Simultaneous emission of the HF and N/sub 2/ lines from a plasma cathode TEA laser

Μελετη - Αναπτυξη Παλμικων Λειζερ Αεριων Επιφανειακων Εκκενωσεων Ερπυσμου Και Ημιαγωγιμου Προιονισμου: Χρησεις Σε Πειραματα Αποδομησης

“…xiii ΕΙΣΑΓΩΓΗ [3], με σύρμα παράλληλο με τα ηλεκτρόδια, το οποίο συνδέεται με ένα από τα ηλεκτρόδια μέσω μιας αντίστασης ή ενός πυκνωτή [4], με συστοιχία τόξων μεταξύ ακκίδων κάτω από τη κάθοδο ή εκατέρωθεν των ηλεκτροδίων [5,6] και με διηλεκτρικό [7,8] ή με ημιαγωγό [9,10] [6] των ηλεκτροδίων d Το πεδίο έκσπασης, σε αντιδιαστολή με τη συμπεριφορά των ελεύθερων εκκενώσεων, ελλατώνεται με αύξηση του d Μετά την έκσπαση της εκκένωσης η ακτινοβολία που εκπέμπεται από τα ισχυρά ιονισμένα και με υψηλή θερμοκρασία, κυλινδρικής μορφής επιφανειακά τόξα, απορροφάται από το διηλεκτρικό το οποίο θερμαίνεται και απελευθερώνει συστατικά του στην εκκένωση Μέχρι αυτό το σημείο η συμπεριφορά της εκκένωσης είναι ταυτόσημη με αυτή των ελεύθερων τόξων Εξαιτίας της επιφανειακής εξάχνωσης, η αγωγιμότητα των καναλιών πλάσματος είναι μεγαλύτερη κοντά στην επιφάνεια με αποτέλεσμα τα κανάλια να παρουσιάζουν ασυμμετρία με μεγαλύτερες ταχύτητες επέκτασης παρράληλα στην επιφάνεια απ'ότι κάθετα σε αυτή Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα τον περιορισμό του πλάσματος κοντά στην επιφάνεια ο οποίος οδηγεί σε περεταίρω αύξηση της θερμοκρασίας και συνεπώς και της εξάχνωσης και μέσα από αυτόν το μηχανισμό θετικής ανάδρασης οδηγούμαστε σε πολύ μεγάλες πυκνότητες ηλεκτρονίων σε ένα πολύ λεπτό στρώμα πάνω από την επιφάνεια του διηλεκτρικού, δηλαδή στην εκκένωση ερπυσμού Ο ίδιος μηχανισμός είναι υπεύθυνος και για το ότι η διατομή των επιφανειακών καναλιών είναι μικρότερη από την αντίστοιχη των ελεύθερων τόξων με αποτέλεσμα να επιτυγχάνονται μεγαλύτερες πυκνότητες ρεύματος και συνεπώς και εκπομπές ακτινοβολίας Η διεύρυνση των καναλιών πλάσματος και η έκταση της ασυμμετρίας που παρουσιάζεται παράλληλα και κάθετα στην επιφάνεια εξαρτάται από τη σύνθεση του διηλεκτρικού και του αερίου, το μέγεθος και το ρυθμό εναπόθεσης ενέργειας στην εκκένωση, καθώς και σε ασθενέστερο βαθμό από την πίεση Μετρήσεις των παραπάνω μεγεθών αναφέρονται από τους Vanyukov και Daniel [7,8,9], Beverly [10] και Dashuk et al [11] 11 2 Χαρακτηριστικά της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας Οι εκκενώσεις ερπυσμού χαρακτηρίζονται από την ύπαρξη μεγάλου αριθμού ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας και συνεπώς από την ικανότητα να παράγουν μεγάλες ποσότητες υπεριώδους ακτινοβολίας Η συμπεριφορά αυτή οφείλεται αφενός μεν στην επιπλέον ενίσχυση του εφαρμοζόμενου ηλεκτρικού πεδίου λόγω της ύπαρξης της κάθετης συνιστώσας και της παρουσίας των μικροανωμαλιών της επιφανείας, οι οποίες προκαλούν την περαιτέρω ενίσχυση του τοπικού πεδίου, καθώς επίσης και στη συμπίεση της εκκένωσης κοντά στην επιφάνεια Η αυξημένη παραγωγή υπεριώδους ακτινοβολίας οφείλεται επίσης στην εκπομπή ακτινοβολίας από στοιχεία τα οποία έχουν προσροφηθεί στην επιφάνεια του διηλεκτρικού καθώς και σε συστατικά της δομής του διηλεκτρικού τα οποία εισέρχονται στην εκκένωση μέσα από μηχανισμούς αποδόμησης Η μελέτη των φασμάτων εκπομπής ακτινοβολίας των επιφανειακών εκκενώσεων καθώς και οι δυνατότητες βελτιστοποίησης τους για διάφορες κατηγορίες τεχνολογικών εφαρμογών έχουν γίνει αντικείμενο εκτενούς έρευνας τα τελευταία 20 χρόνια Οι σημαντικότερες μελέτες, με ιδιαίτε...…”

