Теоретическое исследование механизмов и динамики фемтосекундной лазерной абляции тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.14, кандидат физико-математических наук Бураков, Игорь Михайлович

• Бураков, Игорь Михайлович
• кандидат физико-математических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Бураков, Игорь Михайлович

Введение

Глава 1. Фемтосекундная лазерная абляция: физические основы и приложения

1.1. Воздействие лазерного излучения на вещество и его применения

1.2. Фемтосекундная лазерная абляция как одно из самых перспективных направлений импульсной лазерной абляции

1.3. Механизмы и динамика фемтосекундной лазерной абляции твердых материалов

1.4. Проблемы, стоящие перед теорией ультракороткой лазерной абляции

Глава 2. Формирование и динамика ударных волн разрежения в условиях, типичных для фемтосекундной лазерной абляции

2.1. Гипотеза о формировании ударных волн разрежения при испарении материалов.ультракороткими импульсами

2.2. Моделирование УВР при расширении в вакуум ограниченного объема вещества

2.2.1. Постановка задачи

2.2.2. Определение области существования УВР и выбор начальных параметров

2.2.3. Результаты моделирования расширения сверхкритического вещества в вакуум

2.2.4. О возможности формирования УВР в других системах

2.3. Исследование формирования и динамики УВР при распаде разрыва с использованием различных уравнений состояния

2.3.1. Постановка задачи

2.3.2. Определение границ аномальной области и выбор начальных параметров

2.3.3. Результаты моделирования динамикиволн разрежения и сжатия в .:. . : трубе \ ;■". : !

2.4. Заключительные замечания

Глава 3. Нагрев металлов фемтосекундными импульсами лазерного излучения: условия реализации фазового взрыва

3.1. Фазовый взрыв

3.2. Динамика нагрева металлических мишеней ультракороткими лазерными импульсами

3.3. Характеристики вещества быстро нагретого в околокритическую область 60 3.4 Тепловая модель абляции металлов ультракороткими лазерными импульсами

3.4.1. Последовательные стадии нагрева металлов фемтосекундными лазерными импульсами

3.4.2. Определение начальных и граничных условий

3.5. Различные пути реализации метастабильного состояния расплава

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Теоретическое исследование механизмов и динамики фемтосекундной лазерной абляции»

Представленная работа посвящена изучению процессов, происходящих при взаимодействии фемтосекундных лазерных импульсов умеренной интенсивности с веществом. Фемтосекундная лазерная техника в настоящее время широко используется и имеет большой потенциал для применений в различных лазерных технологиях, а также представляет интерес для исследований фундаментальных явлений в конденсированных средах. В работе рассматриваются режимы, приводящие к удалению вещества с поверхности облучаемого материала (лазерной абляции).

Исследование механизмов и процессов лазерной абляции началось вместе с изобретением первых лазеров, когда было осознано, что материалы различного типа (диэлектрики, полупроводники, металлы и различные композиты) по-разному реагируют на воздействие лазерного излучения, что может быть использовано в различных технологических целях. Кроме того, по мере развития лазерной техники возникала потребность в разработке компонентов оптических систем, стойких к воздействию мощного лазерного излучения. Все эти факторы привели к необходимости исследования процессов взаимодействия лазерного излучения с веществом. Уже тогда стало ясно, что появился новый мощный инструмент, научных : исследований, и были определены основные приложения лазерной абляции в различных технологиях. В настоящее время круг этих приложений, непрерывно растет, что связано с развитием новых лазерных систем и достижением все большей мощности лазерного импульса и меньшей его длительности. Далеко не полный спектр области применений импульсной лазерной абляции включает сварку, резку, сверление, очистку и структурирование твердых поверхностей, напыление тонких пленок, синтез новых наноматериалов, изготовление компонентов микроприборов, различные применения в медицине (офтальмология, дерматология, клеточная хирургия) и др.

Кроме того, импульсная лазерная абляция является мощным научным инструментом и представляет самостоятельный научный интерес. Она открывает новые возможности изучения протекания химических реакций в реальном временном масштабе, исследования неравновесной термодинамики и проявления критических явлений в сверхбыстрых процессах, лабораторного моделирования процессов в звездных атмосферах при вспышках новых и сверхновых звезд.

Механизмы и динамика лазерной абляции зависят от параметров лазерного импульса (длина волны, интенсивность, длительность импульса, угол падения на облучаемую поверхность, поляризация) и свойств облучаемого материала (состав, микроструктура, термодинамические и оптические свойства). В связи с многообразием протекающих при этом процессов описание лазерной абляции требует объединения знаний из различных областей физики и химии. К настоящему времени, несмотря на очевидные успехи в применениях импульсной лазерной абляции в разнообразных технологиях, можно утверждать, что эта область знаний является слабо изученной, особенно в отношении ультракоротких (гшко- и фемтосекундных) импульсов. В подавляющем большинстве приложений режимы облучения найдены эмпирическим путем, и необходимы их тщательное изучение и моделирование для оптимизации имеющихся приложений и нахождения новых возможностей для использования.

Одним из наиболее перспективных направлений применения лазерной абляции является высокоточное воспроизводимое структурирование материалов ультракороткими (фемтосекундными) импульсами лазерного излучения. При описании таких режимов взаимодействия лазерного излучения с твердым веществом принципиальными являются существенно неравновесные процессы, такие как нарушение равновесия в электронной подсистеме и между электронами и кристаллической решеткой вещества, реализация метастабильных состояний расплава, сложная динамика носителей заряда под действием лазерного излучения. Эти процессы приводят к реализации принципиально новых механизмов абляции, которые представляют самостоятельный фундаментальный интерес и могут быть использованы в новых технологических процессах. В настоящее время такие режимы абляции теоретически изучены слабо. Из моделей, широко принятых и доказавших свою достоверность можно назвать лишь двухтемпературную модель, описывающую поглощение лазерного излучения свободными электронами в металлах и последующую электрон-решеточную релаксацию. Теоретические модели всех других процессов по-прежнему находятся на стадии разработки, и очевидна необходимость .теоретического исследования процессов и явлений, происходящих при фемтосекундной лазерной абляции, для определения общих закономерностей явлений, углубления представлений о поведении вещества в условиях сверхбыстрого нагрева и возможного их использования в различных приложениях и поиска новых режимов абляции.

