Impact of the plasma power on plasma-induced increase in absorption of fused silica

  • In the last decades, laser machining of fused silica has gained in importance where the main challenge is to overcome the high transmission of this medium in order to achieve surface absorption. One approach is plasma treatment using hydrogenous process gases. In doing so, a near-surface glass layer is chemically modified by a removal of oxygen and an implantation of hydrogen, resulting in the formation of optically active defects and an increase in absorption. Against this background, the impact of the plasma power on plasma-induced increase in absorption of fused silica was investigated in the present work. Here, the highest efficiency of the plasma treatment process was found at the lowest applied plasma power whereas for higher plasma powers, a notably lower increase in absorption was observed. This effect is attributed to the decomposition of plasma species required for initiating the formation of optically active defects within the glass. Such decomposition increases with rising power due to the corresponding increase in electric field strength within the plasma. This finding is of substantial interest for an extensive understanding of plasma-glass interactions.
  • Die Laserbearbeitung von Quarzglas hat in den letzten Jahrzehnten an Bedeutung gewonnen. Dabei besteht die Herausforderung darin, die hohe Transmission dieses Mediums zu überwinden. Hierzu stellt eine Plasmabehandlung mittels wasserstoffhaltigen Prozessgasen einen Ansatz dar. Dabei wird eine oberflächennahe Glasschicht durch Entfernung von Sauerstoff und Implantation von Wasserstoff chemisch modifiziert, woraus die Ausbildung optisch aktiver Defekte und ein Anstieg der Absorption resultieren. Vor diesem Hintergrund wurde in dieser Arbeit der Einfluss der Plasmaleistung auf die plasmainduzierte Absorptionssteigerung untersucht. Die höchste Effizienz der Plasmabehandlung wurde bei der geringsten applizierten Leistung erzielt, wohingegen bei höheren Plasmaleistungen nennenswert geringere Absorptionssteigerungen beobachtet wurden. Dieser Effekt wird auf den Zerfall von Plasmaspezies, die für eine Ausbildung optisch aktiver Defekte benötigt werden, zurückgeführt, welcher mit ansteigender Leistung und dem damit einhergehenden Anstieg der elektrischen Feldstärke im Plasma anwächst. Diese Erkenntnis ist von hohem Interesse für ein umfassendes Verständnis von Plasma-Glas-Wechselwirkungen.
  • Ces dernières décennies, les applications laser en usine composées de silice fondue ont gagné en importance, l'enjeu consistant à surmonter le problème de la transmission élevée de ce milieu dans le but d’obtenir l’absorption de surface. Une façon d’aborder le problème est d’appliquer le traitement au plasma en utilisant des procédés au gaz de dihydrogène. En agissant ainsi, une couche de verre proche de la surface est modifiée chimiquement par l’ablation d’oxygène et l’implantation d’hydrogène, ce qui provoque la formation de défauts optiquement actifs et l’augmentation de l’absorption. Dans ce contexte, l’impact de la puissance du plasma sur l’augmentation de l’absorption de silice fondue induite par le plasma a été étudié dans cet article. Ici, la meilleure efficacité du traitement au plasma a été constatée à la puissance de plasma la plus faible tandis que pour de plus fortes puissances, une augmentation bien plus faible en absorption a été observée. Cet effet est attribué à la décomposition des espèces de plasma requises dans la formation des défauts optiquement actifs à l’intérieur du verre. Une telle décomposition augmente avec la montée de puissance due à l'augmentation de force du champ électrique dans le plasma. Cette découverte est d’un intérêt considérable pour une compréhension plus poussée des interactions plasma-verre.

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Metadaten
Author:Christoph GerhardORCiD, Emilie Letien, Thomas Cressent, Mandy Hofmann
URN:urn:nbn:de:kobv:526-opus4-10802
DOI:https://doi.org/10.15771/0949-8214_2019_5
ISSN:0949-8214
Parent Title (English):Wissenschaftliche Beiträge 2019
Document Type:Article in a Periodical of the TH Wildau
Language:English
Year of Publication:2019
Publishing Institution:Technische Hochschule Wildau
Release Date:2019/04/11
Volume:23
First Page:33
Last Page:37
Institutes:Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 621 Angewandte Physik
TH Wildau publications:Wissenschaftliche Beiträge
Licence (German):Creative Commons - CC BY-NC-ND - Namensnennung - Nicht kommerziell - Keine Bearbeitungen 4.0 International