Fundamental study of a femtosecond laser ablation mechanism in gold and the impact of the GHz repetition rate and number of pulses on ablation volume

烧蚀 材料科学 激光器 飞秒 激光烧蚀 光学 脉冲持续时间 物理 工程类 航空航天工程
作者
Hardik Vaghasiya,Stephan Krause,P.-T. Miclea
出处
期刊:Optical Materials Express [The Optical Society]
卷期号:13 (4): 982-982 被引量:8
标识
DOI:10.1364/ome.474452
摘要

In this work, we performed an experimental investigation supported by a theoretical analysis of single-shot laser ablation of gold to study the laser-matter interaction for predicting the ablation morphology and optimizing the process parameters. A set of coupled partial differential equations of the two-temperature model with dynamic optical properties and a phase explosion mechanism were used to determine the temporal and spatial evolution of the electron and lattice temperatures. The primary research focus of this work is to use the GHz frequency to investigate the ablation performance because the irradiated material is still far from thermal equilibrium during the laser-matter interaction. In contrast to conventional single-pulse laser ablation, intra-burst frequencies and the number of pulses are important factors in optimizing ablation efficiency and quality for fast material processing. Theoretical investigation revealed that the ablation volume increased due to heat accumulation, but the ablation quality decreased as the intra-burst frequencies decreased from 1000 GHz to 10 GHz. Moreover, the specific ablation volume increases with a higher burst number and lower intra-burst frequency at the expense of ablation quality.
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