Determinação da dependência temporal dos parâmetros de ablação por pulsos ultracurtos de sólidos não-metálicos pela técnica D-Scan

Abstract

Este trabalho consiste no estudo e determinação do limiar de ablação de amostras sólidas não-metálicas por pulsos laser ultracurtos, verificando a sua dependência com a duração dos pulsos e sua dispersão. Para a determinação dos limiares de ablação foi utilizada a técnica do D-Scan (Diagonal-Scan), desenvolvida pelos pesquisadores do Centro de Laser e Aplicações (CLA) do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN-CNEN/SP), que consiste na movimentação diagonal da amostra através da cintura de um feixe gaussiano focalizado. Em cada amostra e para cada duração temporal foi determinada a dependência do limiar de ablação com a sobreposição dos pulsos, com o objetivo de determinar os parâmetros de ablação destes sólidos, que são sua fluência limiar de ablação para um único pulso e para um grande número de pulsos (infinitos), além do fator de incubação, que quantifica a formação de defeitos que modificam os valores dos limiares. Foram utilizadas amostras dielétricas de vidro borossilicato (BK7), safira (Al2O3), sílica fundida (SiO2), fluoreto de cálcio (CaF2), fluoreto de bário (BaF2), fluoreto de magnésio (MgF2), seleneto de zinco (ZnSe), e os semicondutores silício (Si) e germânio (Ge). Os materiais foram selecionados em função da energia de seus bandgaps, objetivando analisar a influência deste parâmetro na ablação por pulsos ultracurtos. Observamos que os limiares de ablação aumentam com o crescimento do bandgap dos materiais e com a duração dos pulsos, porém sem exibir dependência com a dispersão destes. Também determinamos que o acúmulo de defeitos nos materiais cresce com a duração do pulso e com a energia do bandgap, nos levando à hipótese que quanto mais fluência a ablação requer para ocorrer, maior a sobra de energia no material, que acaba sendo redistribuída para a criação de defeitos.