Time-of-flight mass spectrometry of emitted particles after laser irradiation with fiber generated broad-spectrum pulses

Abstract

Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der Teilchenemission verschiedener Materialien nach Bestrahlung mit Femtosekunden-Laserpulsen. Eine wesentliche Neuerung bestand in der Verwendung eines sogenannten "hollow core fiber compressor systems". Diese neue Anordnung ermöglicht eine effiziente spektrale Verbreiterung von eingehenden Femtosekunden-Laserpulsen und eine kürzere Pulsdauer. Die damit erhaltene kürzeste Pulsdauer liegt unter zehn Femtosekunden. Der spektral verbreiterte Laserstrahl wurde auf Silizium- und Kupferproben fokusiert und die Ionenemission mit einem Flugzeitmassenspektrometer aufgezeichnet. Im Vergleich zu Pulsen mit unverändertem Spektrum wurde eine höhere Ionenausbeute gemessen. Im Bereich hoher Laserfuenz zeigten die aufgenommenen Massenspektren eine starke Verbreiterung und komplexe Mehrfachstrukturen für einfach geladene Ionen.

The goal of this work was to study particle emission of solids after irradiation with femtosecond pulses. A recently installed hollow core fiber system allowed for an efficient spectral broadening of a seeding femtosecond laser beam, and pulse durations in the sub ten femtosecond regime were achieved. The output beam was focused onto silicon and copper targets. The ablated ions were characterized by a time-of- flight mass spectrometer. The spectrally broadened pulses were able to achieve higher total ion yields as compared to the reference beam. In the high fluence regime, the recorded time-of-flight mass spectra showed a broadening in combination with a multi-peak structure for singly charged ions.