Laser-induced plasma formation and cavitation in water: from nanoeffects to extreme states of matter
Notice bibliographique
Résumé
Abstract We present an in-depth analysis of the energy dependence of optical breakdown in water by tightly focused laser pulses, from plasma formation to shock waves and cavitation. Laser pulses of fs to ns durations and UV to IR wavelengths are aberration-free focused through microscope objectives. Photography captures luminescent plasmas with submicrometer resolution, and bubble threshold and size are determined via probe beam scattering. The energy dependence of mechanical effects is quantified through the maximum bubble radius R max . We find three key scenarios depicting the interaction between multiphoton and avalanche ionization, recombination, and thermal ionization from nanoeffects near threshold to extreme energy densities. They include a previously unknown scenario that emerges with single-longitudinal-mode UV ns pulses from compact lasers. It enables cost-effective creation of nanoeffects, as demonstrated on corneal tissue and glass. High-resolution color photography revealed new insights in the spatiotemporal dynamics of plasma formation, with an interplay of breakdown waves, string formation by local instabilities of avalanche ionization, and radiative energy transport. Plasma volume data from photographs together with absorption measurements show that the average energy density of luminescent fs and ns plasmas is similar, ranging between 10 and 40 kJ cm −3 . However, small hot regions with up to 400 kJ cm −3 are formed in ns breakdown. From the hot regions, energy is spread out via x-ray bremsstrahlung, forming a luminescent halo. Well above threshold, R max scales with E 1/3 across all scenarios, with 15%–20% conversion of laser energy into bubble energy. With increasing plasma energy density, an ever-larger energy fraction is converted into shock wave energy (75% at 40 kJ cm −3 ). We discuss guidelines for parameter selection in laser surgery and material processing in bulk media as well as for laser ablation and breakdown spectroscopy in liquids. Finally, we suggest roadmaps for future experimental and modeling work, and for broadening applications.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».