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Ciliary White Light: Optical Aspect of Ultrashort Laser Ablation on Transparent Dielectrics

Ciliary White Light: Optical Aspect of Ultrashort Laser Ablation on Transparent Dielectrics. Yi Liu, Yohann Brelet , Zhanbing He, Linwei Yu , Sergey Mitryukovskiy , Aure´lien Houard , Benjamin Forestier , Arnaud Couairon, and Andre´ Mysyrowicz. 姓名 : 林建偉 學號 : 499280285 系級 : 物理系物理組.

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Ciliary White Light: Optical Aspect of Ultrashort Laser Ablation on Transparent Dielectrics

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Presentation Transcript

  1. Ciliary White Light: Optical Aspect of Ultrashort Laser Ablation on Transparent Dielectrics Yi Liu,Yohann Brelet, Zhanbing He,Linwei Yu, Sergey Mitryukovskiy, Aure´lien Houard, Benjamin Forestier, Arnaud Couairon,and Andre´ Mysyrowicz 姓名 : 林建偉 學號 :499280285 系級 : 物理系物理組

  2. 大綱 • 簡介 • 實驗架構 • 實驗結果 • 理論模擬 • 結論

  3. 簡介 • 超短脈衝雷射 脈衝時寬約s，瞬時功率高。

  4. 雷射架構

  5. 鎖模(mode-locking) 固定共振腔中，不同模態之間的相位。

  6. 高斯光束(Gaussian Beams)

  7. 雷射燒蝕(Laser Ablation) 藉由雷射光束來移除掉物體表面的物質。 • 蒸發 • 昇華 • 電漿(Plasma)

  8. 電漿(Plasma) • 由自由電子和帶電離子為主要成分的物質形態。 • 高電導率、高位能、動能的氣體團。

  9. 雷射燒蝕應用 • Laser-Assisted In Situ Keratomileusis(LAISK) • 用雷射來改變眼角膜弧度，來改善視力的手術。

  10. 實驗架構 脈衝寬:45fs 波長:800nm 光腰:45.5μm 透鏡焦距 :1m

  11. 熔融石英(fused silica) • 膨脹係數低 • 導熱率低 • 極其耐熱衝擊性 • 價格便宜

  12. 實驗結果 能量 :15μJ Laser Shot : 200000 樣品 : 熔融石英 (fused silica) 屏幕上白色光斑

  13. 　增加脈衝能量，中心白色光斑開始變化。 能量 :210μJ • 樣品 :熔融石英 (fused silica) Laser shot numbers

  14. Inner ellipse Outer ring

  15. Ciliary White Light(CWL) • 狀態穩定。 • 發散角約100 ° 。 • 絕大部分能量集中在外環。

  16. CWL的普遍性 • 置換樣品 • BK7glass、Pyrex、Sapphire、PPMA、Polycarbonate(PC)等等.. • 改變凸透鏡焦距 • 500mm、200mm、100mm、50mm、25mm。 • 改變脈衝寬 • 1000fs、500fs。

  17. Inner ellipse與偏振光 垂直偏振光 圓偏振光 水平偏振光

  18. 光偏振性 • 將電場振動方向定義為偏振方向 行進中電磁波

  19. 光偏振性 • 線偏振 • 電場大小固定、方向固定。 • 圓偏振 • 電場大小固定、方向固定(順或逆時針方向)。 • 橢圓偏振 • 電場大小不固定、方向固定(順或逆時針方向) 。

  20. 樣品表面結構 • 入射能量超過產生CWL的能量。 • Laser Induced Periodic Surface Structures(LIPSS) N=240,水平偏振光

  21. 掃描式電子顯微鏡(SEM) • 利用高壓電產生電子束。 • 掃描樣品。 • 接收二次電子訊號得到影像。

  22. 樣品表面輪廓 • 脈衝累積數量與破壞深度成正比。 • 頂角變小。

  23. 實驗值

  24. 理論模擬 • 繞射 • 光波行進時，遇到障礙物而偏離了原本的行進方向。

  25. 傅氏光學 y • η • U(x, y) • x ξ r • U(ξ, η) z

  26. A(x,y) : 空間中高斯光束函數。 P(x,y) : 坑的輪廓函數。 S(x,y) : 穩定態時，表面的型 　　　 態函數。 △d : 坑的深度 K=2 π/ λ 理論模擬CWL 實際量測CWL

  27. 非線性光學 • 交互作用後，產生其它頻率的光，且依舊保有原來的頻率。

  28. 入射光能量夠大 • 非線性效應 • 波長範圍增大 脈衝通過熔融石英後光譜

  29. 結論 • 由CWL與內部橢圓圖形可得知樣品表面型態。 • 內部橢圓圖形與光的偏振性相關。 • 波長範圍增大為非線性光學現象。 • 藉由坑的頂角，可得知CWL的開角。 • 了解雷射燒蝕過程中，樣品表面的變化。

  30. 參考資料 • http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%94%81%E6%A8%A1%E6%8A%80%E6%9C%AF • http://www.nchu.edu.tw/~rict/fesem/ref-fe/fe-sem-intro-nchu.htm • http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%89%AB%E6%8F%8F%E7%94%B5%E5%AD%90%E6%98%BE%E5%BE%AE%E9%95%9C • http://www.nemstek.com.tw/ch/what.htm • http://www.isu.edu.tw/upload/52/37/files/dept_37_lv_3_21885.pdf • http://www.baike.com/wiki/%E9%9D%9E%E7%BA%BF%E6%80%A7%E5%85%89%E5%AD%A6

  31. END

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