Powerful ultraviolet laser pulse impact on polished metals and semiconductors

Abstract

Laser treatment for samples of copper, its alloys and gold was carried out with a UV pulse of nanosecond duration. After irradiation at subthreshold values of the energy density (E ∼ 0.2 - 0.8 J/cm2) the noticeable changes in the surface layer were revealed. These are traces of thermoplastic deformation resulting from laser exposure. They appear as uneven rise of the irradiated sample surface area up to 1 μm. The effect is cumulative, because the height of the uplifts increases with increasing number of impact pulses. In addition, the characteristic features of high-temperature plastic deformation were observed in the form of crystallographic slip and grain-boundary slippage. At E ∼ 1 J/cm2 or more the optical breakdown occurred with the formation of a crater on the metal surface, that precludes the detection of described effects. The mechanical impulse of a laser plasma, when exposed to a metal surface, prevents the thermomechanical expansion of the material, and therefore, similar effects have not been previously observed. On the surface of materials with a significantly larger elastic limit (single crystals of germanium and silicon, a tungsten carbide) this phenomenon was not observed, because the generated thermomechanical stresses were insufficient to create conditions of plastic deformation.

Предпороговые Эффекты При Воздействии Ультрафиолетовых Лазерных Импульсов На Медь И Ее Сплавы

“…Для усреднения показания Nova II делились на количество импульсов. Методика эксперимента и описание установки подробно изложены в работах [8][9][10].…”

“…В описываемых экспериментах использовалась частота повторения f = 10 Hz. Поверхность образца за время между импульсами полностью остывала [8][9][10].…”

“…В работах [8][9][10] было экспериментально обнаружено появление следов высокотемпературной пластической деформации в приповерхностном слое меди и ее сплавов, возникших в результате воздействия наносекундных УФ лазерных импульсов. В настоящей работе дополняются и обобщаются полученные результаты, и заключается, что наблюдались процессы, имеющие непосредственное сходство с акустопластическим, электропластическим, магнитопластическим и другими аналогичными эффектами.…”

“…Основное внимание уделялось предпороговому периоду воздействия. Отдельные фрагменты данного исследования были опубликованы в кратких сообщениях [8][9][10].…”

Ultraviolet Nanosecond Laser Treatment to Reduce the Friction Coefficient of Silicon Carbide Ceramics

“…A nanosecond laser is assumed to be used to provide a high-accuracy processing and low mechanical stresses in the material under treatment, combined with reliability and stability. Surface scanning by a laser beam with a sufficiently high pulse frequency will allow to process extended surfaces with high spatial resolution [38]. Shortening the pulse duration is known to be accompanied by a reduction of the heat affected zone and an increase in the processing accuracy [39].…”