Ukrainian Journal of Physical Optics 
Home page
 
 

Other articles 

in this issue
Evolution characteristics of shock pressure wave on the copper target irradiated by far-field laser beams

Xueyun Han, Yufeng Peng and Yi Zhang

Download this article

Abstract. Basing on a positive confocal unstable resonator, the propagation characteristics of laser field are studied by means of fast Fourier transform. The output laser beam is focused on a copper target and generates a plasma plume expanding along the normal to the target surface. Considering the absorption of laser radiation in the copper target, we describe heating and melting of the material by a three-dimensional thermal conductivity model. The spatial and temporal evolutions of the plasma shock wave are investigated as functions of the time passed after the pulse laser irradiation. The results show that the maximum pressure of the plasma shock wave is 8.18 GPa at the time t=0.8 μs after the pulse laser is cut off and then it decreases gradually with increasing time. The maximum pressure decays down to 4.73 GPa at t=4.8 ms

Keywords: high-power pulsed laser, laser ablation, plasma shock wave, copper target, spatial and temporal evolutions

PACS: 42.65.Sf, 68.35.bd
UDC: 535.211
Ukr. J. Phys. Opt. 17 81-90
doi: 10.3116/16091833/17/2/81/2016
Received: 16.03.2016

Анотація. За допомогою швидкого перетворення Фур'є в роботі вивчались характеристики лазерного випромінювання додатного конфокального нестійкого резонатора. Лазерне випромінювання фокусувалось на мідній мішені і генерувало плазмовий факел, який поширювався нормально до поверхні мішені. З урахуванням поглинання лазерного випромінювання мідною мішенню, ми описали нагрівання і плавлення матеріалу за допомогою тривимірної моделі теплопровідності. Досліджена просторова і часова еволюція плазмової ударної хвилі як функції часу, що минув після імпульсного лазерного опромінення. Виявлено, що максимальний тиск плазми ударної хвилі становив 8,18 ГПа в момент t = 0,8 мкс після вимкнення лазерного імпульсу і зменшувався з часом, спадаючи до 4,73 ГПа при t  = 4,8 мкс.
REFERENCES
  1. Davidson N, Friesem A A and Hasman E, 1992. Diffractive elements for annular laser beam transformation. Appl. Phys. Lett. 61: 381–383. doi:10.1063/1.107889
  2. Lunney J G and Jordan R, 1998. Pulsed laser ablation of metals. Appl. Surf. Sci. 127–129: 941–946. doi:10.1016/S0169-4332(97)00770-8
  3. Toftmann B, Schou J and Lunney J G, 2003. Dynamics of the plume produced by nanosecond ultraviolet laser ablation of metals. Phys. Rev. B. 67: 104101. doi:10.1103/PhysRevB.67.104101
  4. Amoruso Salvatore and Wang Xuan, 2007. Ultrashort laser ablation of metals. Proc. SPIE. 6604: 66040.
  5. Gacek S. and Wang Xinwei, 2008. Secondary shock wave in laser-material interaction. J. Appl. Phys. 104: 126101. doi:10.1063/1.3039212
  6. Goh Y.W., Lu Yongfeng, Hong Minghui and Chong Towchong, 2003. Femtosecond laser ablation of copper. Proc. SPIE. 4830: 442–446. doi:10.1117/12.486537
  7. Wang X, Amoruso S and Xia J, 2009. Temporally and spectrally resolved analysis of a copper plasma plume produced by ultrafast laser ablation. Appl. Surf. Sci. 255: 5211–5214. doi:10.1016/j.apsusc.2008.07.137
  8. Rahman M K, Butt M Z, Mubeen Ishrat and Rafique M S, 2009. Investigation of silver plasma and surface morphology from a nanosecond laser ablation. Mater. Chem. Phys. 114: 978–982. doi:10.1016/j.matchemphys.2008.11.013
  9. Peng Yufeng and Liu Li, 2008. Propagation offset characteristics of annular laser beams from confocal unstable resonators through the natural atmosphere. Opt. Commun. 281: 705–717. doi:10.1016/j.optcom.2007.10.066
  10. Ozisik M N, Heat conduction. New York: John Wiley & Sons (1980).
  11. http://www.efunda.com/materials/elements/element_info.cfm?Element_ID=Cu
  12. Zhihua Li, Zhang Duanming, Yu Boming and Guan Li, 2002. Characteristics of plasma shock waves generated in the pulsed laser ablation process. Chin. Phys. Lett. 19: 1841–1843. doi:10.1088/0256-307X/19/12/330
  13. Leitz K H, Redlingshöfer B, Reg Y, Otto A and Schmidt M, 2011. Metal ablation with short and ultrashort laser pulses. Phys. Procedia. 12: 230–238. doi:10.1016/j.phpro.2011.03.128
  14. Fluent 6.1 Users Guide. Fluent Inc., Lebanon NH, 2005.
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics