Abstract

We describe a high-speed, two-frame shadowgraph method for the two-dimensional visualization of an expanding laser-induced plasma and shock wave in two time instances. The developed experimental method uses a 30ps, green-laser, polarized pulse for the direct and delayed illumination separated by a variable time delay in the range from 300ps to 30ns. Since the exposed images of a single event are captured with two CCD cameras, the established method enables velocity measurements of the fast laser-induced phenomena within the nanosecond excitation- laser pulse as well as at later times—when the excitation-laser radiation has already ended.

© 2011 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. J. P. Singh and S. N. Thakur, Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (Elsevier, 2007).
  2. X. Zeng, X. Mao, S. S. Mao, S.-B. Wen, R. Greif, and R. E. Russo, Appl. Phys. Lett. 88, 061502 (2006).
    [CrossRef]
  3. A. Vogel, Phys. Med. Biol. 42, 895 (1997).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. S. R. Aglyamov, A. B. Karpiouk, F. Bourgeois, A. Ben-Yakar, and S. Y. Emelianov, Opt. Lett. 33, 1357 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. M. Lackner, S. Charareh, F. Winter, K. F. Iskra, D. Rüdisser, T. Neger, H. Kopecek, and E. Wintner, Opt. Express 12, 4546 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. D. Kim, B. Oh, D. Jang, J.-W. Lee, and J.-M. Lee, Appl. Surf. Sci. 253, 8322 (2007).
    [CrossRef]
  7. M. Kandula and R. Freeman, Shock Waves 18, 21 (2008).
    [CrossRef]
  8. A. Vogel, I. Apitz, S. Freidank, and R. Dijkink, Opt. Lett. 31, 1812 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. A. Vogel, S. Busch, and U. Parlitz, J. Acoust. Soc. Am. 100, 148 (1996).
    [CrossRef]
  10. J. Noack and A. Vogel, Appl. Opt. 37, 4092 (1998).
    [CrossRef]
  11. S. Chaurasia, P. Leshma, S. Tripathi, C. G. Murali, D. S. Munda, S. M. Sharma, and S. Kailas, BARC Newsletter 317, 13 (2010).
  12. Z. Liu, G. J. Steckman, and D. Psaltis, Appl. Phys. Lett. 80, 731 (2002).
    [CrossRef]
  13. P. Gregorčič, R. Petkovšek, and J. Možina, J. Appl. Phys. 102, 094904 (2007).
    [CrossRef]
  14. H. Sobral, M. Villagrán-Muniz, R. Navarro-González, and A. C. Raga, Appl. Phys. Lett. 77, 3158 (2000).
    [CrossRef]
  15. R. Gaudiuso, M. Dell’Aglio, O. De Pascale, G. S. Senesi, and A. De Giacomo, Sensors 10, 7434 (2010).
    [CrossRef] [PubMed]
  16. Y. Liu, J. S. Penczak, and R. J. Gordon, Opt. Lett. 35, 112 (2010).
    [CrossRef] [PubMed]
  17. T. Perhavec and J. Diaci, Strojniški Vestnik—J. Mech. Eng. 56, 477 (2010).
  18. E. A. Brujan, T. Ikeda, K. Yoshinaka, and Y. Matsumoto, Ultrason. Sonochem. 18, 59 (2011).
    [CrossRef]
  19. G. E. Busch and G. Charatis, Proc. SPIE 348, 650 (1982).
  20. D. L. Jones, Phys. Fluids 11, 1664 (1968).
    [CrossRef]
  21. A. A. Ilyin, I. G. Nagorny, and O. A. Bukin, Appl. Phys. Lett. 96, 171501 (2010).
    [CrossRef]
  22. Y. B. S. R. Prasad, S. Barnwal, P. A. Naik, J. A. Chakera, R. A. Khan, and P. D. Gupta, Appl. Phys. Lett. 96, 221503(2010).
    [CrossRef]

2011 (1)

E. A. Brujan, T. Ikeda, K. Yoshinaka, and Y. Matsumoto, Ultrason. Sonochem. 18, 59 (2011).
[CrossRef]

2010 (6)

R. Gaudiuso, M. Dell’Aglio, O. De Pascale, G. S. Senesi, and A. De Giacomo, Sensors 10, 7434 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

