Dynamics of femtosecond laser ablation of fused silica by oscillation of time-resolved reflectivity

時間分解反射率の振動から探る石英のフェムト秒レーザーアブレーションダイナミクスの研究

熊田 高之   ; 赤木 浩; 板倉 隆二; 乙部 智仁; 横山 淳

Kumada, Takayuki; Akagi, Hiroshi; Itakura, Ryuji; Otobe, Tomohito; Yokoyama, Atsushi

石英のフェムト秒レーザーアブレーション過程において、時間分解反射率が約60ピコ秒の周期で振動することを見いだした。金属や半導体を用いた以前の研究結果に基づき、この振動はフェムト秒レーザー照射により石英試料表面に生じた気液混合相表裏面における反射波の干渉によるものであると結論付けた。振幅の時間変化から、気体(泡)は液相中において熱力学的に均一に発生するのではなく、引っ張り力が働く中心部分に集中的に発生した後で膨張し、最終的に上下2つの液体層に分離することが示唆される。

We have observed an oscillation with ca. 60 ps-period in time-resolved reflectivity of fused silica excited by a femtosecond laser pulse with fluence of 4.9-12.8 J/cm. We consider that the oscillation is caused by an interference between reflected probe pulses from front and rear surfaces of liquid-vapor (LV) coexistence phase. The phase and decay of the oscillation suggest that the LV phase having carrier concentration enough for plasma reflection is not only expanded by thermodynamic homogeneous nucleation of gas bubbles, but also separated into two dense layers by tensile stress wave.