Stuttgart, Univ., Diss., 2002.

Techn. Universiẗat, Diss., 2003--Chemnitz.

Universiẗat, Diss., 2002--Stuttgart. / Erscheinungsjahr an der Haupttitelstelle: 2002.

Stuttgart, Univ., Diss., 2007.

Die Arbeit befasst sich mit der Optimierung einer kapazitiv gekoppelten Hochfrequenzentladung zur Vorbehandlung von Kunststoff-Folien für Vakuum-Beschichtungsverfahren sowie zur Auswirkung der Vorbehandlung auf die applikativen Eigenschaften Al-beschichteter Polypropylen-Folie. Die Ausführung der Entladung in einer Hohlelektroden-Geometrie erlaubt die Vorbehandlung bei hohen Bandgeschwindigkeiten (>3 m/s) (wie sie für industrielle Bedampfungsprozesse üblich ist) aufgrund des unmittelbaren Kontaktes von Substratoberfläche und Plasma. Darüber hinaus erfolgt durch die kapazitive Kopplung der Entladung ein zusätzlicher Ionenbeschuss des Substrates. Die dabei inhärent hohen Ionenenergien (>1 keV) führen zu einer starken Schädigung des Substrates wie anhand von TRIM-Rechnungen gezeigt wird. Mit Hilfe von Plasma-Simulationsrechnungen werden Wege zur Reduzierung der Ionenenergie gezeigt. Insbesondere wird der Einfluss von Magnetfeldern auf Ionenenergieverteilung und Ladungsträgerdichte in HF-Entladungen untersucht. Aufbauend auf den Ergebnissen von Plasma-Simulationsrechnungen wurde eine Plasmaquelle basierend auf einer magnetisch verstärkten HF-Entladung für Substratbreiten von 400 mm entwickelt und in einer Pilotanlage für die industrielle Folienbeschichtung eingebaut. Mit Hilfe dieser Plasmaquelle wurde die in-line Vorbehandlung von Polypropylen-Folie für die Bedampfung mit Aluminium bei Bandgeschwindigkeiten von bis zu 6 m/s durchgeführt. In Abhängigkeit von der Vorbehandlungsdosis ist eine deutliche Verringerung der Permeationrate (Wasserdampf und Sauerstoff) sowie eine Zunahme der Schichthaftung zu beobachten. TEM-Untersuchungen zeigen unterschiedliches Kristallitwachstum, je nachdem ob die Al-Schicht auf einer vorbehandelten oder unvorbehandelten Oberfläche aufgewachsen ist. Das zitierte Modell zum veränderten Nukleationsverhalten der Al-Schicht liefert eine plausible Erklärung sowohl zur Veränderung der Permeationseigenschaften als auch zur beobachteten Reduktion des Schichtwiderstandes.

Stuttgart, Univ., Diss., 2007.

Die Arbeit befasst sich mit der Optimierung einer kapazitiv gekoppelten Hochfrequenzentladung zur Vorbehandlung von Kunststoff-Folien für Vakuum-Beschichtungsverfahren sowie zur Auswirkung der Vorbehandlung auf die applikativen Eigenschaften Al-beschichteter Polypropylen-Folie. Die Ausführung der Entladung in einer Hohlelektroden-Geometrie erlaubt die Vorbehandlung bei hohen Bandgeschwindigkeiten (>3 m/s) (wie sie für industrielle Bedampfungsprozesse üblich ist) aufgrund des unmittelbaren Kontaktes von Substratoberfläche und Plasma. Darüber hinaus erfolgt durch die kapazitive Kopplung der Entladung ein zusätzlicher Ionenbeschuss des Substrates. Die dabei inhärent hohen Ionenenergien (>1 keV) führen zu einer starken Schädigung des Substrates wie anhand von TRIM-Rechnungen gezeigt wird. Mit Hilfe von Plasma-Simulationsrechnungen werden Wege zur Reduzierung der Ionenenergie gezeigt. Insbesondere wird der Einfluss von Magnetfeldern auf Ionenenergieverteilung und Ladungsträgerdichte in HF-Entladungen untersucht. Aufbauend auf den Ergebnissen von Plasma-Simulationsrechnungen wurde eine Plasmaquelle basierend auf einer magnetisch verstärkten HF-Entladung für Substratbreiten von 400 mm entwickelt und in einer Pilotanlage für die industrielle Folienbeschichtung eingebaut. Mit Hilfe dieser Plasmaquelle wurde die in-line Vorbehandlung von Polypropylen-Folie für die Bedampfung mit Aluminium bei Bandgeschwindigkeiten von bis zu 6 m/s durchgeführt. In Abhängigkeit von der Vorbehandlungsdosis ist eine deutliche Verringerung der Permeationrate (Wasserdampf und Sauerstoff) sowie eine Zunahme der Schichthaftung zu beobachten. TEM-Untersuchungen zeigen unterschiedliches Kristallitwachstum, je nachdem ob die Al-Schicht auf einer vorbehandelten oder unvorbehandelten Oberfläche aufgewachsen ist. Das zitierte Modell zum veränderten Nukleationsverhalten der Al-Schicht liefert eine plausible Erklärung sowohl zur Veränderung der Permeationseigenschaften als auch zur beobachteten Reduktion des Schichtwiderstandes.