T. Perhavec and J. Diaci, Strojniški Vestnik—J. Mech. Eng. 56, 477 (2010).

A. A. Ilyin, I. G. Nagorny, and O. A. Bukin, Appl. Phys. Lett. 96, 171501 (2010).
[CrossRef]

Y. B. S. R. Prasad, S. Barnwal, P. A. Naik, J. A. Chakera, R. A. Khan, and P. D. Gupta, Appl. Phys. Lett. 96, 221503(2010).
[CrossRef]

S. Chaurasia, P. Leshma, S. Tripathi, C. G. Murali, D. S. Munda, S. M. Sharma, and S. Kailas, BARC Newsletter 317, 13 (2010).

Y. Liu, J. S. Penczak, and R. J. Gordon, Opt. Lett. 35, 112 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

2008 (2)

2007 (2)

D. Kim, B. Oh, D. Jang, J.-W. Lee, and J.-M. Lee, Appl. Surf. Sci. 253, 8322 (2007).
[CrossRef]

P. Gregorčič, R. Petkovšek, and J. Možina, J. Appl. Phys. 102, 094904 (2007).
[CrossRef]

2006 (2)

X. Zeng, X. Mao, S. S. Mao, S.-B. Wen, R. Greif, and R. E. Russo, Appl. Phys. Lett. 88, 061502 (2006).
[CrossRef]

A. Vogel, I. Apitz, S. Freidank, and R. Dijkink, Opt. Lett. 31, 1812 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

2004 (1)

2002 (1)

Z. Liu, G. J. Steckman, and D. Psaltis, Appl. Phys. Lett. 80, 731 (2002).
[CrossRef]

2000 (1)

H. Sobral, M. Villagrán-Muniz, R. Navarro-González, and A. C. Raga, Appl. Phys. Lett. 77, 3158 (2000).
[CrossRef]

1998 (1)

1997 (1)

A. Vogel, Phys. Med. Biol. 42, 895 (1997).
[CrossRef] [PubMed]

1996 (1)

A. Vogel, S. Busch, and U. Parlitz, J. Acoust. Soc. Am. 100, 148 (1996).
[CrossRef]

1982 (1)

G. E. Busch and G. Charatis, Proc. SPIE 348, 650 (1982).

1968 (1)

D. L. Jones, Phys. Fluids 11, 1664 (1968).
[CrossRef]

Aglyamov, S. R.

Apitz, I.

Barnwal, S.

Y. B. S. R. Prasad, S. Barnwal, P. A. Naik, J. A. Chakera, R. A. Khan, and P. D. Gupta, Appl. Phys. Lett. 96, 221503(2010).
[CrossRef]

Ben-Yakar, A.

Bourgeois, F.

Brujan, E. A.

E. A. Brujan, T. Ikeda, K. Yoshinaka, and Y. Matsumoto, Ultrason. Sonochem. 18, 59 (2011).
[CrossRef]

Bukin, O. A.

A. A. Ilyin, I. G. Nagorny, and O. A. Bukin, Appl. Phys. Lett. 96, 171501 (2010).
[CrossRef]

Busch, G. E.

G. E. Busch and G. Charatis, Proc. SPIE 348, 650 (1982).

Busch, S.

A. Vogel, S. Busch, and U. Parlitz, J. Acoust. Soc. Am. 100, 148 (1996).
[CrossRef]

Chakera, J. A.

Y. B. S. R. Prasad, S. Barnwal, P. A. Naik, J. A. Chakera, R. A. Khan, and P. D. Gupta, Appl. Phys. Lett. 96, 221503(2010).
[CrossRef]

Charareh, S.

Charatis, G.

G. E. Busch and G. Charatis, Proc. SPIE 348, 650 (1982).

Chaurasia, S.

S. Chaurasia, P. Leshma, S. Tripathi, C. G. Murali, D. S. Munda, S. M. Sharma, and S. Kailas, BARC Newsletter 317, 13 (2010).

De Giacomo, A.

R. Gaudiuso, M. Dell’Aglio, O. De Pascale, G. S. Senesi, and A. De Giacomo, Sensors 10, 7434 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

De Pascale, O.

R. Gaudiuso, M. Dell’Aglio, O. De Pascale, G. S. Senesi, and A. De Giacomo, Sensors 10, 7434 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

Dell’Aglio, M.

