Determination of the temporal dependence of ablation parameters by ultrashort pulses in non-metallic solids by the D-Scan technique
| Autor: | Gilberto André dos Santos Rocha |
|---|---|
| Přispěvatelé: | Ricardo Elgul Samad, Milton Sergio Fernandes de Lima, Cleber Renato Mendonça |
| Rok vydání: | 2020 |
| Předmět: |
Materials science
sapphire chemistry.chemical_element Germanium zinc selenide calcium fluorides ablation electromagnetic radiation bonding borosilicate glass magnesium fluorides Nanomaterials law.invention chemistry.chemical_compound law Zinc selenide semiconductor devices electromagnetic pulses defects nanomaterials Electromagnetic pulse nanotechnology Borosilicate glass business.industry nonlinear optics threshold rigidity Nonlinear optics Laser silicon additions germanium chemistry silica electron emission Sapphire Optoelectronics barium fluorides business lasers |
| Zdroj: | Repositório Institucional do IPEN Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) instacron:IPEN Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP Universidade de São Paulo (USP) instacron:USP |
| Popis: | Este trabalho consiste no estudo e determinação do limiar de ablação de amostras sólidas não-metálicas por pulsos laser ultracurtos, verificando a sua dependência com a duração dos pulsos e sua dispersão. Para a determinação dos limiares de ablação foi utilizada a técnica do D-Scan (Diagonal-Scan), desenvolvida pelos pesquisadores do Centro de Laser e Aplicações (CLA) do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN-CNEN/SP), que consiste na movimentação diagonal da amostra através da cintura de um feixe gaussiano focalizado. Em cada amostra e para cada duração temporal foi determinada a dependência do limiar de ablação com a sobreposição dos pulsos, com o objetivo de determinar os parâmetros de ablação destes sólidos, que são sua fluência limiar de ablação para um único pulso e para um grande número de pulsos (infinitos), além do fator de incubação, que quantifica a formação de defeitos que modificam os valores dos limiares. Foram utilizadas amostras dielétricas de vidro borossilicato (BK7), safira (Al2O3), sílica fundida (SiO2), fluoreto de cálcio (CaF2), fluoreto de bário (BaF2), fluoreto de magnésio (MgF2), seleneto de zinco (ZnSe), e os semicondutores silício (Si) e germânio (Ge). Os materiais foram selecionados em função da energia de seus bandgaps, objetivando analisar a influência deste parâmetro na ablação por pulsos ultracurtos. Observamos que os limiares de ablação aumentam com o crescimento do bandgap dos materiais e com a duração dos pulsos, porém sem exibir dependência com a dispersão destes. Também determinamos que o acúmulo de defeitos nos materiais cresce com a duração do pulso e com a energia do bandgap, nos levando à hipótese que quanto mais fluência a ablação requer para ocorrer, maior a sobra de energia no material, que acaba sendo redistribuída para a criação de defeitos. This work deals with the study and determination of the ablation threshold of non-metallic solid samples by ultrashort laser pulses, verifying its dependence on the pulses duration and dispersion. To determine the ablation thresholds, the D-Scan (Diagonal-Scan) technique, which was developed by the researchers from the Center for Lasers and Applications (CLA) at the Institute of Energy and Nuclear Research (IPEN-CNEN/SP), was used. This technique consists in moving the sample under study diagonally across the waist of a focused Gaussian beam. For each sample and for each time duration, the ablation threshold dependence on the pulses superposition was measured in order to determine the ablation parameters of these solids, which are their ablation threshold fluency for a single pulse and for a large number of pulses (infinite), plus the incubation factor, which quantifies the formation of defects that modify the threshold values. Dielectric samples of borosilicate glass (BK7), sapphire (Al2O3), fused silica (SiO2), calcium fluoride (CaF2), barium fluoride (BaF2), magnesium fluoride (MgF2) zinc selenide (ZnSe), and silicon (Si) and germanium (Ge) semiconductors were used. The materials were selected according to their bandgap energy, aiming to analyze the influence of this parameter on the ablation by ultrashort pulses. We observed that the ablation thresholds increase with the material bandgap and with the pulse duration, but do not show a clear dependence on their dispersion. We also determined that the buildup of defects in materials increases with pulse duration and bandgap energy, leading us to the hypothesis that the more fluence the ablation requires to occur, the greater the energy surplus in the material, which eventually redistributes to the creation of defects. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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