Bibliographische Beschreibung und Referat. Kochan, Natalie. „Charakterisierung von Plasmen, erzeugt durch Fokussierung von 100 ps Laserpulsen auf Festkörperoberflächen“. Technische Universität Chemnitz, Institut für Physik, Dissertation, 2002 (104 Seiten; 48 Abbildungen; 4 Tabellen; 102 Literaturzitate). In der vorliegenden Arbeit wurden Plasmen, die durch Laserbestrahlung erzeugt wurden, untersucht. Der Schwerpunkt der Untersuchungen lag auf der Bestimmung der Elektronendichte des Plasmas und der Plasmatemperatur, mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung. Überwiegend erfolgten die Untersuchungen unter Normaldruck an Luft. Zunächst werden einige Grundlagen der Wechselwirkung von Laserstrahlung mit einem Plasma dargestellt, die für Bearbeitung des Themas wesentlich sind. Anschließend werden experimentelle Aufbauten und Auswertungsmethoden beschrieben. Zur Plasmadiagnostik wurden verschiedene Messmethoden eingesetzt, die eine hohe zeitliche und räumliche Auflösung gestatten: Absorptionsphotographie, Interferometrie, Messungen der Faraday-Drehung und Röntgenstreakmessungen. Im Hauptteil der Arbeit wurde zunächst der Einfluss der Leistungsdichte der Laserstrahlung auf die im laserinduzierten Plasma ablaufenden Prozesse untersucht. Die Untersuchungen erfolgten sowohl bei atmosphärischem Druck als auch im Vakuum. Die Leistungsdichte der Laserstrahlung wurde dabei von 10^9 bis 10^14 W/cm2 variiert. Es wurde dabei gezeigt, dass die Anwesenheit einer Gasatmosphäre die Expansion des Plasmas behindert und damit zu einer höheren Plasmadichte als in Hochvakuum führt. Es wurde festgestellt, dass es bei einer Leistungsdichte von ca. 5,0×10^9 W/cm2 eine stark nichtlineare Abhängigkeit sowohl der Ausbreitungsgeschwindigkeit als auch der mittleren Elektronendichte in der Schockwelle von der Leistungsdichte gibt. Ab einer Leistungsdichte von ~ 10^13 W/cm2 wurde bei Bestrahlung eines Ag-Targets in Luft ein schmaler Plasmajet mit einer hohen Elektronendichte von mehr als 10^20 cm-3 und einer Länge von etwa 300 µm beobachtet. Bei noch höheren Leistungsdichten von ca. 10^14 W/cm2 treten mehrere Filamente in unterschiedlichen Entwicklungsstadien gleichzeitig auf. Es wurde außerdem das Phänomen der Plasmaabtrennung (plasma bullets) nachgewiesen. Im weiteren wurden Plasmaparameter laserinduzierter Plasmen mit solchen laserinduzierter Entladungen in Luft verglichen. Es ergab sich, dass in beiden Fällen Filamente mit sehr ähnlichen Plasmaparametern entstehen können. Die Feldstärke der sich im laserinduzierten Plasma spontan bildenden Magnetfelder wurde durch Faraday-Messungen ermittelt. Die Stärke (4 – 7 MG) und die Orientierung der Felder weisen darauf hin, dass diese Felder durch Resonanzabsorption zustande kommen. Die Plasmatemperaturen wurden mit Hilfe optischer Verfahren (in Luft) bzw. Röntgenstreakmessungen (unter Vakuum) ermittelt. Dabei wurde zeitlich aufgelöst der Verlauf der Temperaturen von Plasmen gemessen, welche durch den Beschuss von Targets unterschiedlichen Materials (Al und Cu) im Vakuum erzeugt wurden.

Bibliographische Beschreibung und Referat. Kochan, Natalie. „Charakterisierung von Plasmen, erzeugt durch Fokussierung von 100 ps Laserpulsen auf Festkörperoberflächen“. Technische Universität Chemnitz, Institut für Physik, Dissertation, 2002 (104 Seiten; 48 Abbildungen; 4 Tabellen; 102 Literaturzitate). In der vorliegenden Arbeit wurden Plasmen, die durch Laserbestrahlung erzeugt wurden, untersucht. Der Schwerpunkt der Untersuchungen lag auf der Bestimmung der Elektronendichte des Plasmas und der Plasmatemperatur, mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung. Überwiegend erfolgten die Untersuchungen unter Normaldruck an Luft. Zunächst werden einige Grundlagen der Wechselwirkung von Laserstrahlung mit einem Plasma dargestellt, die für Bearbeitung des Themas wesentlich sind. Anschließend werden experimentelle Aufbauten und Auswertungsmethoden beschrieben. Zur Plasmadiagnostik wurden verschiedene Messmethoden eingesetzt, die eine hohe zeitliche und räumliche Auflösung gestatten: Absorptionsphotographie, Interferometrie, Messungen der Faraday-Drehung und Röntgenstreakmessungen. Im Hauptteil der Arbeit wurde zunächst der Einfluss der Leistungsdichte der Laserstrahlung auf die im laserinduzierten Plasma ablaufenden Prozesse untersucht. Die Untersuchungen erfolgten sowohl bei atmosphärischem Druck als auch im Vakuum. Die Leistungsdichte der Laserstrahlung wurde dabei von 10^9 bis 10^14 W/cm2 variiert. Es wurde dabei gezeigt, dass die Anwesenheit einer Gasatmosphäre die Expansion des Plasmas behindert und damit zu einer höheren Plasmadichte als in Hochvakuum führt. Es wurde festgestellt, dass es bei einer Leistungsdichte von ca. 5,0×10^9 W/cm2 eine stark nichtlineare Abhängigkeit sowohl der Ausbreitungsgeschwindigkeit als auch der mittleren Elektronendichte in der Schockwelle von der Leistungsdichte gibt. Ab einer Leistungsdichte von ~ 10^13 W/cm2 wurde bei Bestrahlung eines Ag-Targets in Luft ein schmaler Plasmajet mit einer hohen Elektronendichte von mehr als 10^20 cm-3 und einer Länge von etwa 300 µm beobachtet. Bei noch höheren Leistungsdichten von ca. 10^14 W/cm2 treten mehrere Filamente in unterschiedlichen Entwicklungsstadien gleichzeitig auf. Es wurde außerdem das Phänomen der Plasmaabtrennung (plasma bullets) nachgewiesen. Im weiteren wurden Plasmaparameter laserinduzierter Plasmen mit solchen laserinduzierter Entladungen in Luft verglichen. Es ergab sich, dass in beiden Fällen Filamente mit sehr ähnlichen Plasmaparametern entstehen können. Die Feldstärke der sich im laserinduzierten Plasma spontan bildenden Magnetfelder wurde durch Faraday-Messungen ermittelt. Die Stärke (4 – 7 MG) und die Orientierung der Felder weisen darauf hin, dass diese Felder durch Resonanzabsorption zustande kommen. Die Plasmatemperaturen wurden mit Hilfe optischer Verfahren (in Luft) bzw. Röntgenstreakmessungen (unter Vakuum) ermittelt. Dabei wurde zeitlich aufgelöst der Verlauf der Temperaturen von Plasmen gemessen, welche durch den Beschuss von Targets unterschiedlichen Materials (Al und Cu) im Vakuum erzeugt wurden.

High-intensity, short-pulse laser-solid interactions are of great importance for a number of applications and fundamental research, such as high energy density (HED) physics, laboratory astrophysics, inertial confinement fusion (ICF), particle acceleration, and ultrafast x-ray sources. X-ray spectroscopy is a powerful diagnostic tool to investigate the extreme states of matter created by these interactions. This thesis presents the development and application of x-ray spectroscopy in relativistic laser-solid interactions. Two x-ray crystal spectrometers have been developed on the DRACO and European X-ray Free Electron Laser (XFEL) facilities for the diagnosis of dense plasmas produced by ultrashort relativistic laser pulses. A high-resolution x-ray crystal spectrometer is developed at the DRACO petawatt laser, measuring the K-shell emission spectra of Ti targets ranging from cold Kα to thermal Heα lines. This spectrometer employs a spherically bent quartz crystal and adopts Johann geometry in the dispersive plane. Geometrical analysis and ray-tracing simulations are implemented, respectively, to determine the most suitable configuration and evaluate the performance of the spectrometer, showing an excellent spectral resolution of E/δE≈15000. With the quartz spectrometer, the production and transport of hot electrons as well as the heating state in the proton acceleration Ti targets can be investigated at the DRACO petawatt laser. In addition, a multipurpose imaging x-ray crystal spectrometer is developed for the HED instrument of the European XFEL. This spectrometer is designed to measure x-rays in the energy range of 4 - 10 keV, providing high-resolution, spatially-resolved spectral measurements. A toroidally bent germanium (Ge) crystal is used, allowing x-ray diffraction from the crystal to image along a one-dimensional spatial profile while spectrally resolving along the other. A detailed geometrical analysis is performed to determine the curvature of the crystal. The theoretical performance of the spectrometer in various configurations is calculated by ray-tracing simulations. The key properties of the spectrometer, including the spectral and spatial resolution, are demonstrated experimentally on different platforms. Experimental results prove that this Ge spectrometer is a powerful tool for spatially resolved measurements of x-ray emission, scattering, or absorption spectra in high energy density physics. The enhancement effect of a microstructured surface on laser absorption and characteristic Kα emission has been investigated by measuring K-shell emission from titanium (Ti) targets irradiated with high-intensity (~ 10^20 W/cm^2), sub-picosecond (500 fs) laser pulses. The experimental results indicate a modest enhancement (1.6x) of Kα emission from microstructured targets compared to flat foils, but with similar intensity and profile of Heα and Li-like satellites. Particle-in-cell (PIC) simulations are implemented to further understand the underlying physical processes in the laser interaction with both targets, interpreting the mechanisms responsible for the Kα enhancement. The reasons for the lower-than-expected enhancement of Kα emission are discussed. The rapid heating of the bulk plasma might result in the premature shutdown of Kα emission before the thermalization of hot electrons or even the end of laser pulses, suggesting that the use of Kα emission as a diagnostic of the hot-electron yield or relaxation could lead to a misinterpretation. This work reveals that an optimized microstructured target shows promise to produce high-brightness, quasi-monochromatic laser-driven x-ray sources for many probing applications. While x-ray spectroscopy has been widely used for diagnosing the internal conditions of laser-produced plasmas, it is usually very challenging to extract reliable and accurate physical information from the raw x-ray spectra, especially for time- and space-integrated spectra emitting from a range of plasma conditions. In this thesis, a complex spatio-temporally resolved analysis of time- and space-integrated x-ray emission spectroscopy from the relativistic laser plasmas is presented. Particle-in-cell (PIC) simulations using the PICLS code are performed to investigate the laser-solid interaction within a picosecond (ps). The subsequent plasma evolution is simulated with the hydrodynamic code FLASH on a larger timescale (hundreds of ps). With the outputs of PIC and hydrodynamic simulations, atomic kinetics-spectroscopy simulations using the FLYCHK, SCFLY, and ATOMIC codes are performed to generate a series of synthetic spectra. These synthetic spectra are used to reconstruct a composite emission spectrum and then compared to the measured integrated spectra. A full-time evolution of electron density, temperature, and ionization state of laser plasmas is thus extracted, and verified by the comparison between the measured and simulated spectra. By this methodology, the dynamics of ultrafast relativistic laser-plasma systems was studied. The combination of x-ray spectroscopy, atomic physics, and multi-scale (i.e. PIC and hydro-) simulations is demonstrated to be a promising method to characterize the evolution of internal conditions of laser-produced plasmas. This method can also be used as an effective benchmark or reference for these numerical simulations.