Plasma Propulsion of a Metallic Microdroplet and its Deformation upon Laser Impact

Abstract

The propulsion of a liquid indium-tin micro-droplet by nanosecond-pulse laser impact is experimentally investigated. We capture the physics of the droplet propulsion in a scaling law that accurately describes the plasma-imparted momentum transfer, enabling the optimization of the laser-droplet coupling. The subsequent deformation of the droplet is described by an analytical model that accounts for the droplet's propulsion velocity and the liquid properties. Comparing our findings to those from vaporization-accelerated mm-sized water droplets, we demonstrate that the hydrodynamic response of laser-impacted droplets is scalable and independent of the propulsion mechanism.

Drop fragmentation by laser-pulse impact

“…The technical equipments used for the MEK and tin experiments differ and are described in detail in Klein et al (2017) and Kurilovich et al (2016), respectively. In the current work, the backlighting in the tin setup has been improved: a pulsed dye-laser pumped by the second harmonic wavelength of a Nd:YAG laser emitting an approximately 5 ns pulse of 560 nm light with a spectral width of ∼ 4 nm is used.…”

Modeling of liquid tin target deformation by laser pulse

“…В статье [10] представлены результаты серии экспериментов по взаимодействию Nd:YAG лазера с длиной волны 1064 нм и оловянной капли диаметром 50 мкм. Было решено провести верификацию исследуемого метода моделирования эволюции мишени путем сравнения расчета с одним из случаев из серии экспериментов, обозначенным на графике Fig.…”

“…Полученные результаты для зависимостей радиуса мишени от времени приведены на рис. 9 вместе с экспериментальными данными для случая 'We=20' из [10]. На рис.…”

“…В современных литографических установках важнейшим элементом является источник EUV-излучения с длиной волны 13,5 нм±1% на основе плазмы олова [1,2], получаемой путем воздействия лазерного импульса высокой интенсивности (порядка 10 10 Вт/см 2 ) на распределенную оловянную мишень [3]. На данном этапе развития EUV-технологии наиболее перспективно использование распределенной мишени в виде тонкого жидкого оловянного диска диаметром несколько сотен микрометров.…”

“…Для верификации данной методики использовались результаты экспериментов, проведенных в центре ARCNL (https://arcnl.nl) при университете г. Амстердама (Нидерланды), опубликованные в статье [10].…”