Laser plasma plumes were generated in aluminum rectangular cavities of fixed depth (6 mm) and varying height (2.0, 1.5, and 1.0 mm). Space and time resolved visible emission spectroscopy, gated intensified visible imaging, and Langmuir probe diagnostics were utilized to diagnose the evolution of the confined plasma plumes in comparison to freely expanding plasma plume generated from ablation of a planar target. The constrained plasma behavior displayed a multiphase history. Early stage interactions (t<100ns) resulted in enhanced continuum and line emission, shockwave formation and plasma plume rebound. Later phase, long duration plasma-surface interactions (t>160ns) resulted in sustained “decay,” i.e., a rapid termination of continuum emission, in concert with decreases in peak electron density (Ne) and plasma temperature (T). This later phase originates from loss mechanisms which bleed the plasma plume of thermal energy and charged particles. These loss mechanisms increase in magnitude as the duration of the plasma-surface interaction increases. The transition from enhancement phase, originating from hydrodynamic containment, and plasma-surface collisions, to decay phase is described and occurs for each cavity at a different point in the space time history.

1.
J. A.
McKay
,
R. D.
Bleach
,
D. J.
Nagel
,
J. T.
Schriempf
,
R. B.
Hall
,
C. R.
Pond
, and
S. K.
Manlief
,
J. Appl. Phys.
50
,
3231
(
1979
).
2.
L.
Balazs
,
R.
Gijbels
, and
A.
Vertes
,
Anal. Chem.
63
,
314
(
1991
).
3.
P.
Clarke
,
P. E.
Dyer
,
P. H.
Key
, and
H. V.
Snelling
,
Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process.
69
,
S117
(
1999
).
4.
A. M.-É.
Saar
,
A. K.
Ausmeés
,
V. T.
Mikhel’soo
, and
M. A.
Élango
.
Sov. J. Quantum Electron.
19
,
533
(
1989
).
5.
A. N.
Kirkin
,
A. M.
Leontovich
,
A. M.
Mozharovskiĭ
, and
E. N.
Ragozin
,
Sov. J. Quantum Electron.
9
,
1322
(
1979
).
6.
B. C.
Boland
,
F. E.
Irons
, and
R. W. P.
Whirter
,
J. Phys. B
1
,
1180
(
1968
).
7.
N. M.
Shaikh
,
S.
Hafeez
,
B.
Rashid
, and
M. A.
Baig
,
Eur. Phys. J. D
44
,
371
(
2007
).
8.
K. L.
Eland
,
D. N.
Stratis
,
D. M.
Gold
,
S. R.
Goode
, and
S. M.
Angel
,
Appl. Spectrosc.
55
,
286
(
2001
).
9.
L. X.
Mao
,
M. A.
Shannon
,
A. J.
Fernandez
, and
R. E.
Russo
,
Appl. Spectrosc.
49
,
1054
(
1995
).
10.
T.
Ando
,
S.
Fujioka
,
H.
Nishimura
,
N.
Ueda
,
Y.
Yasuda
,
K.
Nagai
,
T.
Norimatsu
,
M.
Murakami
,
K.
Nishihara
,
N.
Miyanaga
,
Y.
Izawa
, and
K.
Mima
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
151501
(
2006
).
11.
B.
Le Drogoff
,
M.
Chaker
,
J.
Margot
,
M.
Sabsabi
,
O.
Barthélemy
,
T. W.
Johnston
,
S.
Laville
, and
F.
Vidal
,
Appl. Spectrosc.
58
,
122
(
2004
).
12.
M. A.
Khater
,
J. T.
Costello
, and
E. T.
Kennedy
,
Appl. Spectrosc.
56
,
970
(
2002
).
13.
D.
Cleveland
,
P.
Stchur
,
X.
Hou
,
K. X.
Yang
,
J. M.
Zhou
, and
G.
Robert
,
Appl. Spectrosc.
59
,
1427
(
2005
).
14.
A. P.
McKiernan
and
J. -P.
Mosnier
,
Appl. Surf. Sci.
197–198
,
325
(
2002
).
15.
A. P.
Shevelko
,
L. A.
Shmaenok
,
S. S.
Churilov
,
R. K. F. J.
Bastiaensen
, and
F.
Bijkerk
,
Phys. Scr.
57
,
276
(
1998
).
16.
M. A.
Liberman
and
A. L.
Velikovich
,
Phys. Fluids B
1
,
1271
(
1989
).
17.
H. S.
Kim
and
A. S.
Kwok
,
Appl. Phys. Lett.
61
,
2234
(
1992
).
18.
D.
Geohegan
,
Appl. Phys. Lett.
60
,
2732
(
1992
).
19.
H. P.
Gu
,
Q. H.
Lou
,
N. H.
Cheung
,
S. C.
Chen
,
Z. Y.
Wang
, and
P. K.
Lin
,
Appl. Phys. B: Lasers Opt.
58
,
143
(
1994
).
20.
S.
Amoruso
,
Appl. Surf. Sci.
138–139
,
292
(
1999
).
