激光羽流消融光学诊断简介

的技术从固体表面去除物质激光烧蚀在各种应用中变得越来越重要，如先进的微加工，外科手术，x射线激光产生，生物分子质谱，艺术清洗/修复和万博电脑网页版登录基础物理研究。事实上，激光烧蚀现在是一种成熟的技术，可以沉积各种薄膜形式的材料，许多不同的材料已经使用该技术生长，最显著的是高温超导体，类金刚石(DLC)，铁电体和宽带隙半导体。

典型的LPA设置

激光羽流消融

LPA允许通过使用单个目标来沉积多组分材料，也可以设置为在旋转支架上加载多个目标，该支架可用于将不同的目标暴露在激光束下，从而实现异质结构的原位生长。在这些激光产生的等离子体羽状物的形成和演化过程中发生的基本过程仍然没有完全理解，这是密集研究的重点。诊断技术，如光学发射光谱，激光诱导荧光，吸收光谱和快速成像被用于试图表征等离子体膨胀到真空或周围大气。

消融羽

激光消融的基本原理很简单。高功率脉冲激光聚焦到目标材料上，当激光通量超过材料的烧蚀阈值时，化学键被破坏，材料断裂成高能碎片，通常是中性原子、分子和离子的混合物。由于材料以高能等离子体、气体和固体碎片混合物的形式离开反应区，烧蚀过程类似于材料的爆炸蒸发。烧蚀过程的一个独特特性是，大部分吸收的能量都沉积在喷射出的材料中，因此对周围的目标材料几乎没有或没有热损伤。

的等离子体羽流然后在真空或反应性气氛中膨胀，然后在合适的衬底上冷凝(在材料沉积的情况下)。以这种方式产生的薄膜的性能取决于衬底温度、激光通量/功率密度、目标到衬底的距离、沉积室中反应气体的性质和压力，当然还有目标材料。

目前，在这些瞬态等离子体中发生的物理和化学过程还没有很好地了解，因此对每种材料的沉积条件进行了经验优化。如果研究人员能够了解这些等离子体中发生的基本过程，那么它不仅具有纯粹的科学意义，而且还具有商业价值，例如，它可以使沉积条件的优化更加有效。为了实现这一目标，需要复杂的诊断技术。

通常，消融是通过激光脉冲实现的，其通量为几J/cm2，持续时间在fs到ns范围内。羽流成分根据等离子体条件，从x射线发射光，穿过紫外、可见光和近红外光谱区域。根据周围环境(真空或气体)，羽流排放可以持续1到10微秒。光可以成像到一个增强CCD (ICCD)通过透镜进行羽流动力学研究，因为烧蚀材料从目标传输到沉积基底。这种时间分辨和空间分辨的信息非常有用，因为沉积薄膜的性质和质量取决于羽流成分的动能。

在膨胀到几毫米的距离后，激光烧蚀柱可能会发射出丰富的原子、分子和离子线。这种光可以通过透镜/纤维耦合到带有光纤的摄谱仪ICCD作为检测器。通过这种方式，人们可以获得有关羽流成分(如原子、离子、分子、团簇和粒子及其状态)的光谱、时间甚至空间分辨信息。人们还可以推断出羽流物种的当地种群、温度和飞行时间。

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