Таким образом, актуальность изучения механизмов и динамики ультракороткой лазерной абляции определяется как потребностями фундаментальных исследований поведения вещества в сверхбыстрых процессах, так и многочисленными практически важными приложениями.

Целью работы является разработка моделей и численное исследование динамики процессов, протекающих при взаимодействии лазерных импульсов фемтосекундной длительности с веществом, что является перспективным направлением физики взаимодействия лазерного излучения с веществом, важным с точки зрения оптимизации существующих технологий и развития технологий в ближайшем будущем. Это включает:

1) моделирование процессов, происходящих при расширении продуктов абляции в вакуум, и исследование возможности формирования и динамики ударных волн разрежения и связанных \ с ними разрывов плотности в лазерном факеле при фемтосекундной лазерной абляции;

2) исследование динамики формирования и взаимодействия ударных волн разрежения и сжатия в веществе, нагретом в сверхкритическое состояние вблизи термодинамической критической точки, для веществ с различными уравнениями состояния;

3) исследование условий реализации фазового взрыва (взрывного вскипания) облучаемых металлов в широком диапазоне режимов абляции;

4) исследование динамики электронного возбуждения и пробоя в прозрачных диэлектриках, облучаемых последовательностями фемтосекундных импульсов с различными временами задержки между ними, в применении к режимам абляции, характерным для сверхточной микро- и нанообработки материалов.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы.

Заключение диссертации по теме «Теплофизика и теоретическая теплотехника», Бураков, Игорь Михайлович

Основные результаты работы опубликованы в отечественной и зарубежной научной печати и докладывались на семинарах ИТФ СО РАН, Институте сильноточной электроники СО ¿РАН (г. Томск), на Всероссийских и Международных научных конференциях:

XXXVIII Международная научная студенческая конференция "Студент и научно-технический прогресс", Новосибирск, 2000 г.;

VI Всероссийская конференция молодых ученых "Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики", Новосибирск, 2000 г.;

XXXIX Международная научная студенческая конференция "Студент и научно-технический прогресс", Новосибирск, 2001 г.;

VII Всероссийская конференция молодых ученых "Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики", Новосибирск, 23-26 апреля, 2002 г.;

High-Power Laser Ablation V, 25-30 April 2004, Taos, New Mexico, USA;

Fifth International Symposium on Laser Precision Microfabrication, May 11 - 14, 2004, Nara-Ken New Public Hall, Nara, Japan;

10lh International Conference "Desorption 2004", Saint-Petersburg, August 29-September 2, 2004;

The 6th International Symposium on Laser Precision Microfabrication - Science and Applications, April 4-8, 2005, Williamsburg, VA,USA.

По теме диссертации имеется 15 публикаций, в том числе 7 публикаций в тезисах конференций, 2 публикации в трудах конференций и 6 публикаций в жестко рецензируемых, журналах.

Постановка данной работы осуществлена научным руководителем д.ф.-м.н. Н.М. Булгаковой. Вклад автора в работу состоит в разработке программ численного моделирования и выполнении всех численных расчетов. Интерпретация полученных результатов проведена автором совместно с научным руководителем и соавторами по публикациям. - .

Практическая ценность состоит в том, что полученные результаты могут быть использованы для объяснения ряда явлений, наблюдаемых при фемтосекундной лазерной абляции различных материалов, более глубокого понимания процессов, происходящих при сверхбыстром нагреве веществ, и оптимизации технологий лазерного микроструктурирования поверхностей диэлектрических материалов.

Формирование ударных волн разрежения при абляции материалов ультракороткий; и импульсами лазерного излучения открывает новые возможности для исследований динамических критических явлений. Моделирование возникновения и эволюции волн разрежения и сжатия с отражением от преграды для различных уравнений состояния может дать толчок развитию нового направления в гидродинамике.

Предложенный термодинамический анализ состояния вещества при взаимодействии ультракоротких лазерных импульсов с металлами чрезвычайно важен для понимания одного из основных механизмов лазерной абляции - фазового взрыва и определения оптимальных условий и разработки методов контроля лазерной обработки материалов.

Большое значение для развития приложений фемтосекундной лазерной абляции имеет разработанная двумерная модель, описывающая динамику возбуждения электронов и нагрев решетки в диэлектриках, облучаемых фемтосекундными импульсами, лазерного излучения. Модель может быть использована для развития методов высокоточной обработки материалов. Результаты моделирования динамики' носителей заряда под действием лазерного излучения в диэлектриках имеют: фундаментальное значение для-понимания физики процессов в твердом теле.

Список публикаций по материалам диссертационной работы.

1. И. М. Бураков. Моделирование ударной волны разрежения при импульсном лазерном испарении твердых материалов. Материалы XXXVIII Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс»: Физика, часть 2, Новосибирск, 2000, стр. 45-46.

2. И. М. Бураков. О возможности формирования ударной волны разрежения при лазерном испарении твердых мишеней. Тезисы докладов VI Всероссийской конференции молодых ученых «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики», Новосибирск, 2000, стр. 100.

3. И. Мг Бураков." Нагрев, плавление, "испарение металлов фемтосекундными лазерными импульсами: термодинамика и газодинамика. Материалы XXXIX

Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс»: Физика, Новосибирск, 2001 стр. 149-150.

