Особливості процесів утворення іонізованих компонентів лазерної плазми під дією на поверхню випромінювання ексимерного лазера та лазера на парах міді

Вибуховий режим реалізується при неперервному переміщенні (обертанні) мішені і характеризується незначною затримкою 50 нс емісії по відношенню до лазерного імпульса, зумовленою самою динамікою утворення плазмового згустку та відсутністю емісії в міжімпульсний період.

Багатофотонний режим реалізується при досягненні температури поверхні в міжімпульсний період  3600K (контрольованої з допомогою КПЯ), зумовленої великою частотою слідування імпульсів. Наслідком цього є термоемісія нейтральних компонент в міжімпульсний період з їх багатофотонною іонізацією наступним лазерним імпульсом.

«Кумулятивний» режим реалізується коли випромінювання ЛПМ попадає у воронку, утворену дією 105 106 імпульсів. Спостерігається емісія кластерних іонів С2+; С3+; С4+; С5+; С6+; С60+ з запізненням по відношенню до лазерного імпульса на 100 150 нс, яке пояснюється інерційністю кумулятивних процесів. Цей режим можна здійснити також при фокусуванні однократного лазерного імпульса у воронку.

Перехідний – режим, в якому здійснюються два механізми іонізації: вибуховий, практично синхронний з лазерним імпульсом та термоемісія протягом 500 700 нс після закінчення лазерного імпульса. Тривалість термоімпульса корелює з релаксацією температури в міжімпульсний період.

Результати проведених експериментів показали, що застосування ЛПМ для цілей мас-спектрометрії дає змогу отримувати мас-спектри, які відображають склад як простих так і складних мішеней. При цьому запропонована та реалізована схема аналітичного приладу лазерний мас-спектрометр – проекційний мікроскоп.

У висновках сформульовані основні результати дисертації.

1. Для проведення систематичних експериментів створений лазерний мас-спектрометричний комплекс, який давав можливість досліджувати динаміку емісії компонент лазерної плазми, створеної дією на мішень лазерного випромінювання густиною потужності q = 5 107 5 1011 Вт/см2.

2. У вигляді лабораторного макета нами реалізована схема аналітичного приладу: лазерний мас-спектрометр – проекційний мікроскоп.

3. З допомогою часовопролітного мас-спектрометра з часовим фокусуванням та квантового підсилювача яскравості (КПЯ), що працював в режимі швидкісного затвору, виявлено, що при дії випромінювання XeCl ( 308 нм) лазера на алюмінієву мішень внаслідок його резонансного поглинання щільним ядром плазми імпульс іонної емісії корелює в часі з коефіцієнтом відбивання області взаємодії і має два максимуми. Використання резонансно поглинаючої присадки до мішені дає можливість підвищити чутливість лазерної мас-спектрометрії.

4. Досліджено, що в результаті дії на поверхню лазерного випромінювання густиною потужності q  109 Вт/см2 механічна реакція плазмового згустку збуджує в мішені ударні хвилі, які в свою чергу викликають зміщену в часі на 300 400 нс по відношенню до лазерного імпульса емісію низькоенергетичних кластерів. Іонну емісію під дією ударних хвиль можна використати як додаткове джерело інформації про міжатомні зв'язки в структурі поверхні.

5. Виявлені нелінійні ефекти іонізації та самофокусування при дії імпульсно-періодичного випромінювання ЛПМ на поверхню, пов'язані з виникненням стійких просторових структур та досліджена їх кореляція з особливостями іонної емісії.

6. В результаті досліджень іонної емісії під дією на поверхню випромінювання ЛПМ класифіковані такі якісно різні режими іонізації: а) вибуховий; б) багатофотонний; в) «кумулятивний»; г) термоемісійний, зумовлені його часовими і енергетичними параметрами та умовами фокусування.

7. В результаті проведених досліджень запропонована методика збільшення чутливості лазерної мас-спектрометрії в 5 10 разів за допомогою резонансно-поглинаючої присадки.

8. Застосування для випаровування та іонізації поверхні XeCl-лазера дало можливість покращити роздільну здатність по глибині лазерної мас-спектрометрії до lн 0, 01 мкм, на відміну від lн = 0, 1 мкм, отриману при застосуванні ІЧ випромінювання неодимового лазера.

 

 

1. А. Н. Малинин, Л. Л. Шимон, И. И. Опачко, В. М. Добош, Б. Я. Хомяк Повышение энергии излучения и ресурса работы малогабаритного газоразрядного импульсно-периодического эксимерного XeCl-лазера // Квантовая электроника. – 1994. – т. 21. – №12. – с. 1174-1176.

2. О. М. Малінін, Л. Л. Шимон, І. І. Опачко, В. М. Добош, Б. Я. Хомяк Фізико-хімічні можливості підвищення енергетичних та ресурсних характеристик малогабаритного газорозрядного імпульсно-періодич-ного ексимерного XeCl-лазера // УФЖ. – 1995. – т. 40. – №3. – с. 194-197.

3. Н. С. Белокриницкий, Л. Л. Шимон, А. Н. Малинин, И. И. Опачко, Б. В. Шкоба, В. В. Браславец, С. А. Евдокимов, В. М. Добош, Б. Я. Хомяк Диагностика газоразрядного импульсно-периодического малогабаритного XeCl-лазера с HCl и BCl3 галогенными донорами // Квантовая электроника. (Сборн. научных трудов АН Украины). – К: – 1993. – в. 45. – с. 30-37.

4. А. Н. Малинин, Л. Л. Шимон, И. И. Опачко, Н. С. Белокриницкий, Б. Я. Хомяк Влияние температуры окружающей среды на работу XeCl-лазера // Квантовая электроника. (Сборн. научных трудов АН Украины). – К: – 1994. – в. 46. – с. 104-106.

5. І. І. Опачко, Л. Л. Шимон, Б. Я. Хом'як Динаміка іонної емісії при резонансному і нерезонансному поглинанні лазерного випромінювання плазмою на поверхні твердого тіла // Журнал фізичних досліджень. – 1996. – т. 1. – №1. – с. 46-51.

6. Малинин А. Н., Опачко И. И., Шкоба Б. В., Фенчак В. А., Хомяк Б. Я. Характер ионной эмисси при воздействии импульсно-периодического излучения лазера на парах меди на простые и сложные мишени // Научно-техн. сб. : «Метролог. обесп. производства и контр. -измерит. техника. – Ужгород. – 1989. – вып. 7. –