R. Gaudiuso, M. Dell’Aglio, O. De Pascale, G. S. Senesi, and A. De Giacomo, Sensors 10, 7434 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

Diaci, J.

T. Perhavec and J. Diaci, Strojniški Vestnik—J. Mech. Eng. 56, 477 (2010).

Dijkink, R.

Emelianov, S. Y.

Freeman, R.

M. Kandula and R. Freeman, Shock Waves 18, 21 (2008).
[CrossRef]

Freidank, S.

Gaudiuso, R.

R. Gaudiuso, M. Dell’Aglio, O. De Pascale, G. S. Senesi, and A. De Giacomo, Sensors 10, 7434 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

Gordon, R. J.

Gregorcic, P.

P. Gregorčič, R. Petkovšek, and J. Možina, J. Appl. Phys. 102, 094904 (2007).
[CrossRef]

Greif, R.

X. Zeng, X. Mao, S. S. Mao, S.-B. Wen, R. Greif, and R. E. Russo, Appl. Phys. Lett. 88, 061502 (2006).
[CrossRef]

Gupta, P. D.

Y. B. S. R. Prasad, S. Barnwal, P. A. Naik, J. A. Chakera, R. A. Khan, and P. D. Gupta, Appl. Phys. Lett. 96, 221503(2010).
[CrossRef]

Ikeda, T.

E. A. Brujan, T. Ikeda, K. Yoshinaka, and Y. Matsumoto, Ultrason. Sonochem. 18, 59 (2011).
[CrossRef]

Ilyin, A. A.

A. A. Ilyin, I. G. Nagorny, and O. A. Bukin, Appl. Phys. Lett. 96, 171501 (2010).
[CrossRef]

Iskra, K. F.

Jang, D.

D. Kim, B. Oh, D. Jang, J.-W. Lee, and J.-M. Lee, Appl. Surf. Sci. 253, 8322 (2007).
[CrossRef]

Jones, D. L.

D. L. Jones, Phys. Fluids 11, 1664 (1968).
[CrossRef]

Kailas, S.

S. Chaurasia, P. Leshma, S. Tripathi, C. G. Murali, D. S. Munda, S. M. Sharma, and S. Kailas, BARC Newsletter 317, 13 (2010).

Kandula, M.

M. Kandula and R. Freeman, Shock Waves 18, 21 (2008).
[CrossRef]

Karpiouk, A. B.

Khan, R. A.

Y. B. S. R. Prasad, S. Barnwal, P. A. Naik, J. A. Chakera, R. A. Khan, and P. D. Gupta, Appl. Phys. Lett. 96, 221503(2010).
[CrossRef]

Kim, D.

D. Kim, B. Oh, D. Jang, J.-W. Lee, and J.-M. Lee, Appl. Surf. Sci. 253, 8322 (2007).
[CrossRef]

Kopecek, H.

Lackner, M.

Lee, J.-M.

D. Kim, B. Oh, D. Jang, J.-W. Lee, and J.-M. Lee, Appl. Surf. Sci. 253, 8322 (2007).
[CrossRef]

Lee, J.-W.

D. Kim, B. Oh, D. Jang, J.-W. Lee, and J.-M. Lee, Appl. Surf. Sci. 253, 8322 (2007).
[CrossRef]

Leshma, P.

S. Chaurasia, P. Leshma, S. Tripathi, C. G. Murali, D. S. Munda, S. M. Sharma, and S. Kailas, BARC Newsletter 317, 13 (2010).

Liu, Y.

Liu, Z.

Z. Liu, G. J. Steckman, and D. Psaltis, Appl. Phys. Lett. 80, 731 (2002).
[CrossRef]

Mao, S. S.

X. Zeng, X. Mao, S. S. Mao, S.-B. Wen, R. Greif, and R. E. Russo, Appl. Phys. Lett. 88, 061502 (2006).
[CrossRef]

Mao, X.

X. Zeng, X. Mao, S. S. Mao, S.-B. Wen, R. Greif, and R. E. Russo, Appl. Phys. Lett. 88, 061502 (2006).
[CrossRef]

Matsumoto, Y.

E. A. Brujan, T. Ikeda, K. Yoshinaka, and Y. Matsumoto, Ultrason. Sonochem. 18, 59 (2011).
[CrossRef]

Možina, J.

