بررسي مكانيزم كندگي ليزري سيليكون با تپهاي نانو ثانيه در محيطهاي آب و هوا

Pulsed Laser Ablation Mechanisms of Silicon in Water Interface and Air

در اين مقاله كندگي ليزري از سطح سيليكون در محيط هاي آب و هوا در شدتهاي مختلف ليزر مورد بررسي قرار مي گيرد. در اين كار از هماهنگ دوم ليزر نئوديميوم ياگ با طول 15 نانو ثانيه و طول موج 532 نانومتر استفاده شده است. در مقايسه با آهنگ كندي در هوا، مشاهده مي شود كه تا آهنگ كندگي در بازه شدت تابشي 1-GW / cm - 0.1 تقريبا دو برابر بهتر شده است. عمق كندگي از سطح سيليكون در محيط آب و هوا در شدتهاي مختلف اندازه گيري شده و يك مدل تئوري براي بررسي كندگي از سطح سيليكون با استفاده از تپهاي پر شدت ليزر نانو ثانيه در محيط مايع پيشنهاد مي شود. در اين مدل فرض شده است كه كندگي ليزري از سطح سيليكون در اثر فرآيند پرتاب ذرات مذاب از سطح هدف بر اثر فشار القا شده توسط پلاسماي محدود شده به سطح هدف و مايع (موج ضربه) انجام مي شود. مشاهده مي شود كه محاسبات تئوري با نتايج تجربي همخواني كاملي دارد.

This paper presents pulsed laser ablation of silicon in water and air at different applied laser irradiance levels. The experimental results are conducted using 15 nanosecond pulse laser irradiation of 532 nm. Compared to the ablation rate in air, an approximately twofold improvement in the rate is found for applied laser irradiance range of 0.1-1 GW/cm2. Silicon ablation depth is measured at different applied laser fluence in water interface and air. A theoretical analysis is suggested to investigate the silicon ablation in liquid by intense multiple nanosecond laser pulses. It is assumed that the nanosecond pulsed laser ablation of silicon is due to the process of melt expulsion under the action of the confined plasma-induced pressure or shock wave trapped between the silicon target and the overlying liquid. The theoretical analysis is found in excellent agreement with experimental measurements of the silicon ablation rate under water confinement.