Μελέτη υψίσυχνων ελαστικών κυμάτων σε διαστρωματωμένα υλικά μετάλλου/πυριτίου με τη χρήση υπερβραχέων παλμών laser

Abstract

Ο σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η παραγωγή και η ανίχνευση υψίσυχνων ελαστικών κυμάτων σε διαστρωματωμένα υλικά μετάλλου/πυριτίου με τη χρήση femtosecond παλμών laser. Συγκεκριμένα, στην παρούσα μελέτη με femtosecond παλμούς laser κεντρικού μήκους κύματος λ=795nm, πραγματοποιείται μία λεπτομερής μελέτη των χαρακτηριστικών που δύναται να έχουν τα μεταλλικά υμένια ώστε να παραχθούν υψίσυχνα και ΄΄γιγαντιαία΄΄ ελαστικά κύματα τα οποία στη συνέχεια να διαδοθούν μέσα στο υπόστρωμα πυριτίου (Si). Για το σκοπό αυτό, αναπτύχθηκε πειραματική διάταξη άντλησης – ελέγχου αλλαγής ανακλαστικότητας με την οποία μελετήθηκαν δείγματα Ti/Si και Ag/Si, με διαφορετικά πάχη μεταλλικών υμενίων, καθώς και ένα θεωρητικό θερμομηχανικό μοντέλο - βασισμένο στο Διευρυμένο Μοντέλο Δύο Θερμοκρασιών - για την υποστήριξη των πειραματικών αποτελεσμάτων. Τα πειραματικά και θεωρητικά αποτελέσματα της διατριβής, συγκλίνουν στο γεγονός δημιουργίας ισχυρών και ταχέων ελαστικών κυμάτων, όταν χρησιμοποιείται Ti σαν οπτοακουστικός μετατροπέας.Επίσης, πραγματοποιείται οπτικός έλεγχος των παραγόμενων ελαστικών κυμάτων διαμέσου της χρονικής αναδιάταξης του φασματικού περιεχομένου (chirp) των femtosecond παλμών laser. Τα αποτελέσματα δείχνουν ισχυρότερα ελαστικά κύματα στην περίπτωση χρήσης παλμών laser αρνητικού chirp συγκριτικά με την περίπτωση χρήσης παλμών θετικού chirp. Επιπλέον, το θεωρητικό μοντέλο διευρύνεται ώστε να συμπεριλάβει και το chirp των υπερβραχέων παλμών laser, με τα αποτελέσματα του να συγκλίνουν με τα πειραματικά.