ダブルパルスを用いた石英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ダイナミクス研究

Nonthermal effects on femtosecond laser ablation dynamics studied using time-resolved reflectivity with double pump pulses

熊田 高之   ; 乙部 智仁; 錦野 将元; 長谷川 登; 林 照剛*

Kumada, Takayuki; Otobe, Tomohito; Nishikino, Masaharu; Hasegawa, Noboru; Hayashi, Terutake*

ダブルパルスを用いた時間分解反射率測定法により、フェムト秒レーザーアブレーションにおける非熱効果によって膜状に試料が剥離するダイナミクスを調べた。アブレーション閾値以上のポンプ光照射後、剥離膜と母体試料表面におけるプローブ光反射波の干渉による振動が現れる。その振幅は、第1ポンプ光の直後に第2ポンプ光を照射すると増大するが、両光の時間間隔sとともに減少し、20ps以上では消滅した。この結果は、第1ポンプ光直後の第2光が膜剥離前の母体試料表面を励起するのに対して、20ps以上離れた第2光はすでに剥離した膜を励起したものと考えられる。剥離膜は試料母体との機械的接触を持たないために、膜に付与されたエネルギーは試料母体に散逸することなく、膜表面から激しい蒸発を促し、膜自体を破壊したのであろう。パルス間隔に対する振幅変化から、膜剥離時間は10ps程度と決定される。

Dynamics of the formation of a spallation layer during femtosecond laser ablation of fused silica has been studied using time-resolved reflectivity with double pump pulses. Oscillation of the reflectivity, which is due to interference between the reflected probe pulses at the bulk sample surface and the spallation layer, is enhanced when the second pump pulse is irradiated within the time interval, s, of a few picoseconds after the first pump pulse. However, as s increases, the oscillation amplitude decreases with an exponential decay time of 10 ps. This result suggests that it takes approximately 10 ps for formation of the spallation layer.