Dual-wavelength femtosecond laser-induced single-shot damage and ablation of silicon

烧蚀 通量 材料科学 激光器 飞秒 等离子体 光学 激光烧蚀 波长 光电子学 单色 量子力学 物理 工程类 航空航天工程
作者
Alexander V. Bulgakov,Juraj Sládek,Ján Hrabovský,Inam Mirza,W. Marine,Nadezhda M. Bulgakova
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:643: 158626-158626 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2023.158626
摘要

An experimental and theoretical study of laser-induced damage and ablation of silicon by two individual femtosecond pulses of different wavelengths, 1030 and 515 nm, is performed to address the physical mechanisms of dual-wavelength ablation and reveal possibilities for increasing the ablation efficiency. The produced craters and damaged areas are analyzed as a function of laser fluence and time separation between the pulses and are compared with monochromatic irradiation. The order of pulses is demonstrated to be essential in bi-color ablation with higher material removal rates when a shorter-wavelength pulse arrives first at the surface. Simulations based on the two-temperature model show that the visible pulse is profitable for the generation of the electron-hole plasma while the delayed IR pulse is efficiently absorbed in the plasma enhancing energy coupling to the target. At long delays of 30–100 ps, the dual-wavelength ablation is found to be particularly strong with formation of deep smooth craters. This is explained by the expansion of a hot liquid layer produced by the first pulse with a drastic decrease in the surface reflectivity at this timescale. The results provide insight into the processes of dual-wavelength laser ablation offering a better control of the energy deposition into material.
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