4. И. М. Бураков. Численное исследование нагрева металлов фемтосекундными лазерными импульсами: условия реализации фазового взрыва. Тезисы докладов VII Всероссийской конференции молодых ученых «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодииалшки», Новосибирск, 2002, стр. 137-138.

5. N.M. Bulgakova, I.M. Bourakov. Phase explosion under ultrashort pulsed laser ablation: Modeling with analysis of metastable state of melt. Abstracts of 6th Int. Conf. On Laser Ablation, October 1-5, 2001, Tsukuba, Japan, p. 8.

6. N.M. Bulgakova, A.V. Bulgakov, I.M. Bourakov, N.A. Bulgakova. Pulsed laser ablation of solids and critical phenomena. Abstracts of 6th Int. Conf. On Laser Ablation, October 1-5, 2001, Tsukuba, Japan, p. 158.

7. R. Stoian, A. Mermillod-Blondin, A. Rosenfeld, I.V. Hertel, M. Spyridaki, E. Koudoumas, C. Fotakis, I.M. Burakov, N.M. Bulgakova. Adaptive optimization in ultrafast laser material processing (Plenary Paper). Proceedings of SPIE, High-Power Laser Ablation V, Editor(s): Claude R. Phipps, Vol. 5448, p. 73-83, 2004.

8. R. Stoian, A. Mermillod-Blondin, S. Winkler, A. Rosenfeld, I.V. Hertel, M. Spyridaki, E. Koudoumas, C. Fotakis, I.M. Burakov, N.M. Bulgakova. Temporal pulse manipulation and adaptive optimization in ultrafast laser processing of materials. Proceedings of SPIE, Fifth International Symposium on Laser Precision Microfabrication, Editor(s): I. Miyamoto, H. Helvajian, K. Itoh, K.F. Kobayashi, A. Ostendorf, K. Sugioka, Vol. 5662, pp.593-602,2004.

9. I.M. Burakov, N.M. Bulgakova, R. Stoian, A. Rosenfeld, I.V. Hertel. Theoretical study of materal modification with temporally shaped femtosecond pulses. Scientific program and Abstracts of the 10th International Conference "Desorption 2004", Saint-Petersburg, August 29-September 2, 2004.

10. N. M. Bulgakova, I. M. Bourakov, N. A. Bulgakova. Rarefaction shock wave: Formation under short pulse laser ablation of solids. Phys. Rev. E, Vol. 63, Paper 046311 (2001).

11. N.M. Bulgakova, I.M. Bourakov. Phase explosion under ultrashort pulsed laser ablation: Modeling with analysis of metastable state of melt. Appl. Surf. Sei., Vol. 197-198, p. 9699 (2002).

12. N.M. Bulgakova, A.V. Bulgakov, I.M. Bourakov, N.A. Bulgakova. Pulsed laser ablation of solids and critical phenomena. Appl. Surf. Sei., Vol. 197-198, p. 41-44 (2002).

13. N.M. Bulgakova, I.M. Burakov. Nonlinear hydrodynamic waves: Effect of the equation of state. Phys. Rev. E, Vol. 70(3), Paper 036303 (2004).

14. R. Stoian, A. Mermillod-Blondin, S. W. Winkler, A. Rosenfeld, I. V. Hertel, M. Spyridaki, E. Koudoumas, P. Tzanetakis, C. Fotakis, I. M. Burakov, N. M. Bulgakova. Temporal pulse manipulation and consequencesfor ultrafast laser processing of materials Optical Engineering, Vol. 44(5), Paper 051106 (2005).

15. I.M. Burakov, N.M. Bulgakova, R. Stoian, A, Rosenfeld, I.V. Hertel. Theoretical investigations of material modification using temporally shaped femtosecond laser pulses. Appl. Phys. A, (2005) DOI: 10.1007/s00339-005-3320-3.

Заключение

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Бураков, Игорь Михайлович, 2005 год

1. Н.М. Булгакова. Исследование динамики и механизмов лазерной абляции в режимах милли-, нано- и фемтосекундных импульсов. Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук. ИТ СО РАН, Новосибирск, 2002.

2. Т.Н. М aim'an. S timulated оptical гadiation in ruby 1 asers. Nature, 1 960, Vol. 1 87, No 4736, pp. 493-494.

3. Bauerle. Laser Processing and Chemictry. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 2000.

4. N.M. Bulgakova and A.V. Bulgakov. Pulsed laser ablation of solids: Transition from normal vaporization to phase explosion. Appl. Phys. A, 2001, Vol. 73, p. 199-208.

5. M. Bargheer, J. Pietzner, P. Dietrich, N. Schwentner. Ultrafast laser control of ionic-bond formation: C1F in argon solids. J. Chem. Phys., 2001, Vol. 115, No. 21, pp. 9827-9834.

6. M. Bauer, C. Lei, K. Read, R. Tobey, J. Gland, M.M. Murnane, H.C. Kapteyn. Direct Observation of Surface Chemistry Using Ultrafast Soft-X-Ray Pulses. Phys. Rev. Lett., 2001, Vol. 87, Paper 025501.

7. R.P. Drake, J.J. Carroll III, T.B. Smith, et all. Laser experiments to simulate supernova remnants. Phys. Plasmas, 2000, Vol. 7, No. 5, pp. 2142-2148.

8. N.M. Bulgakova, I.M. Bourakov, N.A. Bulgakova. Rarefaction shock wave: Formation under short pulse laser ablation of solids. Phys. Rev. E, 2001, Vol. 63, Paper 046311.

9. S.S. Mao, F. Quere, S. Guizard, X. Mao, R.E. Russo, G. Petite, P.Martin. Dynamics of femtosecond laser interactions with dielectrics. Appl. Phys. A, 2004, Vol. 79, pp. 16951709.

10. S.-S. Wellershoff, J. Hohlfeld, J. Gudde, E. Matthias. The role of electron-phonon coupling in femtosecond laser damage of metals. Appl. Phys. A, 1999, Vol. 69, pp. S99-S107.

