ГЛАВА З ПОРОГИ ПЛАЗМОБРАЗОВАНИЯ ВБЛИЗИ ОПТИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ И ВЛИЯНИЕ ПЛАЗМЫ ВОЗДУХА НА ПРОХОЖДЕНИЕ ЛАЗЕРНОГО ИМПУЛЬСА ЧЕРЕЗ ОПТИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ. МОРФОЛОГИЯ ВОЗНИКАЮЩИХ ПОВРЕЖДЕНИЙ

В этом разделе сообщается о результатах экспериментов по исследованию порогов повреждения 11 видов оптических кристаллов в луче импульсного CO₂- лазера при плотности мощности 10⁶÷2? IO⁷Вт/см² и площади зоны воздействия около 1 см², то есть в условиях, моделирующих реальный режим эксплуатации элементов лазерной оптики.

Данный эксперимент выполнен с целью выяснения практических границ применимости перспективных кристаллов для изготовления прозрачной силовой оптики мощных импульсных CO₂- лазеров, то есть определения порога оптической стойкости реальных кристаллов. Повреждения, возникающие при меньших значениях интенсивности излучения, но не оказывающие существенного влияния на работоспособность оптического элемента, ниже будем называть допороговыми.

Также приведены результаты экспериментального исследования процесса прохождения импульса мощного CO₂- лазера через 13 видов оптических монокристаллов в диапазоне интенсивностей - 2? 10⁶÷4? IO⁸Вт/см². Проведение данного эксперимента обусловлено необходимостью выявления особенностей прохождения лазерного излучения через оптические элементы в условиях плазмообразования вблизи их поверхности - в сверхпороговом режиме воздействия. Помимо этого рассмотрена морфология возникших повреждений и проанализировано их влияние на работоспособность оптического элемента. Полученные данные важны для понимания функционирования оптики мощного лазера, работающего в области его предельных энергетических характеристик.

Эти результаты нами опубликованы в работах [Al, A2, A12, A16, А25-А27, А34].

В главе 1 показано, что наиболее часто используемые для изготовления лазерной оптики кристаллы, прозрачные в диапазоне 9-11 мкм, можно по физико-химическим свойствам разделить на три основные группы:

1) хрупкие ионные кристаллы;

2) пластичные ионные кристаллы;

3) полупроводниковые кристаллы.

В этом разделе работы сообщается о результатах исследования порогов оптической стойкости наиболее перспективных представителей всех трёх групп, причём большая часть этих кристаллов уже применяется в приборах ИК - оптики и выпускается промышленностью:

1) NaCl, KCl, KBr, RbI;

2) CsI, AgCl, КРС-5, КРС-6;

3) Ge, GaAs, ZnSe.

В экспериментах по исследованию прохождения излучения в условиях плазмообразования использовались также фторид бария - BaF₂и сульфид цинка - ZnS.

Проведение данного эксперимента обусловлено необходимостью выявления особенностей прохождения лазерного излучения через оптические элементы в условиях плазмообразования вблизи их поверхности - в сверхпороговом режиме воздействия.

Измерения параметров лазерного излучения проводились по классической двулучевой схеме: регистрировались мощность воздействующего импульса генерации и мощность импульса излучения, прошедшего через образец. Фиксировалось также время отсечки - τ_oτc, под которым понимается время прозрачности оптического элемента, то есть диапазон от момента начала генерации до момента, когда максимальная интенсивность излучения, прошедшего через образец, снижалась на порядок.

Пороги оптической стойкости исследовались во многих работах (см. главу 1). Известен способ измерений порога оптической стойкости (ПОС) и механизма повреждения прозрачных материалов, который базируется на сравнительном анализе амплитуды и формы прошедшего через образец импульса воздействующего излучения относительно исходного импульса генерации [182]. Для реализации этого метода излучение одномодового, одночастотного лазера относительно малой мощности (во избежание самофокусировки) собирается короткофокусной линзой в объём или на поверхность исследуемого образца. Таким образом реализуется режим исследования

ПОС идеального материала. За значение ПОС в работе [182] принимали амплитудное значение плотности мощности прошедшего через образец импульса при заведомо большей плотности мощности воздействующего. Метод обладает высокой точностью и воспроизводимостью результатов и весьма удобен для проведения технологических экспериментов, например, для отработки оптимальной технологии выращивания оптических монокристаллов [196].

Методика, использовавшаяся нами в данном разделе работы, отличается от предложенной в [182] тем, что применялся существенно более мощный лазер, излучение которого собиралось на образец длиннофокусной линзой в пятно размером ~ 3?4 мм². Сам образец располагался в каустике линзы, то есть в момент прохождения излучения через образец, расходимостью луча света можно практически пренебречь. Таким образом, моделировались условия прохождения через оптический элемент реального лазерного луча высокой интенсивности. Порог самофокусировки в этом случае не превышался.