We have investigated fs-laser ablation as well as optoperforation threshold of PDMS (Polydimethylsiloxane) thin lid cover on ${\mu}$-channel with changing the flow medium from water to hemoglobin. The ablation threshold is found to be independent of both PDMS thin film thickness and flow medium, but the optoperforation threshold is dependent on the films thickness. The observation that the ablation process is well described with simple two-temperature model supposed that the cover lid PDMS of $\mu$-channel be processed with minimized thermal effects by fs-laser with low laser fluence.
Enhancement of pulsed-laser ablation by an artificially deposited liquid film is presented. Measurements of ablation rate, ablation threshold, and surface topography arc performed. Correlation between material ablation and photoacoustic effect is examined by the optical beam deflection method. The dependence of ablation rate on liquid-film thickness and chemical composition is also examined. The results indicate that photomechanical effect in the phase explosion of liquid is responsible for the enhanced ablation. The low critical temperature of liquid induces explosive vaporization with localized photoacoustic excitation in the superheat limit and increases the ablation efficiency. Experiments were carried out utilizing a Q-swiched Nd:YAG laser at near-threshold laser fluences with negligible plasma effect (up to ∼100 MW/cm$^2$).
The damage threshold measurement of gold films is carried out with ultrashort-pulse laser. An enhanced two temperature model is developed to encounter the limitation of linear modeling during ultrashort pulse laser ablation. In which the electron heat capacity is calculated using a quantum mechanical approach based on a Fermi-Dirac distribution, temperature-dependent electron thermal conductivity valid beyond the Fermi temperature is adopted, and reflectivity and absorption coefficient are estimated by applying a temperature-dependent electron relaxation time. The predicted damage threshold using the proposed enhanced modelclosely agreed with experimental results, demonstrating the importance of considering transient thermal and optical properties in the modeling of ultrashort pulse laser ablation.
Ultra-short laser pulses are effective, when high requirements concerning accuracy, surface roughness and heat affected zone are demanded for surface structuring. In particular, picosecond laser systems that are suited to be operated in industrial environments are of great interest for many practical applications. This paper focused on inducing optimum process parameters for higher volume ablation rate by analyzing a relationship between crater diameter and optical spot size. In detail, the dependency of the volume ablation rate, penetration depth and threshold fluence on the pulse duration 8 ps and wavelength of 515 nm was discussed. The experimental results showed that wavelength of 515 nm resulted in less threshold fluence ($0.075J/cm^2$) on copper than IR wavelength ($0.3J/cm^2$). As a result, it was possible that optimum fluence for higher volume ablation rate was achieved with $0.28J/cm^2$.
The volume and depth of the craters produced on silicon samples during high power laser ablation show a strong nonlinear change as the laser irradiance increases across a threshold value, approximately 2.2$\times$10$\^$10/ W/㎠. Time-resolved shadowgraph images of the ablation plume reveal the ejection of large particulates from the sample for laser irradiance above the threshold, with a time delay of about 300-400 ㎱. The numerically estimated thickness of the superheated liquid layer, considering the transformation of liquid metal into liquid dielectric near the critical state, agrees with the measured agrees with crater depths. It is suggested that a phase explosion of the deep superheated liquid layer near the critical state is responsible for the measured sudden increase of crater volume and the ejection of large particulates.
J. Heitz;D. Bauerle;E. Arenholz;N. Arnold;J.T. Dickinson
Journal of Photoscience
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제6권3호
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pp.103-108
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1999
We present recent results on ablation mechanism, single-pulse laser micropatterning , pulsed-laser deposition(PLD) and particulates formation accompanying laser ablation, with special emplasis on polymers, in particular polymide, (PI), and polytetrafluoroethylene, (PTFE). Ablation of polymers is described on the basis of photothermal bond breaking within the bulk material. Here, we assume a first order chemical reaction, which can be described by an Arrhenius law. Ablation starts when the density of broken bonds at the surface reaches a certain critical value. Single-pulse laser ablation of polyimide shows a clear-length dependence of the threshold fluence. This experimental result strongly supports a thermal ablation model. We discuss the various possibilities and drawbacks of PLD and describe the morphology, physical properties and applications of PTFE films.
PC-TEMs (Polycarbonate Track-Etched membranes) were micro-drilled for biomedical applications by ultrafast pulsed laser. The ablation and damage characteristics were studied on PE-TEMs by assuming porous thin membranes. The experiments were conducted in the range of 2.02 $J/cm^2$ and 8.07$J/cm^2$. The ablation threshold and damage threshold were found to be 2.56$J/cm^2$ and 1.14$J/cm^2$, respectively. While a conical shaped drilled holes was made in lower fluence region, straight shaped holes were drilled in higher fluence region. Nanoholes made the membrane as porous material and ablation characteristics for both bulk and thin film membranes were compared.
This work aimed to develop ITO (Indium Tin Oxide) thin films ablation with a KrF Eximer laser required for the application in flat panel display, especially patterning into small geometry on a large substrate area. The threshold fluence for ablating ITO on glass substrate is about 0.1 J/cm$^2$. And its value is much smaller than using third harmonic Nd:YAG laser. Through the optical microscope measurement the surface color of the damaged ITO is changed into dark brown and irradiated spot is completely isolated form the undamaged surroundings by laser light. The XPS analysis showed that the relative surface concentration of Sn and In were essentially unchanged (In :Sn=5:1) after irradiating Eximer laser. Using aluminium mask made by second harmonic Nd:YAG laser the ITO patterning is carried out.
Picosecond lasers are a very effective tool for micromachining metals, especially when high accuracy, high surface roughness and no heat affected zone are required. However, low productivity has been a limit to broadening the spectrum of their industrial applications. Recently it was reported that in the micromachining of copper with a 1064nm picosecond laser, there exist the optimal pulse energy and repetition rate to achieve the maximum volume ablation rate. In this paper, we used a 515nm picosecond laser, which is more efficient for micromachining copper in terms of laser energy absorption, to obtain its optimal pulse energy and repetition rate. Theoretical analysis based on the experimental data on copper ablation showed that using a 515nm picosecond laser instead of a 1064nm picosecond laser is more favorable in that the calculated threshold fluence is 75% lower and optical penetration depth is 50% deeper.
Mass removed from crystalline silicon samples during high power single-pulse laser ablation was studied by measuring the resulting crater morphology with a white light interferometric microscope. The volume and depth of the craters show a strong nonlinear change as the laser irradiance increases across a threshold value, that is, approximately $2.2{\times}10^{10}\;W/cm^2$. Time-resolved shadowgraph images of the ablation plume show the ejection of large particulates from the sample for laser irradiance above the threshold, with a time delay of about 300-400 nsec. The thickness of superheated liquid layer near the critical temperature was numerically estimated, considering the transformation of liquid metal into liquid dielectric near the critical state (i.e., induced transparency). The estimated thickness of the superheated layer at a delay time of 200 nsec agreed with the measured crater depths, suggesting that induced transparency promotes the formation of a deep superheated liquid layer which leads to an explosive boiling responsible for the sudden increase of crater volume and depth.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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