Photomechanical effect on femtosecond laser ablation of transparent dielectrics extracted from oscillation of time-resolved reflectivity

時間分解反射率の振動から探る高分子のフェムト秒レーザーアブレーションにおける非熱効果の研究

熊田 高之   ; 赤木 浩; 板倉 隆二; 乙部 智仁; 錦野 将元; 横山 淳

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

時間分解反射率測定により、高分子のフェムト秒レーザーアブレーションダイナミクスを調べたところ、アブレーション閾値以上で振動を観測した。その振動は非熱効果によって剥離した薄膜膜と試料表面における反射光の干渉によるものと考えられ、この結果から高分子のようなソフトマターのフェムト秒レーザーアブレーションにおいても非熱効果が表れることが判明した。膜剥離速度はレーザーフルエンス増加とともに6km/sから11km/sまで増加することが確認された。考察の結果、本速度は光励起部位に生じた所撃破速度で決定しているものと考えられる。

Dynamics of femtosecond laser ablation of transparent polymers was examined using time-resolved reflectivity. When a pump pulse with fluence above ablation thresholds of 0.8-2.0 J/cm was irradiated to these polymers, we observed oscillation of the reflectivity, which was caused by the interference between the reflected probe pulses from the sample surface and thin layer due to non-thermal photomechanical effect of spallation. As the fluence of the pump pulse increased, the separation velocity of the thin layer increased from 6 km/s to the asymptotic value of 11 km/s. We consider that the velocities are determined by shock-wave velocities of the photo-excited layer.