da ruptura do ar pode ser detectada, em vez de um fundo uniforme, é determinado como o tempo de atraso zero.Uma parte crítica desta técnica é garantir que o alvo não bloqueie qualquer parte da imagem do plasma. Isso pode ser conseguido preparando a amostra e o estágio de modo a obter uma alta planicidade na superfície superior da amostra e fazendo com que a superfície superior da amostra fique paralela ao percurso da sonda. Inicie o preparo do estágio com a montagem de um elevador de laboratório e dois estágios lineares manuais.Em ordem, mova a amostra com três graus de liberdade, indicador dial do usuário e calços de alta precisão para atingir uma alta planicidade das etapas, sendo que a diferença de altura deve ser de um mícron por distância de 25,4 milímetros. Em seguida, utilize uma fresadora para preparar uma amostra cortando um pedaço quadrado de uma chapa de cobre com espessura de 0,8 milímetros. Use uma politriz para polir um lado estreito da peça de cobre até que a rugosidade da superfície esteja abaixo de 0,5 mícrons.Fixe o pedaço de cobre na parte superior do estágio manual com o lado estreito polido voltado para cima. Mova o alvo com um estágio manual enquanto monitora sua posição pela câmera ICCD, de modo que qualquer inclinação possa ser ajustada inserindo SHIs de alta precisão abaixo do alvo. Repita este processo com o outro estágio manual.Finalmente, perfure uma dúzia de orifícios no alvo variando a posição da lente focal em um terço de uma plataforma manual de alta precisão. A localização do ponto focal corresponde à posição da lente focal na qual o orifício mais pequeno é perfurado. A medição real deve ser realizada no escuro.No entanto, para fins de filmagem, utilizou-se alguma luz para realizar a ablatação. Primeiro, mova a lente focal para cima, até uma distância de cerca de 50 micrômetros do ponto focal. Em seguida, mova o estágio de atraso no trajeto do feixe de pulso de propulsão com um intervalo de 0,3 milímetros para capturar a imagem.A cada dois picossegundos até atingir 10 picossegundos, ou com um intervalo de três milímetros para capturar a imagem a cada 20 picossegundos até atingir 480 picossegundos. Repita este processo várias vezes para garantir repetibilidade e precisão. Como etapa final, mova a lente focal para baixo, até uma distância de aproximadamente 50 mícrons do ponto focal e capture as imagens.Novamente, são mostradas as imagens do gráfico de sombra medidas resultantes da expansão do plasma de cobre em tempos de atraso sucessivos. Essas imagens correspondem ao ponto focal ligeiramente acima e ligeiramente abaixo da superfície do alvo. Aqui, as posições de expansão longitudinal e radial são representadas para quando o ponto focal está ligeiramente acima e ligeiramente abaixo da superfície do alvo.As expansões longitudinais nesses dois casos são significativamente diferentes nos primeiros 100 picosegundos: no primeiro caso, o plasma inicial nos primeiros 100 picosegundos apresenta uma estrutura de expansão unidimensional composta por múltiplas camadas; para o segundo caso, o plasma inicial possui uma estrutura de expansão bidimensional que não muda muito dentro dos 100 picosegundos. No entanto, as expansões longitudinais nos 400 picosegundos subsequentes e as expansões radiais são semelhantes. Aqui, um modelo de simulação é utilizado para investigar o mecanismo da evolução do plasma inicial por meio da densidade eletrônica simulada quando o ponto focal está ligeiramente acima da superfície do alvo.O tempo zero é definido como o momento em que o pico do pulso a laser atinge a superfície do alvo. O mesmo modelo é utilizado para explorar a situação em que o ponto focal está ligeiramente abaixo da superfície do alvo. Os processos simulados de evolução inicial do plasma concordam bem com os resultados medidos.Em ambos esses casos, a formação do plasma inicial dentro de um picossegundo também é prevista para o primeiro caso utilizando o modelo de simulação, sendo observado que o plasma inicial possui uma região de ruptura do ar e uma região de plasma de cobre. A ruptura do ar é inicialmente causada pela ionização por múltiplos fótons e, em seguida, seguida pela ionização em avalanche para o segundo caso. No entanto, o ponto focal está abaixo da superfície do alvo e nenhuma região distinta de ruptura do ar é formada.Em vez disso, a ionização do ar ocorre próximo à frente do plasma de cobre e é causada pela ionização por impacto devido aos elétrons livres ejetados do alvo de cobre após seu desenvolvimento. Esta técnica abriu caminho para pesquisadores na área de laser de disparo artístico explorarem a evolução inicial do plasma no processo de ablação. Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como utilizar a técnica de sombreamento para medir plasmas.

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JoVE Journal

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Engenharia

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Medição e Análise de hidrogênio atômico e Diatomic AlO Molecular, C<sub&gt; 2</sub&gt;, CN, e TiO Spectra Following induzida por laser Breakdown Optical

O desenvolvimento de novos materiais ablativos e sua modelagem numérica requerem extensa investigação experimental. Este protocolo descreve procedimentos para caracterização da resposta do material em fluxos de plasma, sendo as técnicas principais métodos não intrusivos para rastrear a recessão do material junto com a química na camada limite reativa por espectroscopia de emissão.

Emissão espectroscópica Boundary Investigation Camada durante ablativo Teste de material em Plasmatron

Uma configuração experimental foi criada para o jato de plasma de frequência kHz operado por hélio. A configuração inclui uma gaiola para a fonte de alimentação de plasma e jato e um reator construído internamente para monitorar espécies reativas induzidas por plasma sem a interferência da atmosfera ambiente.

Uma configuração Plasma Pressão atmosférica para investigar a formação de espécies reativas

Apresentamos um protocolo para criar um filme em tempo real de um pacote de onda rotacional molecular usando uma configuração de imagem de explosão de Coulomb de alta resolução.

Direct Imaging da Laser-driven Ultrafast rotação Molecular

Este artigo descreve um reator de microondas fluido que é usado para conduzir uma química de não equilíbrio eficiente para a aplicação de conversão / ativação de moléculas estáveis, como CO 2 , N 2 e CH 4 . O objetivo do procedimento descrito aqui é medir a temperatura do gás in situ e a conversão de gás.

Plasma de microondas sem equilíbrio para química de alta temperatura eficiente

Este protocolo descreve as principais etapas para executar e analisar experimentos de bomba-sonda combinando femtosecond laser óptico com um laser de elétrons livres para estudar reações fotoquímicas ultra rápidas em moléculas da fase gasosa.

Um protocolo Experimental para Femtosecond NIR/UV - XUV bomba-sonda experimentos com Lasers de elétrons livres

Apresentamos um protocolo para sondar ultra rápidas coerências vibracionais em polyatomic cações radicais que resultam em dissociação molecular.

Medição de coerências vibracionais ultrarrápidas em cátions de radicais poliatômicos com ionização adiabática de campo forte

Um protocolo é apresentado para irradiação automatizada de folhas de ouro finas com pulsos laser de alta intensidade. O protocolo inclui uma descrição passo a passo do processo de fabricação de alvos de micromaquinamento e um guia detalhado de como os alvos são trazidos para o foco do laser a uma taxa de 0,2 Hz.

Entrega automatizada de alvos microfabricados para experimentos intensos de irradiação a laser

O principal objetivo deste trabalho é tornar mais fácil para grupos de pesquisa não familiarizados com sondas Langmuir e sondas emissivas usá-las como diagnóstico de plasma, especialmente perto de limites de plasma. Fazemos isso demonstrando como construir as sondas a partir de materiais e suprimentos prontamente disponíveis.

Construção de Sondas Langmuir e Sondas Emissivas para Medições de Potencial de Plasma em Plasmas de Baixa Pressão e Baixa Temperatura

O método de punção termoplasmônica integra microscopia confocal, pinças ópticas e nanopartículas de ouro para estudar as respostas proteicas durante o reparo da membrana plasmática em células e vesículas unilamelares gigantes. A técnica permite a punção rápida e localizada da membrana, permitindo a identificação de proteínas-chave e seus papéis funcionais na intrincada maquinaria de reparo da membrana plasmática.

Uma Abordagem Termoplasmônica para Investigação do Reparo da Membrana Plasmática em Células Vivas e Membranas Modelo

Aprenda a investigar a evolução precoce do plasma induzida por pulsos ultracurtos de laser com alta resolução temporal e espacial. Este método utiliza técnica de bomba-sonda e imagem de sombra para visualizar dinâmicas de plasma.

Investigação da Evolução Plasma Precoce Induzida por Pulsos ultracurtos de laser

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