Pulsed laser ablation is important in a variety of engineering applications involving precise removal of materials in laser micromachining and laser treatment of bio-materials. Particularly, detailed numerical simulation of complex laser ablation phenomena in air, taking the interaction between ablation plume and air into account, is required for many practical applications. In this paper, high-power pulsed laser ablation under atmospheric pressure is studied with emphasis on the vaporization model, especially recondensation ratio over the Knudsen layer. Furthermore, parametric studies are carried out to analyze the effect of laser fluence and background pressure on surface ablation and the dynamics of ablation plume. In the numerical calculation, the temperature, pressure, density, and vaporization flux on a solid substrate are obtained by a heat-transfer computation code based on the enthalpy method. The plume dynamics is calculated considering the effect of mass diffusion into the ambient air and plasma shielding. To verify the computation results, experiments for measuring the propagation of a laser induced shock wave are conducted as well.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2000.07a
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pp.5-8
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2000
The population density of excited species in dc, rf and laser ablation plume plasmas has been measured using laser absorption spectroscopy. It was shown that, when the plasma was modulated by on and off with, the sensitivity and signal to noise (S/N) ratio became high. For example, the atomic O(3$^{5}$ S$^{o}$$_2$) Population density, No* in $O_2$/He mixtures was obtained by the highest S/N ratio at a frequency of 2.7kHz. In a 20Torr room air, the lowest No* level to be detectable was shown to be an order of 10$^{7}$ cm$^{-3}$ . The population densities of resonance Ar(1S$_2$) and Xe(1S$_4$) levels were also measured in barrier discharges and laser ablation plasmas.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2006.11a
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pp.131-132
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2006
We experimentally demonstrated the synthesis of silicon nanoparticles by using high-density ablation plasma prepared by the interaction of an intense pulsed light-ion beam (LIB) with a target. known as the intense pulsed ion beam evaporation (IBE) method. Light emission was obtained from the silicon nanoparticles. It was determined that the ambient gas reaction is very important and useful method to obtain the photoluminescence from the silicon nanoparticles.
Hwang, Ki Ha;Wu, Hua Feng;Choi, Won Suk;Cho, Sung Hak;Kang, Myungchang
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.18
no.7
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pp.97-103
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2019
Mn+1AXn (MAX) phases are a family of nano-laminated compounds that possess unique combination of typical ceramic properties and typical metallic properties. As a member of MAX-phase, $Ti_2AlN$ bulk materials are attractive for some high temperature applications. In this study, $Ti_2AlN$ bulk with high density were synthesized by spark plasma sintering method. X-ray diffraction, micro-hardness, electrical and thermal conductivity were measured to compare the effect of material properties both $Ti_2AlN$ bulk samples and a conventional Ti-6Al-4V alloy. A femto-second laser conditions were conducted at a repetition rate of 6 kHz and laser intensity of 50 %, 70% and 90 %, respectively, laser confocal microscope were used to evaluate the width and depth of ablation. Consequently, the laser ablation result of the $Ti_2AlN$ sample than that of the Ti-6Al-4V alloys show a considerably good ablation characteristics due to its higher thermal conductivity regardless of to high densification and high hardness.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.1
no.1
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pp.32-39
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2000
Langmuir probe measurements of electron density, electron temperature and potential are mad in the early stage (<5${\mu}$s) of a laser ablated plasma plume, in which a positive current form positive ions and a electron current are overlapped. The plasma wes produced by focusing the second harmonic, 532 nm, of Q-switched Nd:YAG laser on a high purity carbon target. Then the laser intensity on the target of ~1.6${\times}$10$\^$15/ W/$\textrm{cm}^2$. The measured electron desities and temperatures are ~2${\times}$10/sip 11/ cm$\^$-3/ and -3 eV. In particluar , the phenomenon that the electron temperature decreased and then increased was observed,. It could be well explained that this phenomenon occurred in the process of inverse Bremsstrahlung of free electrons in plasma. Additionally, the plasma potential(>11V) was higher than the published values.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.44
no.9
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pp.789-795
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2016
Laser-induced combustions and explosions generated by high laser irradiances were explored by Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS). The laser used for target ablation is a Q-switched Nd:YAG laser with 7 ns pulse duration at wavelength of 1064 nm laser energies from 40 mJ to 2500 mJ ($6.88{\times}10^{10}-6.53{\times}10^{11}W/cm^2$). The plasma light source from aluminum detected by the echelle grating spectrometer and coupled to the gated ICCD(a resolution (${\lambda}/{\Delta}{\lambda}$) of 5000). This spectroscopic study has been investigated for obtaining both the atomic/molecular signals of aluminum-oxygen and the calculated ambient condition such as plasma temperature and electron density. The essence of the paper is observing specific electron density ratio which can support the processes of chemical reaction and combustion between ablated aluminum plume and oxygen from air by inducing high laser energy.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.6
no.2
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pp.57-62
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2005
Using intense pulsed ion beam evaporation technique, we have succeeded in the preparation of poly crystalline silicon thin films without impurities on silicon substrate. Good crystallinity and high deposition rate have been achieved without heating the substrate by using lEE. The crystallinity of poly-Si film has been improved with the high density of the ablation plasma. The intense diffraction peaks of poly-Si thin films could be obtained by using the substrate bias system. The crystallinity and the deposition rate of poly-Si thin films were increased by applying (-) bias voltage for the substrate.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2011.11a
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pp.608-611
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2011
Laser-induced combustions and explosions generated by high laser irradiances were explored by Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) in rich, and stoichiometric conditions. The laser used for target ablation is a Q-switched Nd:YAG laser with 7 ns pulse duration at wavelength of 1064 nm laser energies from 40 mJ to 2500 mJ ($6.88{\times}10^{10}-6.53{\times}10^{11}\;W/cm^2$). The plasma light source from aluminum detected by the echelle grating spectrometer and coupled to the gated ICCD(a resolution (${\lambda}/{\Delta}{\lambda}$) of 5000). This spectroscopic study has been investigated for obtaining both the atomic signals of aluminum (fuel) - oxygen (oxidizer) and the calculated ambient condition (plasma temperature and electron density). The essence of the paper is observing specific electron density ratio which can support the processes of combustion and explosion between ablated aluminum plume and oxygen from air by inducing high power laser.
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