Structural features of laser ablation particulate from Si target, as revealed by focused ion beam technology

Heterogeneity in laser-induced particle structures was investigated by scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) of individual particles micro-machined using focused ion beam (FIB). The primary particle size distribution spanned over three orders of magnitude, i.e., in the range 10nm-10μm with few larger secondary objects. The particulate larger than 0.5μm often resulted from particle-particle aggregation, mostly upon a spherical core, seldom in chain-like structures. The core of these fractal aggregates was found to be polycrystalline. The heterogeneity of the particles with respect to structure and chemistry is surely of importance for elemental analysis using laser ablation as sample introduction techniqu

Pulse-front tilt for short-wavelength lasing by means of traveling-wave plasma-excitation

Generation of coherent short-wavelength radiation across a plasma column is dramatically improved under traveling-wave excitation (TWE). The latter is optimized when its propagation is close to the speed of light, which implies small-angle target-irradiation. Yet, short-wavelength lasing needs large irradiation angles in order to increase the optical penetration of the pump into the plasma core. Pulse-front back-tilt is considered to overcome such trade-off. In fact, the TWE speed depends on the pulse-front slope (envelope of amplitude), whereas the optical penetration depth depends on the wave-front slope (envelope of phase). Pulse-front tilt by means of compressor misalignment was found effective only if coupled with a high-magnification front-end imaging/focusing component. It is concluded that speed matching should be accomplished with minimal compressor misalignment and maximal imaging magnification

CHanalysis 2022 - Back to the Future of Analytical Excellence: Conference Report

ISSN:0009-429

Systematic Investigations of Plastic Vials Concerning Their Suitability for Ultratrace Anion Analysis in High-Purity Industrial Applications

Abstract.: Ultratrace anion analysis in high-purity industrial applications is done using commercially available plastic vials to store the eluted liquid samples. Plastic vials are manufactured with materials containing several additives. Such additives might potentially release anionic contaminants, thus degrading the blank quality and determination limits (DL). The durability and thermal stability of several materials was found to be a function of anionic species. Fluorinated materials showed the best results for the majority of anions with the exception of fluoride. For the selective analysis of fluoride, polypropylene was found to be the best vial material, together with glass. Cold water extraction showed better results compared to hot water extraction. Over a long observation period, hot water extraction did not at all improve the performance, indicating that this type of supposedly efficient cleaning of the plastic containers to render them less prone to contaminant release does not hold tru

Implementing the plasma-lasing potential for tabletop nano-imaging

Implementing the plasma-lasing potential for tabletop nano-imaging on across a hot plasma medium drives short-wavelength lasing, promising for "turnkey" nano-imaging setups. A systematic study of the illumination characteristics, combined with design-adapted objectives, is presented. It is shown how the ultimate nano-scale feature is dictated by either the diffraction-limited or the wavefront-limited resolution, which imposed a combined study of both the source and the optics. For nano-imaging, the spatial homogeneity of the illumination (spot noise) was shown as critical. Plasma-lasing from a triple grazing-incidence pumping scheme compensated for the missing spot homogeneity in classical schemes. We demonstrate that a collimating mirror pre-conditions both the pointing stability and the divergence below half a mrad

Laser-ablation and induced nanoparticle synthesis

Laser pulses are largely used for processing and analysis of materials and in particular for nano-particle synthesis. This paper addresses fundamentals of the generation of nano-materials following specific thermodynamic paths of the irradiated material. Computer simulations using the hydro code MULTI and the SESAME equation of state have been performed to follow the dynamics of a target initially heated by a short laser pulse over a distance comparable to the metal skin dept

Pulse-front tilt for short-wavelength lasing by means of traveling-wave plasma-excitation

Generation of coherent short-wavelength radiation across a plasma column is dramatically improved under traveling-wave excitation (TWE). The latter is optimized when its propagation is close to the speed of light, which implies small-angle target-irradiation. Yet, short-wavelength lasing needs large irradiation angles in order to increase the optical penetration of the pump into the plasma core. Pulse-front back-tilt is considered to overcome such trade-off. In fact, the TWE speed depends on the pulse-front slope (envelope of amplitude), whereas the optical penetration depth depends on the wave-front slope (envelope of phase). Pulse-front tilt by means of compressor misalignment was found effective only if coupled with a high-magnification front-end imaging/focusing component. It is concluded that speed matching should be accomplished with minimal compressor misalignment and maximal imaging magnification

Ignition Diagnostics based on Spark-Induced Breakdown Spectroscopy for Gas-Engine Applications

Ottomotoren unterliegen zyklischen Variationen im Verbrennungsprozess. Ein vertieftes Verständnis der zugrunde liegenden Mechanismen, welche diese zyklischen Schwankungen antreiben, ist fundamental in Bezug auf die Optimierung von Emissionen und Kraftstoffverbrauch. Der Ort des Flammenkerns und dessen Wachstumsrate sind wichtige Faktoren, welche die Amplitude und den Zeitpunkt des maximalen Zylinderdrucks beeinflussen. Die Entwicklungsgeschwindigkeit des anfänglichen Flammenkerns wird wiederum hauptsächlich durch die lokale Brennstoffkonzentration und -homogenität in der Nähe der Funkenstrecke und die lokalen Strömungsbedingungen, wie turbulente Struktur und Größe, beeinflusst. Gegenwärtig werden Motoren für magere Gemische und für direkteinspritzende Verbrennungskonzepte entwickelt, um den thermischen Wirkungsgrad zu verbessern und die, im Vergleich zu Benzin und Diesel, geringeren CO2-Emissionen zu nutzen. Die höhere Klopffestigkeit von Methan erlaubt es, das Kompressionsverhältnis zu erhöhen. Dies führt jedoch auch zu erschwerten Bedingungen um eine Verbrennung erfolgreich einzuleiten, insbesondere im Mager- und Schichtladungsbetrieb sowie bei hohen Abgasrückführraten. All diese Faktoren erhöhen die Anforderungen an das Zündsystem und an die Steuerung des Gemischbildungsprozesses. Ein Diagnosewerkzeug zum Bereitstellen von Informationen über die Gemischzusammensetzung an der Zündkerze während des Zündzeitpunkts ist sehr wertvoll. Funkeninduzierte Plasmaspektroskopie ist eine Technik, bei der das durch Funkenbildung zwischen zwei Elektroden gebildete Plasma als Anregungsquelle für die optische Emissionsspektroskopie verwendet wird. Die Lichtemission der durch das Plasma angeregten Spezies hängt vom lokalen Gemisch ab und kann daher als ein Diagnosewerkzeug verwendet werden, um während des Zündversuchs Informationen über örtliche Bedingungen um die Zündkerze zu liefern. In Ottomotoren kann diese Methodik mit minimalen Motormodifikationen in der Brennkammer eingesetzt werden und ist daher eine vielversprechende Alternative zu anderen Untersuchungstechniken wie laserinduzierte Plasmaspektroskopie, bei welcher ein Laser in den Brennraum gekoppelt werden muss.In dieser Arbeit wurden verschiedene ruhende Gemischzusammensetzungen bei Umgebungstemperatur und erhöhten Druckbedingungen in einer Konstantvolumenzelle untersucht. Ein Spektrometer und eine intensivierte Kamera wurden verwendet um die Plasmaemission der elektrischen Entladung zu erfassen, um eine SIBS-basierte Messtechnik für die Untersuchung von Zündereignissen zu entwickeln. Die Rolle von Methan, Luft und Wasserstoff auf die elektrischen Entladungseigenschaften und die Plasmaemissionen wurden untersucht. Darüber hinaus wurden atomare und molekulare Spektralemissionen unter verschiedenen Umgebungsbedingungen und für verschiedene Gemische analysiert und verglichen, um ein besseres Verständnis der Spektren der komplexen physikalischen und chemischen Phänomene zu erlangen, die dem Zündvorgang zugrunde liegen. Die Ergebnisse zeigen, dass die erarbeitete Methodik ein kompaktes und vielseitiges Werkzeug für Anwendungen ist, bei denen atomare und molekulare Spezies unter verschiedenen Umgebungsbedingungen detektiert werden

Evaluation of lab-scale EUV microscopy using a table-top laser source

High brightness Extreme Ultraviolet (EUV) sources for laboratory operation are needed in nano-fabrication and actinic ("at-wavelength") inspection of the masks for high volume manufacturing in next generation lithography. Laser-plasma EUV sources have the required compactness and power scalability to achieve the demanding requirements. However, the incoherent emission lacks the brightness for single-shot high contrast imaging. On the other hand, fully coherent sources are considered to be unsuitable for full-field sample illumination and prone to speckles. We evaluate the capabilities of a lab-scale amplified-spontaneousemission (ASE) EUV laser source to combine brightness and high quality imaging with full-field imaging, along with rapid acquisition and compactness