Pulsed Laser Ablation of Solids: Basics, Theory and Applications

این کتاب «وضعیت هنر» ابلیشن لیزری پالسی و کاربردهای آن را معرفی می‌کند. این بر اساس مطالعات نظری و تجربی اخیر است. این کتاب از مبانی تا موضوعات پیشرفته ابلیشن لیزر پالسی می‌پردازد. پدیده های بنیادی نظری و تجربی درگیر در فرسایش لیزر پالسی با توجه به خواص مواد، طول موج لیزر، جریان و رژیم شدت نور جذب شده به صورت خطی یا غیرخطی در ماده هدف مورد بحث قرار می گیرند. انرژی جذب شده توسط الکترون ها منجر به تحریک اتم/مولکول، یونیزاسیون و/یا شکستن پیوند شیمیایی مستقیم می شود و همچنین به شبکه منتقل می شود که منجر به گرم شدن مواد و انتقال فاز می شود. روش‌های نوری غیرتهاجمی تجربی برای تجزیه و تحلیل این پدیده‌ها در زمان واقعی شرح داده شده‌اند. مدل‌های نظری برای فرسایش لیزر پالسی و انتقال فاز ناشی از پرتوهای لیزر و برهم‌کنش لیزر-بخار/پلاسما در طول انبساط ستون بالای هدف نیز ارائه شده‌اند. محاسبات سرعت فرسایش و ابعاد ساختارهای میکرو و نانو فرسوده انجام شده است. اعتبار و اصلاح مورد نیاز مدل های مختلف در شرایط آزمایشی مختلف ارائه شده است. فرآیند رسوب لیزر پالسی که بر اساس جمع‌آوری ذرات فرسوده روی یک سطح است، از نظر کارایی و کیفیت فیلم‌های رسوب‌شده به عنوان تابعی از شرایط محیطی، مواد هدف، پارامترهای لیزر و ویژگی‌های بستر تحلیل می‌شود. برهمکنش بین لیزر فرودی و پلاسمای فرسایشی با توجه به تأثیر آن بر ساختار لایه‌های رسوب‌شده و ظرفیت آن برای تولید هارمونیک‌های بالا و پالس‌های تک‌ثانیه‌ای که در آزمایش‌های کاوشگر پمپ بسیار مطلوب هستند، تحلیل می‌شود.

The book introduces ‘the state of the art' of pulsed laser ablation and its applications. It is based on recent theoretical and experimental studies. The book reaches from the basics to advanced topics of pulsed laser ablation. Theoretical and experimental fundamental phenomena involved in pulsed laser ablation are discussed with respect to material properties, laser wavelength, fluence and intensity regime of the light absorbed linearly or non-linearly in the target material. The energy absorbed by the electrons leads to atom/molecule excitation, ionization and/or direct chemical bond breaking and is also transferred to the lattice leading to material heating and phase transitions. Experimental non-invasive optical methods for analyzing these phenomena in real time are described. Theoretical models for pulsed laser ablation and phase transitions induced by laser beams and laser-vapour/plasma interaction during the plume expansion above the target are also presented. Calculations of the ablation speed and dimensions of the ablated micro- and nano-structures are performed. The validity and required refinement of different models in different experimental conditions is provided. The pulsed laser deposition process which bases on collecting the ablated particles on a surface is analyzed in terms of efficiency and quality of the deposited films as a function of ambient conditions, target material, laser parameters and substrate characteristics. The interaction between the incident laser and the ablation plasma is analyzed with respect to its influence on the structures of the deposited films and its capacity to generate high harmonics and single attosecond pulses which are highly desirable in pump-probe experiments.