Untersuchungen zur laserinduzierten Kavitation mit Nanosekunden- und Femtosekundenlasern

Abstract

Der im Fokus eines starken Laserpulses entstehende optische Durchbruch kann Flüssigkeiten aufreißen. Es entwickelt sich eine Blase, die sich als gut reproduzierbares Modell für die Erforschung von Kavitationsmechanismen eignet.In der vorliegenden Arbeit werden die Eigenschaften solcher laserinduzierten Kavitationsblasen experimentell untersucht. Im Mittelpunkt stehen dabei die mit Femtosekunden-Laserpulsen erzeugten Blasen. Die hohen Intensitäten dieser Laserpulse führen zu einer nichtlinearen Reaktion des Mediums. Anstelle des beugungsbegrenzten Fokus der linearen Optik entsteht ein durch Selbstfokussierung gebildeter elongierter Kanal, der die Geometrie des optischen Durchbruchs und der entstehenden Kavitationsblase bestimmt. Die zunächst näherungsweise rotationselliptischen Blasen zeigen innerhalb weniger Mikrosekunden eine komplexe Dynamik. Diese wird durch Hochgeschwindigkeitskinematografie systematisch untersucht. Eine schwache Stoßwellenemission wird nachgewiesen und qualitativ wie quantitativ analysiert.In einem zweiten Teil werden ausgewählte Eigenschaften der mit Nanosekunden-Laserpulsen erzeugten Kavitationsblasen beleuchtet. Mit Neutronenmessungen wird untersucht, ob die Hypothese einer kavitationsinduzierten Kernfusion widerlegt oder bestätigt werden kann. Es werden keine Hinweise auf eine derartige Kernfusion gefunden.