Dynamics of spallation during femtosecond laser ablation studied by time-resolved reflectivity with double pump pulses

ダブルポンプパルスを用いた時間分解反射率測定法による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   ; 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光は既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。本結果から決定される膜剥離時間は10ps程度と決定され、この値は膜厚と音速によって決定される構造緩和時間20psと実験結果と近い値となることが見出された。

The dynamics of photomechanical spallation during femtosecond laser ablation of fused silica was studied by time-resolved reflectivity with double pump pulses. Oscillation of reflectivity was caused by interference between the probe pulses reflected at the sample surface and the spallation layer, and was enhanced when the surface is irradiated with the second pump pulse within a time interval of several picoseconds after the first pump pulse. However, as the time-interval was increased, the oscillation amplitude decreased with an exponential decay time of 10 ps. The oscillation disappeared when the interval exceeded 20 ps. This result suggests that the formation time of the spallation layer is approximately 10 ps.