Влияние лазерной плазмы на формирование морфологии тонкопленочного покрытия (статья)

Высокие плотности мощности сфокусированного лазерного электронного луча на поверхность твердого тела обычно приводят к образование плазменного факела, состоящего из высокоэнергичных частиц: электронов, ионов, атомов, молекул, капель и твердых осколков мишени.

При этом факел образуется как в импульсном, так и в непрерывном режимах испарения. Импульсный режим обеспечивает быстрый разогрев поверхности в зоне фокусировки, что сопровождается генерацией волн давления. Это и приводит к выбросу макрочастиц, ухудшающих морфологию тонкопленочного покрытия.

Плазменный факел, полученный передним фронтом импульса, в дальнейшем экранирует оставшуюся часть световой энергии.

В результате этого плазма разогревается сильнее и теперь она воздействует на мишень, как вновь образованный источник тепла, но уже не точечной формы.

Кроме этого, возникает эффект пульсаций факела, как результат изменения коэффициента пропускания плазменного факела.

Этот эффект отчетливо наблюдается в режимах непрерывного излучения при острой фокусировке, в том числе и для непрерывного СО2-лазера. 

Многочисленные исследования доказали, что лазерный луч имеет модовую структуру, как в импульсном, так и непрерывном режиме.

В зависимости от формы оптического резонатора ОКГ структура мод может изменяться от многомодового до одномодового режима. 

Плотность энергии в отдельной моде значительно выше средней плотности энергии по всему сечению светового пучка.

Отсюда, воздействие лазерного луча на поверхность мишени различно по площади пятна, что сказывается на механизме испарения.

С другой стороны, экранировка поверхности мишени плазменным облаком снижает влияние модовой структуры луча ОКГ.

Коэффициент поглощения излучения факелом можно оценить выражением...

Весь материал - в документе.