21.
B.
Angleraud
,
F.
Garrelie
,
F.
Tétard
, and
A.
Catherinot
,
Appl. Surf. Sci.
138–139
,
507
(
1999
).
22.
M. M.
Murnane
,
H. C.
Kapten
,
S. P.
Gordon
, and
R. W.
Falcone
,
Appl. Phys. B: Lasers Opt.
58
,
261
(
1994
).
23.
S. P.
Gordon
,
T.
Donnelly
,
A.
Sulivan
,
H.
Hamster
, and
R. W.
Falcone
,
Opt. Lett.
19
,
484
(
1994
).
24.
T.
Nishikawa
,
H.
Nakano
,
N.
Uesugi
, and
T.
Serikawa
,
Appl. Phys. Lett.
70
,
1653
(
1997
).
25.
T.
Nishikawa
,
H.
Nakano
,
N.
Uesugi
, and
T.
Serikawa
,
Appl. Phys. B: Lasers Opt.
66
,
567
(
1998
).
26.
T.
Nishikawa
,
H.
Nakano
, and
N.
Uesugi
,
Appl. Phys. Lett.
75
,
4079
(
1999
).
27.
Y.
Hironaka
,
Y.
Fujimoto
,
K.
Nakamura
,
K.
Kondo
, and
M.
Yoshida
,
Appl. Phys. Lett.
74
,
1645
(
1999
).
28.
R. V.
Volkov
,
D. M.
Golishnikov
,
V. M.
Gordienko
,
P. M.
Mikheev
,
A. B.
Savel’ev
,
V. D.
Sevast’yanov
,
V. S.
Chernysh
, and
O. V.
Chutko
,
JETP Lett.
72
,
401
(
2000
).
29.
P. P.
Rajeev
,
S.
Banerjee
,
A. S.
Sandhu
,
R. C.
Issac
,
L. C.
Tribedi
, and
G. R.
Kumar
,
Phys. Rev. A
65
,
052903
(
2002
).
30.
V.
Sizyuk
,
A.
Hassanein
, and
T.
Sizyuk
,
Laser Part. Beams
25
,
143
(
2007
).
31.
Q.
Gu
,
K.
Nagai
,
T.
Norimatsu
,
S.
Fujioka
,
H.
Nishimura
,
K.
Nishihara
,
N.
Miyanaga
, and
Y.
Izawa
,
Chem. Mater.
17
,
1115
(
2005
).
32.
K.
Nishihara
,
Annual Progress Report 2004
(
ILE, Osaka University Press
,
Osaka, Japan
,
2005
), pp.
3
4
.
33.
M. S.
Tillack
,
K. L.
Sequoia
, and
Y.
Tao
,
J. Phys.: Conf. Ser.
112
,
042060
(
2008
).
34.
R.
Kodama
and
T.
Mochizuki
,
Opt. Lett.
12
,
990
(
1987
).
35.
L.
Beigman
,
P. Y.
Pirogovskiy
,
L. P.
Presnyakov
,
A. P.
Shevelko
, and
D. B.
Uskov
,
J. Phys. B
22
,
2493
(
1989
).
36.
P. Y.
Pirogovskiy
and
A. P.
Shevelko
,
Short Commun. Phys. P N Levedev Inst.
4
,
45
(
1988
).
37.
M. A.
Mazing
,
P. Ya.
Pirogovskiy
,
A. P.
Shevelko
, and
L. P.
Presenyakov
,
Phys. Rev. A
32
,
3695
(
1985
).
38.
S.
Miyamoto
,
S.
Amano
,
T.
Inoue
,
P. -E.
Nica
,
A.
Shimoura
,
K.
Kaku
,
T.
Sekioka
, and
T.
Mochizuki
,
Proc. SPIE
6151
,
61513S
(
2006
).
39.
A.
Nagano
,
T.
Inoue
,
P. -E.
Nica
,
S.
Amano
,
S.
Miyamoto
, and
T.
Mochizuki
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
151502
(
2007
).
40.
J. E.
Balmer
and
R
Weber
,
Laser Part. Beams
8
,
327
(
1990
).
41.
P.
Yeates
and
E. T.
Kennedy
,
Phys. Plasmas
17
,
093104
(
2010
).
42.
M. F.
Baclayon
,
C. A.
Alonzo
, and
W. O.
Garcia
,
Science Diliman
15
,
27
(
2003
).
43.
A.
Santagata
,
V.
Marotta
,
S.
Orlando
,
R.
Teghil
,
M.
Zaccagnino
, and
A.
Giardini
,
Appl. Surf. Sci.
208–209
,
101
(
2003
).
44.
F.
Colao
,
V.
Lazic
,
R.
Fantoni
, and
S.
Pershin
,
Spectrochim. Acta, Part B
57
,
1167
(
2002
).
45.
E.
Pérez-Tijerina
,
J.
Bohigas
, and
R.
Machorro
,
J. Appl. Phys.
90
,
3192
(
2001
).
46.
C.
Colón
,
G.
Hatem
,
E.
Verdugo
,
P.
Rulz
, and
J.
Campos
,
J. Appl. Phys.
73
,
4752
(
1993
).
47.
J. T.
Knudtson
,
W. B.
Green
, and
D. G.
Sutton
,
J. Appl. Phys.
61
,
4771
(
1987
).
48.
E. V.
Sarandaev
and
M. H.
Salakhov
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf.
56
,
399
(
1996
).
49.
F. J.
Gordillo-Vázquez
,
A.
Perea
,
J. A.
Chaos
,
J.
Gonzalo
, and
C. N.
Afonso
,
Appl. Phys. Lett.
78
,
7
(
2001
).
50.
J.
Kim
and
D. -E.
Kim
,
Appl. Surf. Sci.
197–198
,
188
(
2002
).
51.
J. C.
Kieffer
,
J. P.
Matte
,
M.
Chaker
,
Y.
Beaudoin
,
C. Y.
Chien
,
S.
Coe
,
G.
Mourou
,
J.
Dubau
, and
M. K.
Ina
,
Phys. Rev. E
48
,
4648
(
1993
).
52.
T.
Kawachi
,
K.
Murai
,
G.
Yuan
,
S.
Ninomiya
,
R.
Kodama
,
H.
Daido
,
Y.
Kato
, and
T.
Fujimoto
,
Phys. Rev. Lett.
75
,
3826
(
1995
).
53.
T.
Atwee
,
S. S.
Harilal
, and
H. -J.
Kunze
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
34
,
1213
(
2001
).
54.
M. S.
Dimitrijevic
,
Z.
Dujric
, and
A. A.
Mihajlov
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
27
,
247
(
1994
).
56.
J. D.
Swift
and
M. J. R.
Schwar
,
Electrical Probes for Plasma Diagnostics
(
Lliffe
,
London, United Kingdom
,
1970
).
57.
I.
Weaver
,
G. W.
Martin
,
W. G.
Graham
,
T.
Morrow
, and
C. L. S.
Lewis
,
Rev. Sci. Instrum.
70
,
1801
(
1999
).
58.
G.
Ding
,
J. E.
Scharer
, and
K.
Kelly
,
J. Appl. Phys.
84
,
1236
(
1998
).
59.
J. M.
Hendron
,
C. M. O.
Mahony
,
T.
Morrow
, and
W. G.
Graham
,
J. Appl. Phys.
81
,
2131
(
1997
).
60.
J.
Wild
,
P.
Kudrna
,
T.
Gronych
,
J.
Broz
,
Z.
Zelinger
,
P.
Kubat
, and
S.
Civis
,
Rev. Sci. Instrum.
72
,
1597
(
2001
).
61.
B.
Thestrup
,
B.
Toftmann
,
J.
Schou
,
B.
Doggott
, and
J. G.
Lunney
,
Appl. Surf. Sci.
197–198
,
175
(
2002
).
62.
O. A.
Novodvorsky
,
C.
Wenzel
,
J. W.
Bartha
,
O. D.
Khramova
, and
E. O.
Filippova
,
Opt. Lasers Eng.
36
,
303
(
2001
).
63.
V. A.
Mikhailov
,
F. N.
Putilin
, and
D. N.
Trubnikov
,
Appl. Surf. Sci.
109–110
,
591
(
1997
).
64.
R. K.
Singh
and
J.
Narayan
,
Phys. Rev. B
41
,
8843
(
1990
).
65.
T.
Nishikawa
,
H.
Nakano
,
K.
Oguri
, and
N.
Uesugi
,
J. Appl. Phys.
96
,
7537
(
2004
).
66.
T.
Nishikawa
,
H.
Nakano
, and
N.
Uesugi
,
Inst. Phys. Conf. Ser.
159
,
539
(
1998
).
67.
Y.
Ueno
,
G.
Soumagne
,
A.
Sumitani
,
A.
Endo
, and
T.
Higashiguch
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
231501
(
2007
).
68.
X.
Zeng
,
S. S.
Mao
,
C.
Liu
,
X.
Mao
,
R.
Greif
, and
R. E.
Russo
,
Spectrochim. Acta, Part B
58
,
867
(
2003
).
69.
H. C.
Liu
,
X. L.
Mao
,
J. H.
Yoo
, and
R. E.
Russo
,
Spectrochim. Acta, Part B
54
,
1607
(
1999
).
70.
M. A.
Shannon
,
Appl. Surf. Sci.
127-129
,
127
(
1998
).
71.
S. H.
Jeong
,
R.
Greif
, and
R. E.
Russo
,
J. Appl. Phys.
80
,
1996
(
1996
).
72.
J. F.
Gibbons
,
W. S.
Johnson
, and
S. W.
Mylroie
,
Projected Range Statistics
(
Dowden, Hutchinson and Ross
,
Stroudsburg, Pennsylvania
,
1976
).
73.
X. K.
Shen
,
J.
Sun
,
H.
Ling
, and
Y. F.
Lu
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
081501
(
2007
).
You do not currently have access to this content.