“…M Fenzlaff, R Gerhard, E lllenberger, 'Associative and dissociative electron attachment by SF 6 and SF 5 CI , J Chem Phys 88 149 (1988) Ε Κ Gorton, E W Parcell and Ρ Η Cross, ' Discharge production of fluorine for DF lasers , Opt Commun, 399 (1989) PSI, Interactive Simulation Programm, BOZA automatisering The Netherlands αντίστοιχο ανιχνευτή Η ανακλώμενη δέσμη περιείχε ακτινοβολία τόσο HF όσο και Ν 2 Η δέσμη HF αποκόπηκε με τη χρήση συνδυασμού τριών φίλτρων UG-5 τα οποία αποροφούν πλήρως το IR και είναι μερικώς διαπερατά στο UV Η διερχόμενη ακτινοβολία Ν 2 εστιάστηκε με τη χρήση δύο φακών από CaF 2 και χαλαζία πάνω στον αντίστοιχο ανιχνευτή Τέλος, η περιγραφή των ανιχνευτών και της διαδικασίας μέτρησης και επεξεργασίας των κυματομορφών τάσης και ρεύματος της εκκένωσης περιγράφηκε αναλυτικά στη παράγραφο 4 3 5 του Μέρους 2 1 3 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ -ΕΠΙΔΟΣΕΙΣ 13 1 Εξάρτηση από την τάση φόρτισης Στο Σχήμα 1 2 παρουσιάζεται η εξάρτηση της ενέργειας εξόδου του HF και του Ν 2 από την τάση φόρτισης Η αύξηση της ενέργειας εξόδου είναι σχεδόν γραμμική και για τις δύο δέσμες (αν και για το Ν 2 παρατηρείται μιά μικρή τάση κορεσμού), με ρυθμούς αύξησης 7 1 mJ/kV για το HF και 52 μϋ/kV για το Ν 2 Η απουσία κορεσμού δίνει τη δυνατότητα περαιτέρω αύξησης της ενέργειας εξόδου με αντίστοιχη αύξηση της ενέργειας εισόδου Η ολική χωρητικότητα του κυκλώματος της κύριας εκκένωσης ήταν C md =96 nF και η αναλογία ροών του μίγματος SF 6 ; αποδόμησης σε κάποια περιοχή κόρου, όπως έχουν ανακοινώσει άλλοι ερευνητές στη βιβλιογραφία για αποδόμηση σκληρών ιστών Τα πειραματικά δεδομένα και η γραφική παράσταση του ρυθμού αποδόμησης συναρτήσει της πυκνότητας ενέργειας δεν οδηγούν στο προσδιορισμό της πυκνότητας κατωφλίου, η οποία συνήθως προσδιορίζεται από την τομή της καμπύλης (ή της εφαπτόμενης σ'αυτήν) με τον άξονα των χ Οι πειραματικές τιμές του Σχήματος 2 9 συμφωνούν γενικά (ίδια τάξη μεγέθους) με δεδομένα άλλων ερευνητών για αποδόμηση οστών με HF λέιζερ (λ=2 9 μιη) Οι διαφορές ανάμεσα στις τιμές των Σχημάτων 2 7 και 2 9 οφείλονται στο ότι δεν είναι όλοι οι παλμοί λέιζερ ισοδύναμοι ως προς την ικανότητα αποδόμησης ιστών Οι πρώτοι παλμοί είναι πλέον αποτελεσματικοί, όπως επισημάνθηκε και παραπάνω, και επομένως η ολοκλήρωση σε όλο το φάσμα των παλμών που απαιτούνται για διάτρηση μειώνει σημαντικά τον μέσο ρυθμό αποδόμησης Η παρατήρηση των κρατήρων αποδόμησης με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (ΗΜΣ) έδειξε ότι η επιφάνεια της οδοντίνης μετά την ακτινοβόληση με λέιζερ HF, είχε ανώμαλη υφή, με πολλές γωνίες και αύλακες Η παρατηρούμενη δομή του ιστού, συμφωνεί με τον εκρηκτικού τύπου μηχανισμό αποδόμησης σκληρών ιστών που έχει προταθεί από πολλούς ερευνητές, σύμφωνα με τον οποίο, η απορρόφηση φωτονίων μήκους κύματος 2 9 μιη από το δείγμα οδηγεί στη παραγωγή θυλάκων θερμών αερίων μέσα στον ιστό, η απότομη εκτόνωση των οποίων προκαλεί ισχυρά ωστικά κύματα πίεσης με αποτέλεσμα την εκρηκτική αποκόλληση τμημάτων του ιστού Μακροσκοπικά φάνηκε ότι η ακτινοβολία λέιζερ HF δημιουργεί κρατήρα αποδόμησης με σαφή όρια, χωρίς να αλλοιώνει το χρώμα της οδοντίνης Η εξέλιξη του κρατήρα αποδόμησης στο βάθος του δείγματος δεν ακολουθεί κυλινδρική γεωμετρία αλλά κωνική Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα, οι τιμές του ρυθμού αποδόμησης να εκφράζουν μία μέση τιμή Τέλος, κατά τη χρονική στιγμή της ακτινοβόλησης, παρατηρήθηκε έντονη μπλε-κίτρινη λάμψη και κρότος, ενδεικτικά δημιουργίας πλάσματος κατά τη πρόσκρουση των φωτονίων στο δείγμα Τα φαινόμενα αυτά παρουσίαζαν ανάλογη συμπεριφορά με αυτήν του ρυθμού αποδόμησης δηλαδή ήταν εντονότερα για τους πρώτους παλμούς ακτινοβόλησης Επίσης, η ακτινοβόληση με λέ'ίζερ C0 2 οδηγούσε στη δημιουργία μιας ζώνης απανθράκωσης, ενδεικτική της νέκρωσης του ιστού, η οποία περιέβαλε τον κρατήρα ακτινοβόλησης και ήταν εντονότερη για τις μεγάλες επαναληπτικότητες Αντίθετα η ακτινοβόληση με λεϊζερ HF δεν οδηγούσε σε αλλοίωση του λ...…”