FIZIKAI FOLYAMATOK GYORSFÉNYKÉPEZÉSE

Az utóbbi évtizedekben számos lézeres anyagmegmunkálási technológiát fejlesztettek ki, melyek nagy részét már jónéhány területen alkalmazzák is. Egyik legújabban felfedezett fajtájuk az excimer lézeres ablációs mechanizmus, melyre R. Srinivasan és munkatársa V. Mayne-Banton figyelt fel. Az általuk tapasztalt jelenség a következő volt: egy polimer mintát excimer lézerrel besugározva, a megvilágított felület egy bizonyos (általában maximum néhány mikrométeres) mélységig kirobban a hordozó tömbből. 1982-es publikálása óta számos alkalmazási lehetőség merült fel a jelenséggel kapcsolatban. Ezek részletes vizsgálata, illetve körének bővítése jelenleg is aktuális, nagy érdeklődést kiváltó kutatási téma. Habár több elméletet is kidolgoztak már a folyamat leírására, mégis számos kérdés vár még megválaszolásra. Ez persze annak is köszönhető, hogy maga az abláció fogalma egy gyűjtőnév, több különbözőképpen lejátszódó folyamatot is magában foglal. Ilyen például a fotokémiai kötésfelszakítás, a termális bomlás, kis térfogatú anyag igen rövid idő alatt bekövetkező felforrása és elgőzölgése, illetve gyors gázkiterjedés okozta kirobbanása.

Egy festéklézer alapú gyorsfényképező elrendezést állítottunk össze. Az excimer lézer fényét ráfókuszáltuk a mintára, melyet egy, az excimerhez képest elektronikusan késleltetett nitrogén lézerrel, vagy az azzal gerjesztett festéklézerrel világítottunk meg. A mintán, illetve a felette lezajló jelenségeket egy mikroszkóppal és egy videokamerával figyeltük meg, s egy videomagnóval rögzítettük. A késleltetést -100 ns-tól 10 ms-ig tudtuk változtatni. A rendszer időbeli felbontása közel 1 ns. Ezzel az elrendezéssel lehetővé vált az excimer lézer által kiváltott folyamatok időfelbontásos vizsgálata.

A gyorsfényképező elrendezés vázlatos rajza

Ablációs dinamikai vizsgálatokat végeztünk többek között polimetil-metakrilát (PMMA) excimer lézeres maratására:

a, kimutattuk, hogy a minta felületi reflexiója jelentősen lecsökken az UV impulzust követő 0-100 ns-os tartományon, melyet a felületi réteg jelentős felmelegedéséből és termális bomlásából származó tranziens törésmutató változással magyaráztunk;

b, megállapítottuk, hogy az ablációt megelőzően egy kiemelkedés jelenik meg a besugárzott felületen, amely gyorsan kitágul, majd összehúzódik, ekkor indul meg a tényleges nagyarányú anyageltávozás, mely vulkánszerűen zajlik le;

c, bebizonyítottuk, hogy a PMMA ablációja más módon következik be 0.08 bar környezeti nyomás alatt, mikor is az ablátum egységes felhő formájában hagyja el a minta felületét.

PMMA excimer lézeres ablációjának folyamata levegőn és vákuumcellában.

A fenti elrendezés segítségével meg tudtuk vizsgálni a szem excimer lézeres ablációja során lezajló jelenségek időbeli lefutását is.

Szem lézeres ablációjának hatására a levegőben keletkező lökéshullám terjedése és az anyagkilövellés folyamata

IRODALOM:

1. Zs. Bor, B. Hopp, B. Rácz, G. Szabó, I. Ratkay, I. Süveges, Á. Füst, J. Mohay: "Plume emission, shock wave and surface wave formation during excimer laser ablation of the cornea", Refractive and Corneal Surgery 9 (1993)

2. B. Rácz, Zs. Bor, B. Hopp, G. Szabó, I. Süveges, J. Mohay, I. Ratkay, Á. Füst: "Ultrafast photography of the cornea ablation", Lasermedizin 9, 127 (1993)

3. B. Hopp, M. Csete, G. Szabó, Zs. Bor: "Time resolved study of ArF excimer laser ablation process of PMMA", Appl. Phys. A 61, (1995)

4. Zs. Tóth, B. Hopp, Z. Kántor, F. Ignácz, T. Szörényi, Zs. Bor: "Dynamics of excimer laser ablation of thin tungsten films as followed by ultrafast photography", Appl. Phys. A 60, (1995)

5. Zs. Bor, B. Hopp, Zs. Márton, Z. Gogolák, F. Ignácz: "Ultrafast photography of shock waves originating from an ablated surface", SPIE vol. 1983, 748 (1993)