Ablación láser de cobre en diferentes gases de fondo: estudio comparativo mediante modelado numérico y experimentos

Se desarrolló un modelo integral para describir la ablación láser de metales (Cu) con expansión en diferentes gases de fondo, es decir, He, Ne, Ar, Kr y N2. Se investiga el efecto del gas de fondo en el calentamiento del objetivo, la fusión y la vaporización, así como en la dinámica de expansión del penacho y la formación de plasma y su apantallamiento. Se encontró que los gases de fondo más pesados resultan en una expansión más lenta, o mayor confinamiento, del penacho de vapor. Aunque los gases de fondo con un potencial de ionización más bajo exhiben un mayor grado de ionización en el plasma, este efecto es de menor importancia en comparación con la ionización del penacho de vapor. Por lo tanto, el modelo predice que el gas de fondo no tiene una influencia significativa en la temperatura del penacho y la densidad de electrones en la etapa temprana de la ablación láser (100 ns). Además, dado que la absorción láser en el plasma ocurre principalmente en el penacho de vapor, el apantallamiento del plasma se ve afectado solamente de manera ligera por el gas de fondo. Sin embargo, el efecto es lo suficientemente grande como para producir algunas diferencias en las profundidades de evaporación del objetivo, que se calculan como ligeramente más profundas para He que para Ne, Ar y Kr. Estos resultados de cálculo están en razonable acuerdo con las profundidades de cráter medidas en el caso de los diferentes gases de fondo.