Partikelemission bei der Ablation dielektrischer Materialien mit ultrakurzen Laserpulsen

  • Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, einen Beitrag zum Verständnis mikroskopischer Prozesse zu leisten welche an der Laser-Ablation dielektrischer Kristalle mit ultrakurzen Laserpulsen beteiligt sind. Die von den Targets emittierten elektrisch geladenen Partikel werden mit einem Flugzeitmassenspektrometer nachgewiesen, und die resultierende Morphologie der Targetoberfläche wird ex-situ mit Methoden der optischen Mikroskopie bzw. der Raster-Elektronenmikroskopie charakterisiert. Die Absorption der Laserstrahlung führt zu Multiphotonen-Ionisationsprozessen, so dass es zu einer Coulomb-Explosion der Oberfläche kommt. Bei hohen Laserintensitäten gibt es außerdem thermische Beiträge zu Ablation (Phasen-Explosion). Für die resonante Unterstützung der Photoelektronenemission sind materialabhängige Oberflächenzustände (z. Bsp. F-Zentren) wichtig. An BaF2 (111) Oberflächen wird ein „Layer-by-Layer“ Abtrag beobachtet. Die Partikelemission hinterlässt eine instabile Oberfläche, deshalb kann es im Ablationskrater zur Ausbreitung vonDas Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, einen Beitrag zum Verständnis mikroskopischer Prozesse zu leisten welche an der Laser-Ablation dielektrischer Kristalle mit ultrakurzen Laserpulsen beteiligt sind. Die von den Targets emittierten elektrisch geladenen Partikel werden mit einem Flugzeitmassenspektrometer nachgewiesen, und die resultierende Morphologie der Targetoberfläche wird ex-situ mit Methoden der optischen Mikroskopie bzw. der Raster-Elektronenmikroskopie charakterisiert. Die Absorption der Laserstrahlung führt zu Multiphotonen-Ionisationsprozessen, so dass es zu einer Coulomb-Explosion der Oberfläche kommt. Bei hohen Laserintensitäten gibt es außerdem thermische Beiträge zu Ablation (Phasen-Explosion). Für die resonante Unterstützung der Photoelektronenemission sind materialabhängige Oberflächenzustände (z. Bsp. F-Zentren) wichtig. An BaF2 (111) Oberflächen wird ein „Layer-by-Layer“ Abtrag beobachtet. Die Partikelemission hinterlässt eine instabile Oberfläche, deshalb kann es im Ablationskrater zur Ausbreitung von Oberflächenwellen und der Bildung von Ripples durch selbst-organisierte Prozesse kommen.show moreshow less
  • The purpose of this thesis is an improved mechanistic understanding for the phenomenon of ultra short laser pulse ablation from dielectric crystals. From the target emitted charged particles are analyzed by time-of-flight mass spectroscopy techniques and, upon laser irradiation, the resulting surface morphology is ex-situ characterized by optical and electron microscopy. The ablation is based on Coulomb explosion upon multiphoton surface ionisation and may be accompanied by thermal ablation processes (i.e. Phase-Explosion). Material dependent surface states, for example F-centres, were identified as important for a resonant enhancement of the photo­electron emission. A “layer-by-layer” material removal is observable at BaF2 (111) surfaces. The particle emission leaves behind a highly instable surface. Therefore, surface waves may spread within the crater and ripples are created by self-organized processes.

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Metadaten
Author: Matthias Henyk
URN:urn:nbn:de:kobv:co1-000000371
Referee / Advisor:Prof. Dr. Jürgen Reif
Document Type:Doctoral thesis
Language:German
Year of Completion:2003
Date of final exam:2003/07/22
Release Date:2007/03/02
Tag:Ablation; Dielektrisches Kristall; Laser; Laserpuls
GND Keyword:Femtosekundenbereich; Flugzeitmassenspektrometrie; Ionenkristall; Laserablation; Laserimpuls
Institutes:Fakultät 1 MINT - Mathematik, Informatik, Physik, Elektro- und Informationstechnik / FG Experimentalphysik und funktionale Materialien
Institution name at the time of publication:Fakultät für Mathematik, Naturwissenschaften und Informatik (eBTU) / LS Experimentalphysik / Materialwissenschaften