11. F. Korte, S. Nolte, B.N. Chichkov, T. Bauer, G. Kamlage, T. Wagner, C. Fallnich, H. Welling. Far-field and near-field material processing with femtosecond laser pulses. Appl. Phys. A, 1999, Vol. 69, pp. S7-S11.

12. A.B. Булгаков, Н.М. Булгакова. Тепловая модель импульсной лазерной абляции в условиях образования и нагрева плазмы, поглощающей излучение. Квантовая электроника, 1999, т. 27, № 2, стр. 154-158.

13. B.N. Chichkov, C. Momma, S. Nolte, F. von Alvensieben, A. Tünnermann. Femtosecond, picosecond and nanosecond laser ablation of solids. Appl. Phys. A, 1996, Vol. 63, pp. 109-115.

14. F. Quéré, S. Guizard, Ph. Martin, G. Petite, et al. Hot-electron relaxation in quartz using high-order harmonics. Phys. Rev. B, 2000, Vol. 61, No. 15, pp. 9883-9886.

15. Laser Ablation and Deposition. Eds. J.C. Miller and R.F. Haglund. Academic Press, London, 1998.

16. H.K. Tönshoff, F. von Alvensieben, A. Ostendorf, G. Kamlage, S. Nolte. Micromashining of metals using ultrashort laser pulses. Int. J. Elect. Mashining, 1999, Vol. 4, pp. 1-5.

17. S. Nolte, G. Kamlage, F. Körte, T. Bauer, T. Wagner, A. Ostendorf, C. Fallnich, H. Welling. Microstructuring with femtosecond lasers. Adv. Eng. Mater., 2000, Vol. 2, No. 1-2, pp. 23-27.

18. S.C. Chen, C.P. Grigoropoulos. Noncontact nanosecond-time-resolution temperature measurement in excimer laser heating of Ni-P disk substrates. Appl. Phys. Lett., 1997, Vol. 71, No. 22, pp. 3191-3193.

19. F. Beinhorn, J. Ihlemann, P. Simon, et al. Sub-micron: grating formation in Ta205-waveguides by femtosecond UV-laser ablation; Appl. Surf. Sei., 1999, Vol. 139, pp. 107110.

20. Th. von Woedtkc, P. Abel, J. Krüger, W. Kautek. Subpicosecond-pulse laser microstructuring for enhanced reproducibility of biosensors. Sensors Actuators B, Vol. 42, pp. 151-156.

21. J. Krüger, W. Kautek. Femtosecond pulse visible laser processing of fibre composite materials. Appl. Surf. Sei., 1996, Vol. 106, pp. 383-389.

22. J. Krüger, W. Kautek, H. Newesely. Femtosecond-pulse laser ablation of dental hydroxyapatite and single-crystalline fluoroapatite. Appl. Phys. A, 1999, Vol. 69, pp. S403-S407.

23. S. Nolte, B.N. Chichkov, H. Welling, Y. Shani, K. Lieberman. Nanostructuring with spatially localized femtosecond laser pulses. Opt. Lett., 1999, Vol. 24, pp. 914-916.

24. B.K.A. Ngoi, K. Venkatakrishnan, B. Tan, N.R. Sivakumar. The effect of Rowland Ghost on sub-micronmachining using femtosecond pulsed laser. Optics Express, 2001, Vol. 8, Nor 9, pp. 492-496; .

25. К. Venkatakrishnan, В. Tan, В.К.A. Ngoi. Submicron holes in copper thin film directly ablated using femtosecond pulsed laser. Opt. Eng., 2001, Vol. 40, No. 12, pp. 28922893.

26. N.M. Bulgakova, A.V. Bulgakov, I.M. Bourakov, N.A. Bulgakova. Pulsed laser ablation of solids and critical phenomena. Appl. Surf. Sci., 2002, Vol. 197-198C, pp. 89-92.

27. N.M. Bulgakova, I.M. Bourakov. Phase explosion under ultrashort laser ablation: modeling with analysis of metastable state of melt. Appl. Surf. Sci., 2002, Vol. 197-198C, pp. 44-47. i

28. N. Sakudo. Microwave ion sources for material processing (invited). Rev. Sci. Instrum., 1998, Vol. 69, No. 2, pp. 825-830.

29. M. Lenzner, F. Krausz, J. Kruger, W. Kautek. Photoablation with sub-10 fs laser pulses. Appl Surf Sci., 2000, Vol. 154, pp. 11-16.

30. Y. Silberberg. Laser science Physics at the attosecond frontier. Nature, 2001, Vol. 414 (6863), pp. 494-495.

31. М.И. Каганов, И.М. Лифшиц, Л.В. Танатаров. Релаксация между электронами и решеткой. ЖЭТФ, 1956, т. 31, № 2(8), стр. 232-237.

32. К. Sokolowski-Tinten, J. Bialkowski, A. Cavalleri, D. von der Linde, A. Oparin, J. Meyer-ter-Vehn, S.I. Anisimov. Transient states of matter during short pulse laser ablation. Phys. Rev. Lett., 1998, Vol. 81, No. 1, pp. 224-227.

33. H.A. Иногамов, A.M. Опарин, Ю.В. Петров, H.B. Шапошников, С.И. Анисимов, Д. фон дер Линде, Ю. Майер-тер-Фен. Разлет вещества, нагретого ультракоротким лазерным импульсом. Письма в ЖЭТФ, 1999, т. 69, № 4, стр. 284-289.

34. S.I. Anisimov, N.A. Inogamov, A.M. Oparin, В. Rethfeld, Т. Yabe, M. Ogava, V.E. Fortov. Pulsed laser evaporation: Equation-of-state effects. Appl. Phys. A, 1999, Vol. 69, pp. 617-620.

35. A. Cavalleri, K. Sokolowski-Tinten, J. Bialkowski, M. Schreiner, D. von der Linde. Femtosecond m elting and ablation о f s emiconductors s tudied w ith t ime of flight m ass spectroscopy. J. Appl. Phys., 1999, Vol. 85, No. 6, pp. 3301-3309.

36. N.M. Bulgakova. Possibility of rarefaction shock wave under short laser ablation of solids. Phys. Rev. E, 1999, Vol. 60, No. 4, pp. R3498-3500.

37. F. Vidal, S. Laville, T.W. Johnston, et al. Numerical simulations of ultrashort laser pulse ablation and plasma expansion in ambient air. Specrochem. Acta В -Atomic Spectr 2001, Vol. 56, No. 6, pp. 973-986.

38. F. Vidal, T.W. Johnston, S. Lauville, et al. Critical-point phase separation in laser ablation of conductors. Phys. Rev. Lett., 2001, Vol. 86, No. 12, pp. 2573-2576.

39. V. Schmidt, W. Husinsky, G. Betz. Dynamics of laser desorption and ablation of metals at the threshold on the femtosecond time scale. Phys. Rev. Lett., 2000, Vol. 85, No. 16, pp. 3516-3519.

40. K. Furusawa, K. Takahashi, H. Kumagai, K. Midorikawa, M. Obara. Ablation characteristics of Au, Ag, and Cu metals using a femtosecond Ti:sapphire laser. Appl. Phys. A, 1999, Vol. 69, No. 7, pp. S359-S366.

41. R. Kelly, A. Miotello. On the mechanisms of target modification by ion beams and laser pulses. Nucl. Instr. and Meth. B, 1997, Vol. 122, pp. 374-400.

42. A. Miotello, R. Kelly. Laser-induced phase explosion: New physical problems when a condensed phase approaches the thermodynamic critical temperature. Appl. Phys. A, 1999, Vol. 69, pp. S69-S73.

43. A. Miotello, R. Kelly. Critical assessment of thermal models for laser sputtering at high fluences. Appl. Phys. Lett., 1995, Vol. 67, No. 24, pp. 3535-3537.

44. R, Kelly, A. Miotello. Comments on explosive mechanisms of laser sputtering. Appl. Surf. Scl, 1996, Vol. 96-98, pp. 205-215.

45. R. Stoian, M. Boyle, A. Thoss, A. Rosenfeld, G, Korn, I.V. Hertel. Dynamic temporal pulse shaping in advanced ultrafast laser material processing; Appl. Phys. A, 2003, Vol. 77, pp. 265-269.

46. M. Burakov, N.M. Bulgakova, R. Stoian, A. Rosenfeld, I.V. Hertel. Theoretical investigations of material modification using temporally shaped femtosecond laser pulses. Appl. Phys. A, (2005) DOI: 10.1007/s00339-005-3320-3.

47. С.И. Анисимов, Б. Ретфельд. К теории взаимодействия сверхкороткого лазерного импульса с металлами. Изв. АН: сер. физическая, 1997, т. 61, № 2, стр. 1642-1655.

48. J. Hohlfeld, S.-S. Wellershoff, J. Gudde, U. Conrad, V. Jahnke, E. Matthias. Electron and lattice dynamics following optical excitation of metals. Chem. Phys., 2000, Vol. 251, pp. 237-258.

49. B.M. Золотарев, B.H. Морозов, E.B. Смирнова. Оптические постоянные природных и технических сред. JL: Химия, 1984.

50. С.И. Анисимов, A.M. Бонч-Бруевич, М.А. Ельяшевич, Я.А. Имас, Н.А. Павленко, Г.С. Романов. Действие мощных световых потоков на мишень. ЖТФ, 1966, т. 36, № 7, стр. 1273-1284. .

51. С.И. Анисимов, Б.Л. Капелович, T.JT. Перельман. Электронная эмиссия с поверхности металлов под действием ультракоротких лазерных импульсов. ЖЭТФ, 1974, т. 66, №2, стр. 776-781.

52. A. Kaiser, В. Rethfeld, М. Vicanek, G. Simon. Microscopic processes in dielectrics under irradiation by subpicosecond pulses. Phys. Rev. В, 2000, Vol. 61, No. 17, pp. 11437-11450.

53. J. Jasapara, A.V.V. Nampoothiri, W. Rudolph, D. Ristau, K. Starke. Femtosecond laser pulse breakdown in dielectric thin films. Phys. Rev. B, 2001, Vol. 63, Paper 045117.

54. JI.B. Келдыш. Ионизация в поле сильной электромагнитной волны. ЖЭТФ, 1964, т. 47, №5, стр. 1946-1957.

55. D. Arnold, Е. Cartier. Theory of laser-induced free-electron heating and impact ionization in wide-band-gap solids. Phys. Rev. B, 1992, Vol. 46, pp. 15102-15115.

56. M. Lenzner, J. Kriiger, S. Sartania, Z. Cheng, Ch. Spielmann, G. Mourou, W. Kautek, F. Krausz. Femtosecond optical breakdown in dielectrics. Phys. Rev. Lett., 1998, Vol. 80, No. 18, pp. 4076-4079.

57. B.C. Stuart, M.D. Feit, S. Herman, A.M. Rubenchik, B.W. Shore, M.D. Perry. Nanosecond-to-femtosecond laser-induced breakdown in dielectrics. Phys. Rev. B, 1996, Vol. 53, No. 4, pp. 1749-1761.

58. M. Li, S. Menon, J.P. Nibarger, G.N. Gibson. Ultrafast electron dynamics in femtosecond optical breakdown of dielectrics. Phys. Rev. Lett., 1999, Vol. 82, No. 11, pp. 2394-2397.

59. P. Martin, S. Guizard, Ph. Daguzan, G. Petite, P. D'Oliveira, P. Meynadier, M. Perdrix. Subpicosecond study of carrier trapping dynamics in wide-band-gap crystals. Phys. Rev. B, 1997, Vol. 55, pp. 5799-5810.

60. T. Apostolova, Y. Hahn. Modeling of laser-induced breakdown in dielectrics with subpicosecond pulses. J. Appl. Phys., 2000, Vol. 88, No. 2, pp. 1024-1034.

61. R. Stoian, D. Ashkenasi, A. Rosenfeld, E.E.B. Campbell. Coulomb explosion in ultrashort pulsed laser ablation of A1203. Phys. Rev. B, 2000, Vol. 62, Paper 13167.

62. S.S. Mao, X.-L. Mao, R. Grief, R.E. Russo. Simulation of infrared picosecond laser-induced electron emission from semiconductors. Appl. Surf. Sci., 1998, Vol. 127-129, pp. 206-211.

63. K. Sokolowski-Tinten, D. von derLinde. Generation of dense electron-hole plasma in silicon. Phys. Rev. B, 2000, Vol. 61, No. 4, pp. 2643-2650.

64. R. Stoian, A. Rosenfeld, D. Ashkenasi, l.V. Hertel, N.M. Bulgakova, E.E.B. Campbell. Surface charging and impulsive ion ejection during ultrashort pulsed laser ablation. Phys. Rev. Lett., 2002, Vol. 88, No. 9, Paper 097603.

65. A. Rousse, C. Rischel, S. Fourmaux, et al. Non-thermal melting in semiconductors measured at femtosecond resolution. Nature, 2001, Vol. 410, pp. 65-67.

66. K. Sokolowski-Tinten, J. Bialkowski, A. Cavalleri, D. von der Linde. Observation of a transient insulating phase of metals and semiconductors during short-pulse laser ablation. Appl. Surf. ScL, 1998, Vol. 127-129, pp. 755-760.

67. D. von der Linde, K. Sokolowski-Tinten. The physical mechanisms of short-pulse laser ablation. Appl. Surf. Sci., 2000, Vol. 154-155, pp. 1-10.

68. B.B. Жаховский, К. Нишихара, С.И. Анисимов, Н.А. Иногамов. Молекулярно-динамическое моделирование волн разрежения в средах с фазовыми переходами. Письма в ЖЭТФ, 2000, т. 71, № 4, стр. 241-248.

69. Я. Зельдович. О возможности ударных волн разрежения. ЖЭТФ, 1946, т. 16, № 4, стр. 363-364.

70. Ал. А. Борисов, А.А. Борисов, С.С. Кутателадзе, В.Е. Накоряков. Эволюция ударных волн, разрежения вблизи термодинамической критической точки. Письма в ЖЭТФ, 1980, т. 31, № 11, стр. 619-622.

71. А.А. Borisov, Al.A. Borisov, S.S. Kutateladze, V.E. Nakoryakov. Rarefaction shock wave near the critical liquid-vapour point. J. Fluid Mech., 1983, Vol. 126, No. 1, pp. 5973. ''

72. А.А. Борисов, Ал.А. Борисов. Ударная волна разрежения вблизи критической точки жидкость пар. 1980, Ин-т теплофизики СО РАН, Новосибирск, Препринт №59-80.

73. Я.Б. Зельдович, Ю.П. Райзер. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Наука, 1966.

74. М.А. Анисимов. Критические явления в эюидкостях и жидких кристаллах. М.: Наука, 1987.

75. А.А. Борисов, Г.А. Хабахпашев. Структура волн сжатия и разрежения в газе Ван-дер-Ваальса с постоянной теплоемкостью. ПМТФ, 1982, № 1, стр. 123-128.

76. Р.А. Thompson, К.С. Lambrakis. Negative shock waves. J. Fluid Mech., 1973, Vol. 60, Part 1, pp. 187-2087

77. Физические величины. Справочник. Под редакцией И.С. Григорьева и Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991.

78. А. А. Самарский, Ю. П. Попов, Разностные методы решения задач газовой динамики.Ы.'. Наука, 1980.

79. Я.Б. Зельдович. Восстановление вандерваальсовской критической точки в быстрых процессах. ЖЭТФ, 1981, т. 80, № 5, стр. 2111-2112.

80. Л. Д. Ландау, Е. М. Лившиц, Статистическая физика, часть 1. М.: Наука, 1976.

81. В.Е. Фортов, А.Н. Дремин, А.А. Леонтьев. Оценка параметров критической точки. ТВТ, 1975, т. 13, №5, стр. 1072-1079.

82. R. Bobkowsky, R. Fedosejevs. Particle emission debris from KrF laser-plasma x-ray source. J. Vac. Sci. Technol. A, 1996, Vol. 14, No. 4, pp. 1973-1980.

83. W.R. Creasy, J.T. Brenna. Large carbon cluster ion formation by laser ablation of polyimide and graphite. Chem. Phys., 1988, Vol. 126, pp. 435-468.

84. T. Lippert, S.C. Langford, A. Wokaun, S. Georgiou, J.T. Dickinson. Analysis of neutral fragments from UV laser irradiation of a photolabile triazanepolymer. J. Appl. Phys., 1999, Vol. 86, pp. 7116-7122.

85. И.И. Новиков. О существовании ударных волн разрежения. ДАН СССР, 1948, том 59, №9, стр. 1545-1546.

86. О.А. Исаев, П.А. Павлов. Вскипание жидкости в большом объеме при" быстром сбросе давления. ТВТ, 1980, том 18, № 4, стр. 812-818.

87. W.F. Drummond. Multiple shock production. J. Appl Phys., 1957, Vol. 28, No. 9, pp. 998-1001.

88. M.I. Tribelsky, S.I. Anisimov. Hydrodynamic waves in regions with smooth loss of convexity of isentropes: General phenomenological theory. Phys. Rev. Lett., 2001, Vol. 86, No. 18, pp. 4037-4040.

89. D.Kh. Morozov, M. Pekker. Decompression (cooling rarefaction) shock in optically thin radiative plasma. Phys. Rev. E, 2001, Vol. 64, Paper 016416.

90. B. Bezzerides, D.F. Forslung, E.L. Lindman. Existence of rarefaction shocks in a laserplasma corona. Phys. Fluids, 1978, Vol. 21, No. 12, pp. 2179-2185.

91. D. Diebold, N. Hershkovitz, S. Eliezer. Rarefaction shock in the near wake. Phys. Fluids, 1987, Vol. 30, No. 10, pp. 3308-3311.

92. P.A. Глатман. Термомагнитные ударные волны в плазме. ЖТФ, 1975, том 20, №11, стр. 2444-2448.

93. М.Б. Исиченко, К.В. Чукбар. Ударная волна разрежения в системе с обращенным магнитным полем. Письма в ЖЭТФ, 1984, том. 39, № 5, стр. 191-192.

94. Е.Я. Коган, Н.Е. Молевич. Ударные волны разрежения в неравновесном колебательно-возбужденном газе. Акустический Журнал, 1993, том. 39, № 5, стр. 951-954.

95. М.М. Мартынюк. Обобщенное уравнение Ван-дер-Ваальса. ЖФХ, 1991, т. 65, № 6, стр. 1716-1717.

96. М.М. Мартынюк. Оценка критической точки металлов на основе обобщенного уравнения Ван-дер-Ваальса. ЖФХ, 1998, т. 72, № 1, стр. 19-22.

97. J.W. Bates and D.C. Montgomery. Some numerical studies of exotic shock wave behavior. Phys. Fluids, 1999, Vol. 11, No. 2, pp. 462-475.

98. D. Chandrasekar and Ph. Prasad. Transonic flow of a fluid with positive and negative nonlinearity through a nozzle. Phys. Fluids A, 1991, Vol. 3, No. 3, pp. 427-438.

99. M.M. Martynyuk and R. Balasubramanian. Equation of state for fluid alkali-metals -binodal. Int. J. Thermophys, 1995, Vol. 16, No. 2, pp. 533-543.

100. M.M. Martynyuk and P. A. Tamanga. Critical parameters of refractory metals. High Temp. High Press. 1999, Vol. 31, No. 5, pp.561-566.

101. A.C. Басов, H.B. Змитренко, СП. Курдюмов, A.A. Самарский. Проблемы лазерного термоядерного синтеза. М.: Атомиздат, 1976.

102. М.М. Мартынюк. Параметры критической точки металлов. ЖФХ, 1983, том 57, № 4, стр. 810-821.

103. К.Н. Sorig, X. Xu. Explosive phase transformation in excimer laser ablation. Appl. Surf Sci:, 1998, Vol. 127-129, pp. 111-116.

104. R. Kelly, A. Miotello, A. Mele, A.G. Guidoni, J.W. Hastie, P.K. Schenck, H. Okabe. Gas-dynamic effects in the laser-pulse sputtering of A1N: Is there evidence for phase explosion? Appl. Surf. Sci., 1998, Vol. 133, No. 4, pp. 251-269.

105. J.H. Yoo, S.H. Jeong, X.L. Mao, R. Grief, R.E. Russo. Evidence for phaseexplosion and generation of large particles during high power nanosecond laser ablation of silicon. Appl. Phys. Lett., 2000, Vol. 76, No. 6, pp. 783-785.

106. D.B. Geohegan. Imaging and blackbody emission spectra of particulates generated in the KrF-laser ablation of BN and УВагСизО?^. Appl. Phys. Lett., 1993, Vol. 62, No. 13, pp. 1463-1465.

107. В.П. Скрипов. Метастабилъная жидкость. M.: Наука, 1972.

108. C.-K. Sun, F. Vallée, L. H. Acioli, E. P. Ippen, J. G. Fujimoto. Femtosecond-tunable measurement of electron thermalization in gold. Phys. Rev. B, 1994, Vol. 50, pp. 15337-15348.

109. С. SuâreZj W. E. 'Bron, and T. Juhasz. Dynamics and transport of electronic carriers in thin gold films. Phys. Rev. Lett., 1995, Vol. 75, pp. 4536-4539.

110. J. Hohlfeld, J.G. Millier, S.-S. Wellershoff, E. Matthias. Time-resolved thermoreflectivity of thin gold films and its dependence on film thickness. Appl. Phys. B, 1997, Vol. 75, pp. 387-390.

111. С.П. Жвавый, Г.Д. Ивлев. Влияние начальной температуры кремния на перенос кристаллизации слоя, расплавленного наносекундным лазерным нагревом. Инж.-ФизЖ, 1996, том 69, №5, стр. 790-793.

112. D. Fisher, M. Fraenkel, Z. Henis, E. Moshe, S. Eliezer. Interband and intraband (Drude) contributions to femtosecond laser absorption in aluminum. Phys. Rev. E, 2001, Vol. 65, Paper 016409.

113. N.M. Bulgakova, R. Stoian, A. Rosenfeld, I.V. Hertel, E.E.B. Campbell. Electronic transport and consequences for material removal in ultrafast pulsed laser ablation of materials. Phys. Rev. В, 2004, Vol. 69, Paper 054102.

114. R. Stoian, D. Ashkenasi, A. Rosenfeld, E.E.B. Campbell. Coulomb explosion in ultrashort pulsed laser ablation of A1203. Phys. Rev. B, 2000, Vol. 62, Paper 13167.

115. D. Meshulach, Y. Silberberg. Coherent quantum control of two-photon transitions by a femtosecond laser pulse. Nature, 1998, Vol. 396, pp. 239-242.

116. A. Assion, T. Baumert, M. Bergt, T. Brixner, B. Kiefer, V. Seyfried, M. Strehle, G. Gerber. Control of chemical reactions by feedback-optimized phase-shaped femtosecond laser pulses. Science, 1998, Vol. 282, pp. 919-922.

117. G. Petite, P. Daguzan, S. Guizard, P. Martin. Conduction electrons in wide-bandgap oxides: a subpicosecond time-resolved optical study. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B, 1996, Vol. 107, pp. 97-101.

118. S. Guizard, A. Semerok, J. Gaudin, M. Hashida, P. Martin, F. Quéré. Femtosecond laser ablation of transparent dielectrics: measurement and modélisation of crater profiles. Appl. Surf. Set, 2002, Vol. 186, pp. 364-368.

119. T.Q. Jia, Z.Z. Xu, R.X. Li, D.H. Feng, X.X. Li, C.F. Cheng, H.Y. Sun, N.S. Xu, H.Z.Wang. Mechanisms in fs-laser ablation in fused silica. J. Appl. Phys., 2004, Vol. 95, No. 9, pp. 5166-5171.

120. L. Jiang, H.L. Tsai. Prediction of crater shape in femtosecond laser ablation of dielectrics. J. Phys. D: Appl Phys., 2004, Vol. 37, pp. 1492-1496.

121. L. Jiang, H.L. Tsai. Energy transport and material removal in wide bandgap materials by a femtosecond laser pulse. Int. J. Heat Mass Transfer, 2005, Vol. 48, pp. 487-499. .

122. Т.Е. Itina, M. Mamatkulov, M. Sentis., Nonlinear fluence dependencies in femtosecond laser ablation of metals and dielectric materials. Opt. Eng., 2005, Vol. 44, Paper 051109.

123. Л.В. Келдыш. Ионизация в поле сильной электромагнитной волны. ЖЭГФ, 1964, т. 47, № 5, стр. ,1946-1957.

124. D. Arnold, Е. Carrier. Theory of laser-induced-free-electron heating and impact ionization in wide-band-gap solids.Phys. Rev. B, 1992, Vol. 46, pp. 15102-15115.

125. M. Lenzner, J. Kriiger, S. Sartania, Z. Cheng, Ch. Spielmann, G. Mourou, W. Kautek, F. Krausz. Femtosecond optical breakdown in dielectrics. Phys. Rev. Lett., 1998, Vol. 80, No. 18, pp. 4076-4079.

126. B.C. Stuart, M.D. Feit, S. Herman, A.M. Rubenchik, B.W. Shore, M.D. Perry. Nanosecond-to-femtosecond laser-induced breakdown in dielectrics. Phys. Rev. B, 1996, Vol. 53, No. 4, pp. 1749-1761.

127. M. Li, S. Menon, J.P. Nibarger, G.N. Gibson. Ultrafast electron dynamics in femtosecond optical breakdown of dielectrics. Phys. Rev. Lett., 1999, Vol. 82, No. 11, pp. 2394-2397. . s

128. D. Ashkenasi, R. Stoian, A. Rosenfeld. Single and multiple ultrashort laser pulse ablation threshold of АЬ03 (corundum) at different etch phases. Appl. Surf Set, 2000, Vol. 154-155, pp. 40-46. ;

129. F. Quere, S. Guizard, P. Martin, G. Petite, О. Gobert, P. Meynadier, M. Perdrix. Ultrafast camer dynamics in laser-excited materials: subpicosecond optical studies. Áppl. Phys. В, 1999, Vol. 68, No. 3, pp. 459-463.

130. D. von der Lindé, H. Schüler. Breakdown threshold and plasma formation in femtosecond laser-solid interaction. J. Opt. Soc. Am. B, 1996, Vol. 13, pp. 216-221.

131. N.M. Bulgakova, R. Stoian, A. Rosenfeld, W.Marine, E.E.B. Campbell. A general continuum approach to describe fast electronic transport in pulsed laser irradiated materials: the problem of Coulomb explosion. Proc. SPIE, 2004, Vol. 5448, pp. 121-135.

132. H.M. van D riel. Kinetics of high-density plasmas generated in Si by 1.06- and 5.3-pm picosecond laser pulses. Phys. Rev. B, 1987, Vol. 35, No. 15, pp. 8166-8176.

133. R.C. Hughes. Generation, transport, and trapping of excess charge carriers in Czochralski-grown sapphire. Phys. Rev. B, 1979, Vol. 19, pp. 5318-5328.

134. R.C. Hughes. Charge-Carrier Transport Phenomena in Amorphous SÍO2: Direct Measurement of the Drift Mobility and Lifetime. Phys. Rev. Lett., 1973, Vol. 30, pp. 1333-1336.

135. W.G. Driscoll, W. Vaughan (Eds). Handbook of Optics (McGraw-Hill, New York 1978).

136. I.S. Grigoryev, E.Z. Meilikhov, A.A. Radzig (Eds): Handbook of Physical Quantities (CRC, Boca Raton, FL 1995).

137. Я.Б. Зельдович, O.M. Тодес. Кинетика образования двухфазных систем вблизи критической точки. ЖЭТФ, 1940, т. 10, №12, стр. 1441-1445.

138. М.М. Мартынюк, Н.Ю. Кравченко. Реакции ядерного синтеза в мезофазном веществе в процессе электрического взрыва. Прикл. Физ., 2003, № 1, стр. 79-90.

139. J. Siegel, К. Ettrich, Е. Welsch, Е. Matthias. UV-laser ablation of ductile and brittle metal films. Appl. Phys. A, 1997, Vol. 64, pp. 213-218.

140. R.K. Nubling, J. A. Harrington. Optical properties of single-crystal sapphire fibers. Appl. Opt., 1997, Vol. 36, No. 24, pp. 5934-5940.

141. C. Körner, R. Mayerhofer, M. Hartmann, H.W. Bergmann. Physical and material aspects in using visible laser pulses of nanosecond duration for ablation. Appl. Phys.A. 1996, Vol. 63, pp. 123-131.