P. Gregorčič, R. Petkovšek, and J. Možina, J. Appl. Phys. 102, 094904 (2007).
[CrossRef]

Munda, D. S.

S. Chaurasia, P. Leshma, S. Tripathi, C. G. Murali, D. S. Munda, S. M. Sharma, and S. Kailas, BARC Newsletter 317, 13 (2010).

Murali, C. G.

S. Chaurasia, P. Leshma, S. Tripathi, C. G. Murali, D. S. Munda, S. M. Sharma, and S. Kailas, BARC Newsletter 317, 13 (2010).

Nagorny, I. G.

A. A. Ilyin, I. G. Nagorny, and O. A. Bukin, Appl. Phys. Lett. 96, 171501 (2010).
[CrossRef]

Naik, P. A.

Y. B. S. R. Prasad, S. Barnwal, P. A. Naik, J. A. Chakera, R. A. Khan, and P. D. Gupta, Appl. Phys. Lett. 96, 221503(2010).
[CrossRef]

Navarro-González, R.

H. Sobral, M. Villagrán-Muniz, R. Navarro-González, and A. C. Raga, Appl. Phys. Lett. 77, 3158 (2000).
[CrossRef]

Neger, T.

Noack, J.

Oh, B.

D. Kim, B. Oh, D. Jang, J.-W. Lee, and J.-M. Lee, Appl. Surf. Sci. 253, 8322 (2007).
[CrossRef]

Parlitz, U.

A. Vogel, S. Busch, and U. Parlitz, J. Acoust. Soc. Am. 100, 148 (1996).
[CrossRef]

Penczak, J. S.

Perhavec, T.

T. Perhavec and J. Diaci, Strojniški Vestnik—J. Mech. Eng. 56, 477 (2010).

Petkovšek, R.

P. Gregorčič, R. Petkovšek, and J. Možina, J. Appl. Phys. 102, 094904 (2007).
[CrossRef]

Prasad, Y. B. S. R.

Y. B. S. R. Prasad, S. Barnwal, P. A. Naik, J. A. Chakera, R. A. Khan, and P. D. Gupta, Appl. Phys. Lett. 96, 221503(2010).
[CrossRef]

Psaltis, D.

Z. Liu, G. J. Steckman, and D. Psaltis, Appl. Phys. Lett. 80, 731 (2002).
[CrossRef]

Raga, A. C.

H. Sobral, M. Villagrán-Muniz, R. Navarro-González, and A. C. Raga, Appl. Phys. Lett. 77, 3158 (2000).
[CrossRef]

Rüdisser, D.

Russo, R. E.

X. Zeng, X. Mao, S. S. Mao, S.-B. Wen, R. Greif, and R. E. Russo, Appl. Phys. Lett. 88, 061502 (2006).
[CrossRef]

Senesi, G. S.

R. Gaudiuso, M. Dell’Aglio, O. De Pascale, G. S. Senesi, and A. De Giacomo, Sensors 10, 7434 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

Sharma, S. M.

S. Chaurasia, P. Leshma, S. Tripathi, C. G. Murali, D. S. Munda, S. M. Sharma, and S. Kailas, BARC Newsletter 317, 13 (2010).

Singh, J. P.

J. P. Singh and S. N. Thakur, Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (Elsevier, 2007).

Sobral, H.

H. Sobral, M. Villagrán-Muniz, R. Navarro-González, and A. C. Raga, Appl. Phys. Lett. 77, 3158 (2000).
[CrossRef]

Steckman, G. J.

Z. Liu, G. J. Steckman, and D. Psaltis, Appl. Phys. Lett. 80, 731 (2002).
[CrossRef]

Thakur, S. N.

J. P. Singh and S. N. Thakur, Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (Elsevier, 2007).

Tripathi, S.

S. Chaurasia, P. Leshma, S. Tripathi, C. G. Murali, D. S. Munda, S. M. Sharma, and S. Kailas, BARC Newsletter 317, 13 (2010).

Villagrán-Muniz, M.

H. Sobral, M. Villagrán-Muniz, R. Navarro-González, and A. C. Raga, Appl. Phys. Lett. 77, 3158 (2000).
[CrossRef]

Vogel, A.

Wen, S.-B.

