Wykorzystanie Optycznej Tomografii Koherencyjnej (OCT) do wspomagania badań materiałowych

metodą spektroskopii plazmy wytwarzanej laserowo (LIBS)

Celem naukowym mojej rozprawy doktorskiej jest opracowanie metody równoczesnej analizy składu pierwiastkowego za pomocą spektroskopii plazmy wzbudzanej laserowo LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) oraz koherencyjnej tomografii optycznej OCT (Optical Coherence Tomography). Metoda LIBS polega na rejestracji i analizie widma fluorescencji plazmy, która powstaje w procesie laserowej ablacji badanej warstwy. Analiza widma pozwala na identyfikację pierwiastków wchodzących w skład badanej warstwy. Odmianą LIBS jest tzw. stratygrafia LIBS polegająca na generacji serii słabych impulsów laserowych o energii w przedziale od 1 mJ do 10 mJ stopniowo drążących mikrokrater w badanym obiekcie. W wyniku zagłębiania się wiązki laserowej w złożoną strukturę obiektu, intensywność rejestrowanych linii widmowych poszczególnych pierwiastków zmieniają się. Pozwala to określić skład chemiczny danej warstwy. Z kolei optyczna tomografia koherencyjna (OCT) poprzez analizę światła rozproszonego na nieciągłościach struktury wewnętrznej obiektu dostarcza informacji o jego wewnętrznej budowie. Dodatkowo możliwe jest uzyskanie informacji o profilu powierzchni badanego obiektu.

Istotnie nowym elementem mojej rozprawy jest połączenie tych obu znanych i stosowanych technik w jedno narzędzie diagnostyczne. Niedogodnością OCT jest brak informacji o budowie chemicznej obrazowanych warstw. Znacznie utrudnia to ich identyfikację. Z kolei dane o składzie pierwiastkowym uzyskiwane ze stratygrafii LIBS nie są skorelowane z informacją o głębokości, z której pochodzi analizowana plazma. Połączenie obu technik pozwoli uzyskać pełniejszy opis badanego obiektu. W szczególności dzięki informacji o profilu powierzchni laserowo drążonego krateru możliwe jest powiązanie danych o składzie pierwiastkowym z konkretną głębokością, a więc dokonanie kalibracji danych LIBS.

Dodatkowo na podstawie analizy danych OCT spodziewam się wyznaczyć szybkości ablacji badanych warstw, a także zaobserwować zmiany fluencji promieniowania laserowego generującego plazmę podczas prowadzonych eksperymentów. Dzięki tym zabiegom będzie możliwy głębszy opis procesu mikroablacji, zjawisk związanych z transportem energii w rozważanych materiałach, a także czynników wywołujących ich deformacje. Dla struktur złożonych zakłada się przeprowadzenie analiz pokazujących wpływ warstw sąsiednich na proces ablacji oraz generację emisyjnych widm z powstającej plazmy.