
Pulserande laserablation studerad med digital holografisk interferometri
Laserablation är processen där material avlägsnas från en fast (eller ibland flytande) yta genom att bestråla den med en laserstråle. Det har många tillämpningar, inklusive modifiering av materialets fysiska eller kemiska mikrostruktur, mikrohålborrning, konstbevarande och avlagring av tunna filmer. Vi använder pulserande digital holografisk interferometri för att undersöka rökmolnet och chockvågen som genereras i laserablationsprocessen på olika mål under atmosfäriskt lufttryck.
En Q-switched Nd-YAG-laser (pulsvaraktighet = 12 ns) används både för att ablatera materialet och för mätning (se Fig. 1). Den grundläggande våglängden 1064 nm används för bearbetning och den fördubblade frekvensen 532 nm används för mätningen. Det gröna ljuset delas av med en strålsplitter (BS1). Den reflekterande delen reflekteras av spegel M1, sprids med en negativ lins (NL), kollimeras med en positiv lins (L2) och belyser en diffusor (D) efter att ha passerat målet. Ljuset som passerar strålsplitter BS1 används som referensstråle (R). Digitala hologram spelas in med en CCD-kamera med en upplösning på 1280x1024 pixlar, en pixeldimension på 6,7 µm x 6,7 µm och ett dynamiskt omfång på 12 bitar.

Figur 2. En typisk fasbild vid en tidsfördröjning på 530 ns och en effekttäthet på 4,2 GW/cm^2 av PCBN-målet.
Numeriska data för det integrerade brytningsindexfältet beräknas och presenteras som fasbilder (se Figur 2).

Figur 3. Den rekonstruerade brytningsindexfördelningen i xy-planet vid z = 0,15 mm.
Radoninversion används för att uppskatta det tredimensionella brytningsindexfältet som mäts från projektionen under antagandet om rotationsymmetri (se Fig. 3). Den gröna färgen i figuren representerar den ostörda luften, den röda färgen representerar chockvågfronten och den blå representerar rökmolnet. Chockvågfrontens densitet vid olika tidsfördröjningar beräknas från de rekonstruerade brytningsindexfälten med hjälp av Gladstone-Dale-ekvationen. En jämförelse av chockvågfrontens densiteter beräknade från de rekonstruerade datan och de beräknade med hjälp av modellen för punktexplosion visar en ganska god överensstämmelse. Det rekonstruerade brytningsindexfältet används för att uppskatta fördelningen av elektrontäthet inom det laserinducerade plasmat. Elektrontätheterna uppskattas vara av storleksordningen 10^18 cm^-3 och avtar med en hastighet av 3x10^15 elektroner/cm^3ns (för mer information, se papper 2). Resultaten visar att pulserande digital holografisk interferometri är en lovande teknik för att studera laserablationsprocessen.
Uppdaterad: