Лазерная Абляция Механизмы воздействия лазерного излучения на вещество
Абляция От лат. «ablatio» - отнятие, устранение Совокупность сложных физико-химических процессов, результатом которых является удаление вещества с поверхности или из объема твердого тела (жидкости) Отличительные особенности лазерной абляции: 1) Непосредственно связана с поглощением лазерной энергии в материале 2) Может протекать в вакууме или инертной среде 3) Сопровождается формированием парогазового (пароплазменного) облака
Проводники и диэлектрики По отношению к действию внешнего электрического поля вещество делится на: Проводники Носители заряда – электроны могут свободно перемещаться Такие вещества проводят электрический ток Диэлектрики Электроны жестко связаны и не могут свободно перемещаться Ток не проводят
Действие поля на диэлектрики На диэлектрик оказывает воздействие только то поле, энергия фотонов которого совпадает с энергией атомного перехода. Для фотонов других энергий (полей других длин волн) диэлектрик прозрачен. При поглощении фотона атом диэлектрика испытывает толчок Часть энергии фотона переходит в энергию движения атома
Действие поля на диэлектрики Разгоняясь атомы сталкиваются с соседями, энергия движения атомов локально растет Локальный нагрев в области освещения
Действие поля на проводник Электроны в проводнике почти свободны -> обладают непрерывным спектром энергий -> взаимодействуют почти с любым фотоном. Поле раскачивает электроны, те сталкиваясь с ионами передают им часть своей энергии и энергии поля
Действие поля на проводник Основная часть энергии поля отражается от металла Железо: 60% Серебро: 95% Коэффициент отражения металла определяется электропроводностью Высокая проводимость => Высокая отражательная способность Высоким отражением объясняется характерный металлический блеск
Короткие и длинные импульсы Средняя мощность и пиковая мощность излучения Pср = W/T – средняя мощность PI = W/t – пиковая мощность PI >> Pср W – энергия импульса I = PI/S – интенсивность F = W/S – доза облучения
Длинные импульсы: фото-термическая абляция Медленный разогрев лазерами видимого или инфракрасного диапазонов За счет поглощения энергии лазера вещество медленно разогревается и может испаряться. Образуется пар из нейтральных молекул. Протекает в слабо теплопроводных материалах (дерево)
Короткие импульсы: фото-механическая абляция Короткие импульсы могут приводить к резкому разогреву поверхности Быстрое тепловое расширение приводит к образованию ударных волн и удалению фрагментов материала. Резкое испарение при больших интенсивностях образует столб плазмы (давление на пов-ть. ) Может протекать в теплопроводных материалах (металлы)
Ультра-короткие импульсы Современные технологии позволяют генерировать импульсы фемто-секундной длительности (10 -15 с, несколько оптических периодов) Нано или пико секунды Фемто секунды
Фото-химическая (холодная) абляция Для некоторых органических молекул энергии фотона может хватить чтобы разорвать внутримолекулярные (ковалентные) связи Продукты реакции имеют больший объем => локальное разрушение. Вся энергия уходит на разрыв связи => вещество не нагревается! Осуществляется ультрафиолетовыми фотонами эксимерных лазеров
Выводы Основные различия между абляцией диэлектрика и проводника: 1) Проводник нагревается при воздействии фотонов любой энергии, а диэлектрик при воздействии только резонансных фотонов 2) Диэлектрик может быть подвержен „холодной“ абляции 3) Короткие импульсы, как правило, более эффективны при абляции
Скачать презентацию Лазерная Абляция Механизмы воздействия лазерного излучения на вещество
LASER_ABLATION.PPT