مطالعه پلاسمای حاصل از اندرکنش لیزر حالت جامد nd:yag در رژیم نانوثانیه در فشارهای پایین اتمسفر با هدف نازک پلیمری

در این پژوهش، مطالعه رفتار پلاسمای حاصل از برخورد باریک? لیزر با هدف نازک از جنس پلیمر به ضخامت2/0 میلیمتر در فشارهای پایین جو مورد نظر بوده است. به منظور تشکیل پلاسمای سطح پشتی با انرژی های لیزر 110 و 160 میلی ژول بترتیب 6 و 2 ضربه لازم است تا هدف سوراخ شود. با تغییر فشار از یک تا 3-10 میلی بار در انرژی 110 میلی ژول سرعت انتشار ذرات با روش سایه نگاری در سطح رویی هدف از cm/s 106×4 تا cm/s 106×7 افزایش می یابد. در انرژی 160 میلی ژول با کاهش فشار از اتمسفر تا 100 میلی بار سرعت در سطح رویی هدف از cm/s106×6/1 تا cm/s106×1/3 و برای پلاسمای سطح پشت از cm/s105×2 تا cm/s105×5 افزایش می یابد. دمای تقریبی یون ها با استفاده از مدل موج ضربه و وابستگی سرعت به دما با تابع توانی، در فشار اتمسفر برای پلاسمای سطح رویی ازev2 تا ev5/0 و در پلاسمای پشت از ev 6/0 تا ev 2/0 با گذشت زمان کاهش می یابد. با توجه به اینکه در فشار های پایین اتمسفر، روش مشخصه یابی سایه نگاری از دقت کمتری برخورداراست و داده ها برای پلاسمای سطح پشتی از فشار 100 میلی بار به پایین چندان دقیق نبود، از پروب لانگمیر استفاده شد. یک سوزن از جنس استیل با بدنه عایق و سطح مقطع 35/0 میلیمتر به عنوان تک پروب لانگمیر در فاصله 2 میلیمتری در پشت هدف نازک قرار داده شد. به کمک سیگنال بدست آمده از جریان الکترونی و منحنی مشخصه جریان - ولتاژ پروب، دمای الکترون در فاصله 2 میلیمتری از مرکز پلاسما در حدود 3 الکترون ولت بدست آمد. با تغییر فشار از 100 تا 3-10 میلی بار سرعت یون در گستر? cm/s 104×1 تا cm/s 104 ×8 بدست آمده است. نتایج پروب توافق خوبی با داده های سایه نگاری دارد. کاهش یک مرتبه در بزرگی سرعت ذرات با روش زمان پرواز، از آنجا ناشی می شود که پروب یک مشخصه الکتریکی کندی است و هم در فواصل میلیمتری ازهدف قرار گرفته تا نسبت به سایه نگاری که در ابعاد میکرومتری پلاسما را رصد می کند. سرعت الکترون ها با استفاده از زمان پرواز، در فشارهای مختلف بطور میانگین cm/s 105×1محاسبه گردید و نیز چگالی یون در هدف پلیمری از مرتبه cm-31012 برآورد شده است. این مرتبه از چگالی نشاندهنده این است که در این انرژی لیزر با هدف پلیمری پلاسمای بسیار کم چگالی حاصل می شود.