Pulsewidth and ambient medium effects during ultrashort-pulse laser ablation of silicon in air and water

通量 丝状化 材料科学 皮秒 烧蚀 激光器 等离子体 光学 激光烧蚀 纳秒 光电子学 物理 量子力学 航空航天工程 工程类
作者
Nikita Smirnov,S. I. Kudryashov,А. A. Rudenko,D. A. Zayarny,А. А. Ионин
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:562: 150243-150243 被引量:27
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2021.150243
摘要

Comparative single-shot pulse study of ablation topographies and depths on Si surfaces excited by 1030-nm sub- (0.3 ps) and pico-picosecond (10 ps) laser pulses at different laser fluences in air and water environments was performed. Fast energy transport via 3D-diffusion of dense electron-hole plasma was revealed at picosecond timescale to extend transversely the ablation craters over the focal spot in air for laser pulse widths shorter, than electron–phonon thermalization time about 3 ps. In the given fluence range fluence-independent shallow ablation was observed in air for 10-ps pulses. Then, rather shallow laser ablation occurred in water at supercritical peak pulse powers, apparently, due to laser beam deterioration by self-focusing and filamentation. Finally, very intense, fluence-dependent material removal took place during wet ablation by 10-ps laser pulses at the sub-critical peak pulse powers. Electron-hole plasma and related energy transport on Si surface, 1030-nm laser pulse filamentation in water, pulsewidth and ambient medium effects were revealed during the surface ablation studies.

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