X. Zeng, X. Mao, S. S. Mao, S.-B. Wen, R. Greif, and R. E. Russo, Appl. Phys. Lett. 88, 061502 (2006).
[CrossRef]

Winter, F.

Wintner, E.

Yoshinaka, K.

E. A. Brujan, T. Ikeda, K. Yoshinaka, and Y. Matsumoto, Ultrason. Sonochem. 18, 59 (2011).
[CrossRef]

Zeng, X.

X. Zeng, X. Mao, S. S. Mao, S.-B. Wen, R. Greif, and R. E. Russo, Appl. Phys. Lett. 88, 061502 (2006).
[CrossRef]

Appl. Opt. (1)

Appl. Phys. Lett. (5)

X. Zeng, X. Mao, S. S. Mao, S.-B. Wen, R. Greif, and R. E. Russo, Appl. Phys. Lett. 88, 061502 (2006).
[CrossRef]

Z. Liu, G. J. Steckman, and D. Psaltis, Appl. Phys. Lett. 80, 731 (2002).
[CrossRef]

H. Sobral, M. Villagrán-Muniz, R. Navarro-González, and A. C. Raga, Appl. Phys. Lett. 77, 3158 (2000).
[CrossRef]

A. A. Ilyin, I. G. Nagorny, and O. A. Bukin, Appl. Phys. Lett. 96, 171501 (2010).
[CrossRef]

Y. B. S. R. Prasad, S. Barnwal, P. A. Naik, J. A. Chakera, R. A. Khan, and P. D. Gupta, Appl. Phys. Lett. 96, 221503(2010).
[CrossRef]

Appl. Surf. Sci. (1)

D. Kim, B. Oh, D. Jang, J.-W. Lee, and J.-M. Lee, Appl. Surf. Sci. 253, 8322 (2007).
[CrossRef]

BARC Newsletter (1)

S. Chaurasia, P. Leshma, S. Tripathi, C. G. Murali, D. S. Munda, S. M. Sharma, and S. Kailas, BARC Newsletter 317, 13 (2010).

J. Acoust. Soc. Am. (1)

A. Vogel, S. Busch, and U. Parlitz, J. Acoust. Soc. Am. 100, 148 (1996).
[CrossRef]

J. Appl. Phys. (1)

P. Gregorčič, R. Petkovšek, and J. Možina, J. Appl. Phys. 102, 094904 (2007).
[CrossRef]

Opt. Express (1)

Opt. Lett. (3)

Phys. Fluids (1)

D. L. Jones, Phys. Fluids 11, 1664 (1968).
[CrossRef]

Phys. Med. Biol. (1)

A. Vogel, Phys. Med. Biol. 42, 895 (1997).
[CrossRef] [PubMed]

Proc. SPIE (1)

G. E. Busch and G. Charatis, Proc. SPIE 348, 650 (1982).

Sensors (1)

R. Gaudiuso, M. Dell’Aglio, O. De Pascale, G. S. Senesi, and A. De Giacomo, Sensors 10, 7434 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

Shock Waves (1)

M. Kandula and R. Freeman, Shock Waves 18, 21 (2008).
[CrossRef]

Strojniški Vestnik—J. Mech. Eng. (1)

T. Perhavec and J. Diaci, Strojniški Vestnik—J. Mech. Eng. 56, 477 (2010).

Ultrason. Sonochem. (1)

E. A. Brujan, T. Ikeda, K. Yoshinaka, and Y. Matsumoto, Ultrason. Sonochem. 18, 59 (2011).
[CrossRef]

Other (1)

J. P. Singh and S. N. Thakur, Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (Elsevier, 2007).

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (3)

Fig. 1
Fig. 1

Experimental setup of the high-speed, two-frame shadowgraphy.

Fig. 2
Fig. 2

Typical pairs of images captured during the independent breakdown events (at different times, t 1 ) and with different delays, Δ t . The excitation-laser beam is entering from the top. The scale is shown with the black bar.

Fig. 3
Fig. 3

Axial velocity of the plasma and shock-wave evolution toward the excitation-laser radiation as a function of time t after the breakdown initiation. The solid curve shows the fit of the theoretical model for the spherical blast wave.

Equations (1)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

( v , t ) = ( d 2 d 1 Δ t κ , t 1 + t 2 2 ) ,

Metrics