Экспериментальное изучение стойкости охлаждаемой оптики из ПА

Эксперименты проводились, как правило, при временах экспозиции (до 10 с, а в некоторых случаях, и более), то есть условия теплообмена в водоохлаждаемой пластине ПА были близки к стационарным.

Методика эксперимента отрабатывалась на неохлаждаемой пластине из стекла K- 8. Её внешний вид после оптического пробоя в результате воздействия излучением 7 кВт (τ = 1 с) показан на рисунке 7.15.

Лучевую нагрузку на образце варьировали путём изменения времени экспозиции и выходной мощности лазера, последовательно увеличивая нагрузку. Примеры распределения интенсивности прошедшего излучения без образца, а также для алмазного и стеклянного диска, при мощности 5 кВт приведены на рисунке 7.17. Условия и результаты проведённых экспериментов приведены в таблицах 7.3 и 7.4.

Рисунок 7.16 - Полированная пластина К-8,

030 мм после воздействия излучением 7 кВт, 0 пятна 0,33 мм, 1 сек

Рисунок 7.17 - Зеркало на пластине ПА (025 мм; λ=l,06 мкм; R~99,5%), разрушенное излучением 7 кВт. Плотность мощности - 8,2 МВт/см²

Водоохлаждаемый алмазный диск (окно №1) выдержал лучевую нагрузку 10 кВт в течение τ=lc (при плотности мощности 11,7 МВт/см²). Заметных изменений в качестве прошедшего излучения не зафиксировано (рисунок 7.18 в), тогда как пластина из стекла К8 уже при мощности 5 кВт вносила заметное искажение в профиль прошедшего луча (рисунок 7.18 б). Отметим, что при исследовании окон из ПА для CO₂- лазера в работе [398] они выдерживали излучение с плотностью мощности 1,7 - 10,5 МВт/см².

Диэлектрическое 25-слойное интерференционное неохлаждаемое зеркало на подложке из ПА (рисунок 7.17) разрушилось через 1 с при воздействии излучения мощностью 7,0 кВт (плотность мощности - 8,2 МВт/см²).

Рисунок 7.18 - Распределение интенсивности лазерного излучения (5 кВт, 5с): А - без образца; Б - прошедшего через стекло К-8, В - через алмаз

Таблица 7.3 Результаты эксперимента по воздействию лазерного излучения (диаметр пятна 0,33 мм)

Были проведены ещё 3 серии экспериментальных пусков, отличавшихся диаметром лазерного луча на алмазном окне. В первом случае он составлял 0,4 мм и во втором, соответственно 4 мм. Мощность лазерного луча на исследуемом образце в каждом пуске обеих серий последовательно повышалась от 1 до 9 кВт. В третьей серии диаметр пятна составлял 8 мм. Результаты этого эксперимента приведены в разделе 7.4.

Таблица 7.4 Результаты эксперимента с охлаждаемым диском ПА при диаметрах пятна 0,4 и 4 мм

В таблице 7.4 приведены измеренные значения мощности лазерного луча на поверхности алмаза, длительность экспозиции, значение разницы температур воды на входе в оправу и на выходе из неё, а также рассчитанные по формулам (7.1) и (7.2) значения мощности выделившегося в ПА тепла, коэффициента поглощения и максимальной температуры в центре алмазной пластины.

7.3.4