Anzeige
Ultrafast laser pulses are used to create features and surface textures in metals, ceramics and other materials for applications including the manufacture of solar cells and biosensors.
The lasers pulse at durations of 100 femtoseconds, or quadrillionths of a second, and cause electrons to reach temperatures greater than 60,000 degrees Celsius during the pulse duration. The pulses create precise patterns in a process called "cold ablation," which turns material into a plasma of charged particles.
Images taken with a high-speed camera show tiny mushroom clouds eerily similar in appearance to those created in a nuclear explosion. The clouds expand outward at speeds of 100 to 1,000 times the speed of sound within less than one nanosecond. However, new findings reveal that an earlier cloud forms immediately before the mushroom cloud, and this early plasma interferes with the laser pulses, hindering performance, said Yung Shin, a professor of mechanical engineering and director of Purdue University's Center for Laser-Based Manufacturing.
Finding a way to eliminate the interference caused by the early plasma could open up new applications in manufacturing, materials and chemical processing, machining and advanced sensors to monitor composition, and chemical and atomic reactions on an unprecedented scale, he said.
Researchers used experiments and simulations to study the phenomenon. Research papers about the work were published online Dec. 6 in Applied Physics Letters and in September in the journal Physics of Plasmas. The papers were written by doctoral student Wenqian Hu, Shin and mechanical engineering professor Galen King.
"We found the formation of early plasma has very significant bearing on the use of ultrashort pulse lasers because it partially blocks the laser beam," Shin said. "The early plasma changes the optical properties of air, but the mechanism is still largely unknown."
The researchers studied the early plasma by tracking the movement of millions of individual atoms in the plasma; observing how the laser beam travels in space and interacts with plasma; and using a "laser pump probe shadowgraph," a technique in which one laser ablates a material, producing the early plasma, and a second laser fired perpendicular to the first is used to study the cloud. A series of optical elements and mirrors is used in the shadowgraph technique.
The research has been funded by the National Science Foundation.
Emil Venere | Quelle: EurekAlert!
Weitere Informationen: www.purdjue.edu
Weitere Berichte zu: chemical processing > femtoseconds > laser beam > laser pulses > laser-manufacturing technique > mushroom cloud > Physic > plasma interferes > Ultrafast laser pulses
Trennung von Blutzellen im Mikrofluss
24.05.2012 | Universität Augsburg
Nomads of the Galaxy
24.05.2012 | Kavli Foundation
Krankheiten wie Parkinson, Alzheimer und bestimmte Krebsformen gehen auf eine fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen im Körper zurück.
Wissenschaftlern des Instituts für Photonische Technologien (IPHT) in Jena ist es erstmals gelungen, Proteinstrukturen auf sub-molekularer Ebene nachzuweisen und spektroskopisch zu analysieren. Ein wichtiger Schritt zum Verständnis der Krankheitsursachen.
„Bis heute hat man nicht genau verstanden, was die fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen, zum Beispiel im Zusammenhang mit Alzheimer, ...
Die Quantenphysik beschreibt physikalische Vorgänge in Festkörpern und anderen Vielteilchensystemen auch mit Hilfe von Quasiteilchen.
Innsbrucker Physikern um Rudolf Grimm ist es nun erstmals gelungen, ein neues Quasiteilchen - ein repulsives Polaron - in einem Quantengas experimentell zu erzeugen. Die Forscher berichten darüber in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift Nature.
Ultrakalte Quantengase sind ein ideales Experimentierfeld, um physikalische Phänomene in Festkörpern zu simulieren. Unter streng kontrollierten Bedingungen ...
Licht lässt die Partikel in der Atmosphäre wachsen. In einem Experiment hat ein internationales Forscherteam erstmals einen neuen Mechanismus nachweisen können, bei dem Partikel durch Licht größer werden und der damit Einfluss auf die Wolkenbildung und das Klima hat.
Photokatalytische Reaktionen können zu einer schnellen Bindung von nicht kondensierenden flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen (VOCs) auf der Oberfläche der Partikel führen. Unter solchen Bedingungen nehme die Größe und Masse der Partikel schnell zu, schreiben die Wissenschaftler im renommierten Fachblatt PNAS.
Die Ergebnisse des Laborexperimentes könnten Effekte erklären, die bisher schon bei Feldkampagnen ...
Ähnlich wie blutsaugende Insekten prüfen Pflanzenschädlinge ihren Wirt auf Abwehrsignale, bevor sie anfangen zu fressen
Pflanzen bilden wenige Minuten nach Angriff eines Fraßfeindes Jasmonsäure, ein Hormon, das die Verteidigung gegen Insekten in Gange setzt mit der Folge, dass giftige Stoffe wie Nikotin oder Verdauungshemmer in den Blättern akkumulieren.
Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie, Jena, haben jetzt herausgefunden, dass Zwergzikaden die Verteidigungsbereitschaft von Tabakpflanzen aufspüren können. ...
Wissenschaftlern vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn ist es erstmals gelungen, den Transport eines wichtigen Informationsträgers in biologischen Zellen praktisch unmodifiziert in Echtzeit zu filmen.
Die Studie zeigt, wie die so genannte Boten-RNA die Zellkernhülle überwindet und vom Zellkern in das Zytoplasma gelangt. Diese Arbeit ist nun in dem renommierten Journal „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA“ (PNAS) publiziert.
Der Bauplan aller Lebewesen ist in ihrem Erbgut gespeichert. Dieses lagert bei höheren ...
Anzeige
Anzeige

Energieversorger vor dem Umbruch
24.05.2012 | Studien Analysen
Stem-cell-growing surface enables bone repair
24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie
Im wahrsten Sinne „Spitzenforschung“: IPHT-Forscher untersuchen Eiweißfasern mit größter Genauigkeit
24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie
NieKE Themenforum: Ökonomie - Tierschutz - Lebensmittelsicherheit
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Nachhaltigkeit in der Schifffahrt: Werte vs. Wertschöpfung
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Wissenschaft und Öffentlichkeit
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten