Interaction of short-wavelength laser pulses with matter on various time scales

Abstract

Příchod výkonných zdrojů produkujících intenzivní a krátkovlnné laserové impulsy obsahující vysokoenergetické fotony s sebou přinesl širokou škálu možností pro realizaci experimentů, jež byly dříve dostupné pouze skrze teoretické výpočty a modely. Tato práce přináší komplexní přehled procesů odehrávajících se bezprostředně po příchodu prvních fotonů, přes zahřívání krystalové mřížky, až po resolidifikaci a formaci nevratných změn. Ozářená místa a krátery vytvořené v různých materiálech jsou zkoumány za využití několika mikroskopických a spektroskopických metod, které poskytují výborný náhled do laserem indukovaných přeměn, jako je odtržení grafénové vrstvy od SiC substrátu či tepelně indukovaná difúze telurových inkluzí skrze mřížku CdTe. Zvýšený důraz je kladen na charakterizaci laserových svazků za použití ablačních a desorpčních otisků ve vhodných materiálech. Dobrá znalost fluenčního profilu svazku může posloužit nejen k určení rozličných prahů poškození, ale i při modelování propagace impulzu prostředím. S jeho pomocí lze získat jinak neměřitelnou absorpci v teplém hustém hliníkovém plazmatu zahřátém na teploty přesahující desítky tisíc stupňů Kelvina. Metoda desorpčních otisků je zde navíc rozšířena o přesnou charakterizaci impulzů přicházejících na megahertzové opakovací frekvenci. Cílem...

An advent of powerful sources producing intense and ultrashort laser pulses containing high-energy photons opened up a wide range of possibilities to conduct experiments formerly achievable only through theoretical calculations and models. This thesis provides a complex overview of processes which occur right after arrival of the first photons, through lattice heating, up to resolidification and formation of irreversible changes. Irradiated spots and craters formed in various materials are examined employing a wide range of microscopic and spectroscopic methods which provide a deep insight into laser-induced modifications such as detachment of a graphene layer from SiC substrate or thermally-induced diffusion of tellurium inclusions through CdTe lattice. An increased emphasis is placed on beam characterization utilizing ablation and desorption imprints in suitable solids. A proper knowledge of the beam fluence profile may serve for evaluation of diverse damage thresholds as well as for modelling of the pulse propagation or consequent retrieval of otherwise unmeasurable opacity of warm dense aluminium plasma heated to temperatures exceeding tens of thousands of Kelvins. Moreover, the method of desorption imprints is extended to accurate characterization of pulses delivered at MHz repetition rate....