Damage in a Thin Metal Film by High-Power Terahertz Radiation

Abstract

We report on the experimental observation of high-power terahertz-radiation-induced damage in a thin aluminum film with a thickness less than a terahertz skin depth. Damage in a thin metal film produced by a single terahertz pulse is observed for the first time. The damage mechanism induced by a single terahertz pulse could be attributed to thermal expansion of the film causing debonding of the film from the substrate, film cracking, and ablation. The damage pattern induced by multiple terahertz pulses at fluences below the damage threshold is quite different from that observed in single-pulse experiments. The observed damage pattern resembles an array of microcracks elongated perpendicular to the in-plane field direction. A mechanism related to microcracks' generation and based on a new phenomenon of electrostriction in thin metal films is proposed.

Broadband electrically tunable VO2‑Metamaterial terahertz switch with suppressed reflection

“…While this is an effective means for modulating transmission across a broad spectral range, significant reflection in the insulating state will still exist due to impedance mismatch with free space, while in the metallic state, nearly all incident light will be reflected. This can be detrimental in devices where scattered light impedes performance or even causes irreversible damage, for example, in sensors and sensitive biosystems …”

Деградация и разрушение тонких стальных пленок при многократном воздействии сверхкоротких импульсов THz-излучения

“…Настоящая работа посвящена экспериментальным исследованиям деградации и разрушения тонких пленок из нержавеющей стали марки AISI 321 при многократном воздействии сверхкоротких импульсов THz-излучения с напряженностью электрического поля до 20 MV/cm. Ранее подобные исследования проводились нами на пленках алюминия [5] и никеля [6].…”

“…Для преобразования оптического излучения в терагерцевое использовался нелинейный кристалл DSTMS. Параметры излучения, оптическая схема и методика измерений подробно описаны в [5,6].…”

“…Максимальная ширина каналов в центральной части области воздействия достигает ∼ 1 µm и уменьшается до субмикронного размера на периферии. Ранее аналогичный характер разрушения наблюдался на пленках алюминия [5] и никеля [6,8].…”

“…Это приводит к росту микротрещины в продольном направлении перпендикулярно вектору напряженности электрического поля и увеличению толщины в поперечном направлении. Рост микротрещин сопровождается абляцией пленки в микрообластях (подобно механизму однократного разрушения [5,9]).…”