The dynamics of laser-induced plasma/shock wave and the interaction with a surface in the laser shock cleaning process are analyzed by optical diagnostics. Shock wave is generated by a Q-switched Nd:YAG laser in air or with N$_2$, Ar, and He injection into the focal spot. The shock speed is measured by monitoring the photoacoustic probe-beam deflection signal under different conditions. In addition, nanosecond time-resolved images of shock wave propagation and interaction with the substrate are obtained by the laser-flash shadowgraphy. The results reveal the effect of various operation parameters of the laser shock cleaning process on shock wave intensity, energy-conversion efficiency, and flow characteristics. Discussions are made on the cleaning mechanisms based on the experimental observations.
A laser shock cleaning technology is a new dry cleaning methodology for the effective removal of small particles from the surface. This technique uses a plasma shock wave produced by a breakdown of air due to an intense laser pulse. In order to optimize the laser shock cleaning process, it needs to evaluate the cleaning performance quantitatively by using a monitoring technique. In this paper, an acoustic monitoring technique was attempted to investigate the laser shock cleaning process with an aim to optimize the cleaning process. A wide-band microphone with high sensitivity was utilized to detect acoustic signals during the cleaning process. It was found that the intensity of the shock wave was strongly dependent on the power density of laser beam and the gas species at the laser beam focus. As a power density was larger, the shock wave became stronger. It was also seen that the shock wave became stronger in the case of Ar gas compared with air and N$_2$ gas.
The surface cleaning method based on the laser-induced breakdown (LIB) of gas and subsequent plasma and shock wave generation can remove small particles from solid surfaces. In the laser shock cleaning (LSC) process, a high-power laser pulse induces optical breakdown of the ambient gas above the solid surface covered with contaminant particles. The subsequently created shock wave followed by a high-speed flow stream detaches the particles. In this work, a novel surface cleaning process using laser-induced breakdown of liquid is introduced and demonstrated. LIB of a micro liquid jet increases the shock wave intensity and thus removes smaller particle than the conventional LSC method. Experiments demonstrate that the cleaning force and cleaning efficiency are also increased significantly by this method.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.32
no.11
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pp.832-840
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2008
Ablation occurs at irradiance beyond $10^9\;W/cm^2$ with nanosecond and short laser pulses focused onto any materials. Phenomenologically, the surface temperature is instantaneously heated past its vaporization temperature. Before the surface layer is able to vaporize, underlying material will reach its vaporization temperature. Temperature and pressure of the underlying material are raised beyond their critical values, causing the surface to explode. The pressure over the irradiated surface from the recoil of vaporized material can be as high as $10^5\;MPa$. The interaction of high power nanosecond laser with a thin metal in air has been investigated. The nanosecond pulse laser beam in atmosphere generates intensive explosions of the materials. The explosive ejection of materials make the surrounding gas compressed, which form a shock wave that travels at several thousand meters per second. To understand the laser ablation mechanism including the heating and ionization of the metal after lasing, the temporal evolution of shock waves is captured on an ICCD camera through laser flash shadowgraphy. The expansion of shock wave in atmosphere was found to agree with the Sedov's self-similar spherical blast wave solution.
We have been setting up experiments on propagation of shock waves generated by the pulsed laser ablation. One side of a thin metal foil is subjected to laser ablation as a shock wave is generated from a localized spot of high intensity energy source. The resulting reactive shock wave, which penetrates through the foil is reflected by an acoustic impedance which causes the metal foil to high-strain rate deform. This short time physics is captured on an ICCD camera. The focus of our research is generating reactive shock wave and high strain rate deforming of thin metal foil for accelerating micro-particles to a very high speed on the orders of several thousand meter per second. Somce innovative applications of this device will be discussed.
We have been setting up experiments on propagation of shock waves generated by the pulsed laser ablation. One side of a thin metal foil is subjected to laser ablation as a shock wave propagates through the foil. The shock wave, which penetrates through the foil is reflected by an acoustic impedance which causes the metal foil to high-strain rate deform. This short time physics is captured on an ICCD camera. The focus of our research is applying shock wave and deformation of the thin foil from the ablation to accelerating micro-particles to a very high speed.
In semiconductor processing, there are two types of particle contaminated onto the wafer, i.e. dry and wet state particles. In order to evaluate the cleaning performance of laser shock wave cleaning method, the removal of 1 m sized alumina particle at different particle conditions from silicon wafer has been carried out by laser-induced shock waves. It was found that the removal efficiency by laser shock cleaning was strongly dependent on the particle condition, i.e. the removal efficiency of dry alumina particle from silicon wafer was around 97% while the efficiencies of wet alumina particle in DI water and IPA are 35% and 55% respectively. From the analysis of adhesion forces between the particle and the silicon substrate, the adhesion force of the wet particle where capillary force is dominant is much larger than that of the dry particle where Van der Waals force is dominant. As a result, it is seen that the particle in wet condition is much more difficult to remove from silicon wafer than the particle in dry condition by using physical cleaning method such as laser shock cleaning.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.19
no.5
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pp.46-51
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2015
Multi-channel DAQ system was developed to predict propagation characteristic of the shock wave generated by linear explosive. The system can generate shock wave from 1000 points per second using a pulsed laser and simultaneously obtain the shock wave signals using 15 chanel contact sensor. The system is expected to pridict the propagation characteristics of various linear explosive-induced pyroshock because it can be used with a user-defined time delay that corresponds to detonation speed of the linear explosive.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2007.04a
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pp.353-357
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2007
We have been setting up experiments on propagation of shock waves generated by the pulsed laser ablation. One side of a thin metal foil is subjected to laser ablation as a shock wave propagates through the foil. The shock wave, which penetrates through the foil is reflected by an acoustic impedance which causes the metal foil to high-strain rate deform. This short time physics is captured on an ICCD camera. The focus of our research is applying shock wave and deformation of the thin foil from the ablation to accelerating micro-particles to a very high speed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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