Numerische Untersuchungen zum optischen Durchbruch von Femtosekunden-Laserpulsen in Wasser

Numerical investigations of the optical breakdown of femtosecond laser pulses in water

by Karsten Köhler
Doctoral thesis
Date of Examination:2010-10-13
Date of issue:2010-11-05
Advisor:Prof. Dr. Werner Lauterborn
Referee:Prof. Dr. Ulrich Parlitz
Referee:Prof. Dr. Markus Münzenberg
Referee:Prof. Dr. Stefan Luther
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-2729

 

 

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Description:Dissertation

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Abstract

English

When laser light of high intensity is focused into water, a plasma is formed in the area of the focus. This process is called optical breakdown and is numerically investigated for femtosecond laser pulses. Additionally to the propagation of ultrashort pulses in spatially extended systems, the formation of the plasma is calculated on the basis of the Drude model. The results for the electron density of the plasma and the change in pulse shape, when passing through the focus, are particularly presented for different laser energies. The calculated plasma shapes are compared with experimentally observed cavitation bubbles at the beginning of the expansion phase. The respective shapes show good agreement.
Keywords: optical breakdown; ultrashort laser pulses; optical cavitation; plasma formation; numerical calculations

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Wird Laserstrahlung mit hoher Intensität in Wasser fokussiert, bildet sich im Bereich des Fokus ein Plasma, man spricht von einem optischen Durchbruch. Dieser Vorgang wird für Femtosekunden-Laserpulse numerisch untersucht. Dazu wird parallel zu der Ausbreitung von ultrakurzen Pulsen in räumlich ausgedehnten Systemen die Entstehung des Plasmas auf Basis des Drude-Modells berechnet. Insbesondere werden Ergebnisse für die resultierende Elektronendichte des Plasmas und die Änderung der Pulsform beim Durchlaufen des Fokus für verschiedene Laserenergien vorgestellt. Die berechneten Plasmaformen werden mit im Experiment beobachteten Kavitationsblasen zu Beginn der Expansionsphase verglichen. Dabei zeigt sich eine gute Übereinstimmung.
Schlagwörter: optischer Durchbruch; ultrakurze Laserpulse; optische Kavitation; Plasmaentstehung; numerische Berechnungen
 
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