論文の概要: Photoacoustic model for laser-induced acoustic desorption of nanoparticles

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.16403v1
• Date: Thu, 18 Dec 2025 11:01:48 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-19 18:10:32.021237
• Title: Photoacoustic model for laser-induced acoustic desorption of nanoparticles
• Title（参考訳）: レーザー誘起ナノ粒子の音響脱離のための光音響モデル
• Authors: Matthew Edmonds, James Bateman,
• Abstract要約: レーザー誘起音響脱離(LIAD)により、真空下で光トラップにナノ粒子を積み込むことができる。 現在のLIADシステムは、体系的な設計ではなく、利用可能な実験用レーザーを用いた経験的最適化に依存している。 金属基板における音響波の発生と伝搬をモデル化するための光音響波方程式を用いた理論的枠組みを開発する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Laser-induced acoustic desorption (LIAD) enables loading nanoparticles into optical traps under vacuum for levitated optomechanics experiments. Current LIAD systems rely on empirical optimization using available laboratory lasers rather than systematic theoretical design, resulting in large systems incompatible with portable or space-based applications. We develop a theoretical framework using the photoacoustic wave equation to model acoustic wave generation and propagation in metal substrates, enabling systematic optimization of laser parameters. The model identifies key scaling relationships: surface acceleration scales as $τ^{-2}$ with pulse duration, while acoustic diffraction sets fundamental limits on optimal spot size $w \gtrsim \sqrt{vτd}$. Material figures of merit combine thermal expansion and optical absorption properties, suggesting alternatives to traditional aluminum substrates. The framework validates well against experimental data and demonstrates that compact laser systems with sub-nanosecond pulse durations can achieve performance competitive with existing laboratory-scale implementations despite orders-of-magnitude lower pulse energies. This enables rational design of minimal LIAD systems for practical applications.
• Abstract（参考訳）: レーザー誘起音響脱離(LIAD)により、真空下で光トラップにナノ粒子を積み込むことができる。 現在のLIADシステムは、理論設計ではなく実験用レーザーを用いた実験的な最適化に頼っているため、大きなシステムは可搬性や宇宙ベースのアプリケーションと互換性がない。 本研究では,光音響波動方程式を用いて金属基板の音響波の発生と伝搬をモデル化し,レーザパラメータの体系的最適化を実現する理論的枠組みを開発する。 表面加速度はパルス長で$τ^{-2}$、音響回折は最適なスポットサイズで$w \gtrsim \sqrt{vτd}$となる。 材料には熱膨張と光吸収特性が組み合わさり、従来のアルミニウム基板の代替となることを示唆している。 このフレームワークは実験データに対して良好に検証し、低パルスエネルギーのオーダーにもかかわらず、ナノ秒以下のパルス持続時間を持つ小型レーザーシステムが既存の実験室規模の実装と競合する性能を発揮することを示した。 これにより、実用用途の最小限のLIADシステムを合理的に設計できる。

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