電気工学および電子技術ジャーナル

水中での金属のレーザー穴あけ：モデル

フリオ・カー

水中での金属のレーザードリリングは、得られるナノ粒子の特性を決定する多くの実験パラメータ（エネルギー、周波数、波長、パルス持続時間、パルス数、パルス幅など）があることを考えると、調整可能なサイズ分布と形態を持つナノ粒子の合成に不可欠な方法です。これらのパラメータに依存する最も重要な量の 1 つは、生成されたナノ粒子の濃度と直径を決定することができるクレーターの体積です。この研究では、クレーターのドリリングに使用されるレーザーパルスのガウスプロファイルが、得られたクレーターの深さ対半径依存性のガウスプロファイルに投影されることを示しています。モデルの基礎は、レーザーパルスの幅に対するフルエンス依存性が、クレーターの半径に対するクレーターの深さの依存性と同じ数学的形式であるという仮定です。これらの依存性に対応する方程式が導出され、ガウスクレーターの体積の式を導出できるようになりました。この研究では、クレーターの体積を決定する 2 つの方法を提示し、得られた結果を検証するために比較します。最初の方法は、クレーターを部分的に切頂円錐として観察し、それらの体積を合計してクレーター全体の体積を取得することに基づいています。一方、2 番目の方法は、ガウス形状のクレーター プロファイルへのガウス レーザー パルス投影の物理的性質を考慮し、パラメータはクレーター プロファイルへの修正ガウス プロファイルのフィッティングによって決定されます。アイリスを使用してレーザー パルスのエネルギーを測定することにより、レーザー パルス ウェストω 0が見つかりました。これは 、レンズの焦点合わせの前後のいずれでもクレーターのウェスト半径ω と同じではありません。光学顕微鏡で測定したクレーターの体積と修正ガウス フィッティングによるモデル化クレーターの体積を比較すると、Ag で±10  %、 ZnO で±5  %、 Au で±15  % の範囲で矛盾が見られます。開発されたモデルでは、ガウス プロファイルを持つことを前提として、完全なクレーターの説明には、表面半径R 0、深さD 、および1 e 2 の深さでの半径に等しい ガウス ウェストωの 3 つの関連ポイントがあるとされています 。光学顕微鏡で測定したクレーターの体積と3点ガウス分布でモデル化した体積を比較すると、 Agでは±10  %、 ZnOでは±15  %、ZnOでは±20 %の範囲で差異が見られる。 Auの場合は%。ガウスレーザーパルスのフルエンスプロファイルと各パルスで連続的に開けられるクレーター穴の面積により、クレーターに蓄積されるエネルギーを計算できます。ここで重要なパラメータは、特定の波長とパルス持続時間に対する特定の金属のアブレーションしきい値と、金属ターゲットへの入射エネルギーです。取得されるエネルギーは、特定の質量の金属ターゲットの加熱、溶融、蒸発に必要な最小エネルギーに対応する下限と、特定の数のレーザーパルスに対して金属ターゲットに入射する最大エネルギーとして与えられる上限で制限されます。上限エネルギーと蓄積されるエネルギーの差は、レーザーアブレーション中のクレーター周囲への熱拡散と点火プラズマの放射に相当します。