Laser-induced periodic surface structures in solids

  • P. P. Gorbyk Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України
  • L. G. Grechko Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України
  • L. Yu. Kunitskaya Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України
  • L. B. Lerman Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України
  • A. Yu. Semchuk Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України

Анотація

The theory of formation the laser -induced spatial - periodic surface structures in solid state is constructed. The spatial and temporary distribution of temperature on a surface of a solid state which is heated up as a result of interaction a several laser beams (interference patternits surface) with this surface is investigated. The special method of calculation the temperature field, which non-stationary and periodic in space, in a general case is realized. It is shown, that the maximum of heating up is observed at centers of beams and temperature quickly falls down with a movement to edge of a periodic structure. With rather large sections of beams it is possible to reach almost uniform heating up, when the ratio of beam size to a period of structure makes 0,8.

Посилання

Birnbaum M.J. Semiconductor surface damage produced by ruby lasers // Apll. Phys. – 1965. – V. 36. – № 11. – P. 3688 – 3691.

Коротеев Н.И., Шумай И.Л. Нелинейно-оптическая диагностика состояния и быст­рых лазер-индуцированных фазовых превращений поверхности полупроводников // Физические основы лазерной и пучковой технологии. – Т. 1. – М.: ВИНИТИБ, 1988. – С. 49.

Емельянов В.И., Семиногов В.Н. Лазер-индуцированные неустойчивости рельефа поверхности и изменение отражательной и поглощательной способностей конден­сировнных сред // Физические основы лазерной и пучковой технологии. – Т. 1. – М.: ВИНИТИБ, 1988. – С. 118.

Lasgni A., Holzapfel C., Muklich F. Periodic Pattern Formation of Intermetallic Phases with Long Range Order by Laser Interference Metallurgy // Adv. Eng. Matter. – 2005. – V. 7, № 6. – Р. 487 – 491.

Interference pattern from an array of coherent laser beams / Y. Lu, J. Barhen, Y. Braiman, J.X. Zhong // J. Vac. Sci. Technol. – 2002. – V. B20(6). – P. 2602 – 2605.

Muklich F., Lasagni F., Daniel C. Laser interference metallurgy – periodic surface pattering and formation of intermetallics // Intermetalics. – 2005. – V. 13. – P. 437 – 442.

Daniel C., Muklich F., Liu Z. Periodical micro-nano-structuring of metallic surfaces by interfering laser beams // Appl. Surf. Sci. – 2003. – V. 208 – 209. – P. 317 – 321.

Yu F., Li P., Muklich F. Laser interference lithography as a new and efficient techoque for micropattering of biopolymer surface // Biomaterials. – 2005. – V. 26. – P. 2307 – 2312.

Veith M., Daniel C., Muklich F. Periodical micro-structurind of hydride containing metastable aluminumoxide using laser interference metallurgy // Adv. Eng. Mat. – 2005. – V. 7, № 1-2. – P. 27 – 29.

Liu.K.W., Gachot C., Muklich F. Combinatorial experiment in Ni-Ti thin films by laser interference structuring // Appl. Surf. Sci. – 2005. – V. 247 – P. 550 – 555.

Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. – М.: Наука, 1986. – 300 c.

Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. – М.: Наука, 1964. – 220 c.

Suresson C., Anderson-Engels. A mathematical model for predicting the temperature distribution in laser-induced hyperthermia. Experimental evaluation and applications // Phys. Med. Biol. – 1995. – V. 40 – P. 2037 – 2052.

Burgess D., Stair P.C., Weitz E. Calculations of the surface temperature rise and deposition temperature in alser-induced thermal deposition // J. Vac. Sci. Technol. – 1986. – V. A4(3). – P. 1352 – 1366.

Armon E., Zving Y., Soldan. A. Metal drilling with CO2 laser beam. 1. Theory // J. Apll. Phys. – 1989. – V. 65, № 12. – P. 4995 – 5002.

Yibas B.S., Sami M., Shuja S.Z. Laser-induced thermal stresses on steel surface // Opt. and Lasers in Engineering. – 1998. – V. 30. – P. 25 – 37.

El-Adawi M.K., Shalaby S.A., Elshehawey E.F. Laser heating and melting of thin films with time-dependent absorptance. II. An exact solution for time intervals greater than the transit time // J. Apll. Phys. – 1989. – V. 65, № 10. – P. 3781 – 3785.

Conde J.C., Lusquinos F., Gonzales P. Temperature distribution an a mayerial heated by laser radiation: modeling and application // Vacuum. – 2002. – V. 64. – P. 259 – 366.

Oane M., Apostol D. Mathematical modeling of two-photon thermal fields in laser-solid interaction // Optics & Laser Technology. – 2004. – V. 36. – P. 219 – 222.

Hasan A.F, El-Nicklawy M.M., El-Adawi M.K. Heating effects induced by pulsed laser in semi-infinite target in view of the theory of linear systems // Optics & Laser Technology. – 1996. – V. 28, № 5. – P. 337 – 343.

 Shen Z.H., Zhang S.Y., Lu L. Mathematical modeling of laser induced heating and melting in solids // Optics & Laser Technology. – 2001. – V. 33. – P. 533 – 537.

 Rantala T., Levoska J. A numerical simulation method for the laser-induced temperature distribution // J. Appl. Phys. – 1989. – V. 65, № 12. – P. 4475 – 4479.

Yibas B.S., Faisal M., Shuija S.Z. Laser pulse heating of steel surface and flexural wave analysis // Opt. and Laser Eng. – 2002. – V. 37. – P. 62 – 83.

El-Adawi M.K., Shalaby S.S. Laser heating of two-layer system with temperature dependent front surface absorbtance // Vacuum. – 1995. – V. 46, № 1. – P. 37 – 42.

El-Adawi M.K., Abdel M.A., Shalaby S.A. Laser heating of a two-layer system with constant surface absorption: an exact solution // Int. Jor. Heat Mass Transf. – 1995. – V. 38, № 5. – P. 947 – 952.

El-Adawi M.K., Shalaby S.A.. Laser heating and melting of thon films with time-dependent absorptance: An exact solution for time intervals less than or equal to the transit time // J. Apll. Phys. – 1988. – V. 53, № 7. – P. 2212 – 2216.

 El-Adawi M.K., Shalaby S.A. Laser melting of solids – An exact solution for time inter­vals greater than the transit time // J. Apll. Phys. – 1986. – V. 60, № 7. – P. 2265 – 2216.

El-Adawi M.K., Elshehawey E.L. Heating a slab induced by a time-dependent laser irradiance – An exact solution // J. Appl. Phys. – 1986. – V. 60. – P. 2250 – 2255.

Опубліковано
2007-06-21
Як цитувати
Gorbyk, P. P., Grechko, L. G., Kunitskaya, L. Y., Lerman, L. B., & Semchuk, A. Y. (2007). Laser-induced periodic surface structures in solids. Поверхня, (13), 34-47. вилучено із http://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/207
Розділ
Моделювання процесів на поверхні