Theoretical study on femtosecond laser optical breakdown threshold in water mediated by aluminum nanoparticle coated with silica

材料科学 飞秒 纳米颗粒 纳米结构 激光器 光电子学 电场 表面等离子共振 光学 分子物理学 纳米技术 复合材料 化学 量子力学 物理
作者
Qing Lin,Naifei Ren,Yunpeng Ren,Yan Chen,Zhiduo Xin,Yongsheng Fan,Xudong Ren,Lin Li
出处
期刊:Optics Express [The Optical Society]
卷期号:26 (26): 34200-34200 被引量:3
标识
DOI:10.1364/oe.26.034200
摘要

A strongly coupled finite element model of the optical breakdown during femtosecond laser pulse interaction, with different morphology of aluminum nanoparticles in water, was developed. This model provided new insight into the optical breakdown dependence on the nanoparticles' morphology and assembly. This model was used to theoretically investigate a 300 fs laser pulse interaction with uncoupled and plasmon coupled aluminum coated silica shell nanoparticles. This study revealed how the nanoparticles' one-dimensional assembly affected the optical breakdown threshold of its surrounding mediums. The optical breakdown threshold had much stronger dependence on the optical near-field enhancement than on the nanostructure's extinction cross-section. The maximum electric field that is outside of the aluminum nanoparticles, with 2 nm silica shell and 2 nm gap, was more than 4 times greater to the one inside of the aluminum nanoparticles. For dimer and trimer configuration, the calculated lattice cross-section temperatures at each breakdown threshold were below their melting point. It is suggested that water could be ionized by aluminum/silica (core/shell) nanostructure during femtosecond laser exposures without nanoparticles consumption. This model could increase understanding of the aluminum nanoparticle-mediated optical breakdown in water.

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