Аннотация. Изучено влияние режима сдвоенных лазерных наносекундных импульсов на изменение морфологии абляционных кратеров, формируемых на поверхности титана. Рассмотренный режим сдвоенных наносекундных импульсов позволяет эффективнее, по сравнению с режимом моноимпульсного воздействия, использовать лазерную энергию для задач формирования микрорельефов благодаря разделению „избыточной“ плотности мощности временной задержкой, превышающей продолжительность жизни лазерной плазмы. Показано, что вариация временных параметров сдвоенных импульсов приводит к возрастанию глубины удаленного слоя приблизительно в 1,5 раза, двукратному увеличению аспектного отношения, а также уменьшению количества жидкой фазы материала, выбрасываемого давлением отдачи. Обнаружено, что в режиме сдвоенных наносекундных импульсов формируется сложная двухуровневая микроструктура кратеров. Полученные структуры кратеров в режиме сдвоенных наносекундных импульсов могут быть использованы для изменения трибологических свойств поверхности металлов и создания функциональных микрорельефов.

Ключевые слова: лазерная абляция, сдвоенные наносекундные импульсы, абляционный кратер, микроструктурирование, функциональный микрорельеф, волоконный иттербиевый лазер

Список литературы:

1. Zervas M. N., Codemard C. A. High power fiber lasers: A review // IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 2014. Vol. 20, N 5. Р. 219—241.
2. Вейко В. П. Лазерная микрообработка. СПб: СПбГУ ИТМО, 2007. 111 с.
3. Abdel-Aal H. A. Functional surfaces for tribological applications: inspiration and design // Surface Topography: Metrology and Properties. 2016. Vol. 4, N 4. Р. 043001.
4. Ready J. F., Farson D. F., ed., LIA handbook of laser materials processing. Orlando: Laser Institute of America, 2001. Ch. 12, 13.
5. Knowles M. R. H. et al. Micro-machining of metals, ceramics and polymers using nanosecond lasers // Intern. J. of Advanced Manufacturing Technology. 2007. Vol. 33, N 1-2. Р. 95—102.
6. Вейко В. П., Самохвалов А. А. Лазерная очистка растрированных валов со спектральным контролем // Изв. вузов. Приборостроение. 2013. Т. 56, № 3. С. 86—92.
7. Hendow S. T. et al. Percussion drilling of metals using bursts of nanosecond pulses // Optics express. 2011. Vol. 19, N 11. Р. 10221—10231.
8. Campbell B. R., Lehecka T. M., Thomas J., Semak V. A study of material removal rates using the double pulse format with nanosecond pulse laser on metals // Proc. Intern. Cong. Appl. Lasers Electro-Opt. 2008. P. 401.
9. Wang X. D. et al. Laser drilling of stainless steel with nanosecond double-pulse // Optics & Laser Technology. 2009. Vol. 41, N 2. Р. 148—153.
10. Petter L., Noll R. Material ablation and plasma state for single and collinear double pulses interacting with iron samples at ambient gas pressures below 1 bar // Appl. Phys. B. 2007. Vol. 86. Р. 159—167.
11. Forsman A. C., Banks P. S. Double pulse machining as a technique for the enhancement of material removal rates in laser machining of metals // J. of Appl. Phys. 2005. Vol. 98, N 1. P. 033302.
12. Cristoforetti G. et al. Crater drilling enhancement obtained in parallel non-collinear double-pulse laser ablation // Applied Physics A. 2010. Vol. 98, N 1. Р. 219.
13. Cristoforetti G. et al. Effect of laser parameters on plasma shielding in single and double pulse configurations during the ablation of an aluminium target // J. of Physics D: Applied Physics. 2009. Vol. 42, N 22. Р. 225207.
14. Choi I. et al. Plasma property effects on spectral line broadening in double-pulse laser-induced breakdown spectroscopy // Applied Physics A. 2013. Vol. 110, N 4. Р. 785—792.
15. Diwakar P. K. et al. Role of laser pre-pulse wavelength and inter-pulse delay on signal enhancement in collinear double-pulse laser-induced breakdown spectroscopy // Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy. 2013. Vol. 87. Р. 65—73.
16. Tognoni E., Cristoforetti G. Basic mechanisms of signal enhancement in ns double-pulse laser-induced breakdown spectroscopy in a gas environment // J. of Analytical Atomic Spectrometry. 2014. Vol. 29, N 8. Р. 1318—1338.
17. Veiko V. P., Lednev V. N., Pershin S. M., Samokhvalov A. A., Yakovlev E. B., Zhitenev I. Yu., Kliushin A. N. Double nanosecond pulses generation in ytterbium fiber laser // Review of Scientific Instruments. 2016. Vol. 87. N 6. P. 063114.
18. Vu K. T., Malinowski A., Richardson D. J., Ghiringhelli F., Hickey L. M. B., Zervas M. N. Adaptive pulse shape control in a diode-seeded nanosecond fiber MOPA system // Opt. Exp. 2006. Vol. 23, N 14. Р. 10996—11001.
19. Wang X. et al. Fabrication of micro-convex domes using long pulse laser // Applied Physics A. 2017. Vol. 123, N 1. Р. 51.
20. Amponsah-Manager K., Omenetto N., Smith B. W., Gornushkin I. B., Winefordner J. D. Microchip laser ablation of metals: investigation of the ablation process in view of its application to laser-induced breakdown spectroscopy // JAAS: J. of Analytical Atomic Spectrometry. 2005. Vol. 20. Р. 544—551. DOI: 10.1039/b419109a.
21. Pangovski K. et al. Control of material transport through pulse shape manipulation—a development toward designer pulses // IEEE J. of Selected Topics in Quantum Electronics. 2014. Vol. 20, N 5. Р. 51—63.
22. Анисимов С. И., Лукьянчук Б. С. Избранные задачи теории лазерной абляции // УФН. 2002. Т. 172, № 3. С. 301—333.