實驗架構

Report
Ciliary White Light: Optical Aspect of
Ultrashort Laser Ablation on
Transparent Dielectrics
Yi Liu, Yohann Brelet, Zhanbing He, Linwei Yu, Sergey Mitryukovskiy,
Aure´lien Houard, Benjamin Forestier, Arnaud Couairon, and Andre´
Mysyrowicz
姓名 : 林建偉
學號 : 499280285
系級 : 物理系物理組
大綱
• 簡介
• 實驗架構
• 實驗結果
• 理論模擬
• 結論
簡介
• 超短脈衝雷射
脈衝時寬約10−12 ~10−15 s,瞬時功率高。
雷射架構
鎖模(mode-locking)
固定共振腔中,不同模態之間的相位。
高斯光束(Gaussian Beams)
雷射燒蝕(Laser Ablation)
藉由雷射光束來移除掉物體表面的物質。
• 蒸發
• 昇華
• 電漿(Plasma)
電漿(Plasma)
• 由自由電子和帶電離子
為主要成分的物質形態。
• 高電導率、高位能、動
能的氣體團。
雷射燒蝕應用
• Laser-Assisted In Situ
Keratomileusis(LAISK)
– 用雷射來改變眼角膜弧度,
來改善視力的手術。
實驗架構
脈衝寬:45fs
波長:800 nm
光腰:45.5μm
透鏡焦距 :1m
熔融石英(fused silica)
• 膨脹係數低
• 導熱率低
• 極其耐熱衝擊性
• 價格便宜
實驗結果
能量 : 15 μJ
Laser Shot : 200000
樣品 : 熔融石英
(fused silica)
屏幕上白色光斑
增加脈衝能量,中心白色光斑開始變
化。
Laser shot numbers
能量 : 210 μJ
樣品 : 熔融石英
(fused silica)
Inner ellipse
Outer ring
Ciliary White Light(CWL)
• 狀態穩定。
• 發散角約100 ° 。
• 絕大部分能量集中
在外環。
CWL的普遍性
• 置換樣品
– BK7 glass、Pyrex、Sapphire、
PPMA、Polycarbonate(PC)等等..
• 改變凸透鏡焦距
– 500mm、200mm、100mm、50mm、
25mm。
• 改變脈衝寬
– 1000fs、500fs。
Inner ellipse與偏振光
水平偏振光
垂直偏振光
圓偏振光
光偏振性
• 將電場振動方向定
義為偏振方向
行進中電磁波
光偏振性
• 線偏振
– 電場大小固定、方向固定。
• 圓偏振
– 電場大小固定、方向固定(順
或逆時針方向)。
• 橢圓偏振
– 電場大小不固定、方向固定
(順或逆時針方向) 。
樣品表面結構
• 入射能量超過產生CWL
的能量。
• Laser Induced
Periodic Surface
N=240,水平偏振光
Structures(LIPSS)
掃描式電子顯微鏡(SEM)
1) 利用高壓電產
生電子束。
2) 掃描樣品。
3) 接收二次電子
訊號得到影像。
樣品表面輪廓
• 脈衝累積數量與
破壞深度成正比。
• 頂角變小。
實驗值
理論模擬
• 繞射
– 光波行進時,遇到障礙
物而偏離了原本的行進
方向。
傅氏光學
η
y
U(x, y)
x
ξ
r
U(ξ, η)
z
A(x,y) : 空間中高斯光束函數。
P(x,y) : 坑的輪廓函數。
S(x,y) : 穩定態時,表面的型
態函數。
△d
K
理論模擬CWL
: 坑的深度
= 2 π/ λ
實際量測CWL
非線性光學
– 交互作用後,產生其它
頻率的光,且依舊保有
原來的頻率。
• 入射光能量夠大
• 非線性效應
• 波長範圍增大
脈衝通過熔融石英後光譜
結論
•
由CWL與內部橢圓圖形可得知樣品表面型態。
•
內部橢圓圖形與光的偏振性相關。
•
波長範圍增大為非線性光學現象。
•
藉由坑的頂角,可得知CWL的開角。
•
了解雷射燒蝕過程中,樣品表面的變化。
參考資料
1.
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%94%81%E6%A8%A1%E6%8A%8
0%E6%9C%AF
2.
http://www.nchu.edu.tw/~rict/fesem/ref-fe/fe-sem-intro-nchu.htm
3.
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%89%AB%E6%8F%8F%E7%94%B
5%E5%AD%90%E6%98%BE%E5%BE%AE%E9%95%9C
4.
http://www.nemstek.com.tw/ch/what.htm
5.
http://www.isu.edu.tw/upload/52/37/files/dept_37_lv_3_21885.pdf
6.
http://www.baike.com/wiki/%E9%9D%9E%E7%BA%BF%E6%80%A
7%E5%85%89%E5%AD%A6

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