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.
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.
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.
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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제1권1호
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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.
이차 추진제로 많이 쓰이는 알루미늄을 고출력 레이저를 조사하여 공기 중의 산소와 반응시켜 발생되는 알루미늄과 산소의 화학 반응을 레이저 분광분석법을 이용하여 연구를 수행 하였다. 7ns의 펄스 주기와 1064nm의 주파수를 가진 Q-switched Nd:YAG 레이저로 40 - 2500mJ($6.88{\times}10^{10}-6.53{\times}10^{11}W/cm^2$)의 에너지가 공급되었으며, 플라즈마 빛은 echelle 회절 분광기와 ICCD 카메라로 감지하였다. 분광분석을 통하여 알루미늄과 산소의 원자/분자 신호 분석과 현상이 일어나는 플라즈마 환경의 특성 연구를 위해 들뜸 온도(2200K~6600K) 및 전자밀도($3.15{\times}10^{15}{\sim}2.38{\times}10^{16}cm^{-3}$) 계산, 그리고 알루미늄 표면의 크레이터(Crater) 분석을 수행하였다. 본 연구는 고 레이저 복사 조도 환경하에서 발생되는 화학 반응과 플라즈마의 특성을 파악하는 방법을 제시하고 있다.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제6권2호
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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.
이차 추진제로 많이 쓰이는 알루미늄을 고출력 레이저를 이용하여 공기 중의 산소와 반응시켜 발생되는 rich 및 stoichiometric 상태의 알루미늄-산소 연소 현상에 대해 레이저 분광분석법을 이용하여 연구하였다. 7ns의 펄스 주기와 1064nm의 주파수를 가진 Q-switched Nd:YAG 레이저로 40 - 2500mJ의 에너지가 공급되었으며, 플라즈마 빛은 echelle 회절 분광기와 ICCD 카메라로 감지하였다. 레이저 분광분석을 통하여 연료인 알루미늄과 산화제인 산소의 원자 신호를 얻었을 뿐만 아니라, 현상이 일어나는 환경인 플라즈마 온도와 전자밀도가 계산되었다. 특정 전자 밀도비 비교를 통하여, 고출력 레이저를 통해 일어나는 알루미늄과 산소의 연소 및 폭발 현상 변화에 대한 분석이 가능하다는 것에 본 논문의 중요성이 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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