Статистика распределения полостей по размерам в зависимости от условий лазерного воздействия

В данном разделе работы приведены статистически обработанные результаты измерений размеров и концентрации «лазерных» полостей, созданных в образцах монокристаллов NaCl, KCl, KBr и RbI.

Вот эти режимы:

1) оптический пробой воздуха перед поверхностью образца отсутствовал;

2) оптический пробой воздуха наблюдался только вблизи выходной грани образца;

3) оптический пробой воздуха происходил перед входной гранью образца (в этом случае несущественно наличие или отсутствие плазменного образования вблизи выходной поверхности).

Таблица 5.2 - Параметры полостей, возникших в ЩГК после прохождения

лазерного импульса

При использовавшихся методах измерения параметров полостей (в слое

толщиной 2 мм около входной грани образца) эти величины для первого и второго режимов воздействия оказались весьма близки между собой, и поэтому мы сочли возможным при дальнейшем рассмотрении объединить их. Экспериментальные данные о параметрах полученных полостей мы сопоставили со значением величины энергии кристаллической решётки исследовавшихся ЩГК [274].

Энергия кристаллической решётки - ξ, макроскопический параметр, являющийся мерой сил, действующих между ионами решётки, и характеризующий устойчивость монокристалла к внешнему воздействию [194].

В таблице 5.2 величина ξ сопоставлена с измеренными нами параметрами полостей: средняя концентрация пор в образце - p_cp, средний размер - d_cp, максимальный размер - d_max, масса вещества, вынесенного из полости, - ш_ср и rn_max(эти значения, рассчитаны в приближении сферической полости). Приведённые данные сопоставлены для первого + второго и третьего режимов воздействия. Видно, что свойства «лазерных» полостей заметно изменялись в случае возникновения плазменного образования вблизи входной грани.

Рассмотрим режим воздействия излучения, при котором не возникало плазменное образование перед входной гранью образца. Типичная гистограмма распределения полостей по размерам в монокристаллах хлорида калия приведена на рисунке 5.1. Сходные гистограммы получены и для остальных ЩГК, однако, значения среднего размера пор d_cpдля них заметно различались. На рисунке 5.6 показана зависимость рассчитанного в сферическом приближении среднего значения массы материала, вынесенного из полости, от энергии кристаллической решётки. Компьютерный расчёт по методу наименьших квадратов показал, с вероятностью 0,98, что эта зависимость удовлетворяет уравнению (5.1)

Значения величин d_cpдля образцов монокристаллов NaCl, KCl и KBr точно соответствуют найденной зависимости (5.1), а экспериментальное значение размеров полостей в RbI несколько выше, чем рассчитанное по уравнению (5.1) значение. Однако, концентрация полостей в NaCl, KCl и KBr в этом случае была сходной и составляла ~ 3 ? IO⁴см'³, а в RbI средняя концентрация пор была несколько ниже ~ 6? IO³см'³.

Обнаружено, что при использовавшихся в работе параметрах лазерного импульса,

для каждого исследованного нами ЩГК существует характерная величина: d_max- максимальный размер пор, возникающих в данном монокристалле в результате воздействия.

Рисунок 5.6 - Зависимость среднего значения массы материала, вынесенного из полости, от энергии кристаллической решетки

Если перед входной гранью образца происходил оптический пробой воздуха (третий режим), то параметры полостей кардинально изменялись. Гистограмма распределения полостей по размерам для этого случая приведена на рисунке 5.16. Средний размер полостей при этом режиме воздействия был практически одинаков во всех четырёх исследовавшихся ЩГК. Концентрация полостей в KCl и NaCl не

изменилась по сравнению с первым режимом, а в KBr и RbI возросла вдвое. Следует подчеркнуть, что наличие или отсутствие плазменного образования вблизи выходной грани образца в данном случае практически не сказывалось на параметрах возникающих вблизи входной грани полостей.

Рисунок 5.7 - Распределение концентрации полостей по толщине монокристалла

Рисунок 5.8 - Распределение числа полостей в поле зрения микроскопа по толщине в монокристалле KCl (площадь поля зрения - 4,65 ? ∙ IO ³см²)

Рассмотрим отдельно второй режим воздействия, который ВО МНОГОМ СХОЖ C первым. Нами было обнаружено, что распределение полостей по толщине образца, которое при первом и третьем режимах воздействия было хаотическим, при наличии плазменного образования только вблизи выходной грани в части образцов становилось упорядоченным и приобретало явную тенденцию к росту концентрации полостей в процессе прохождения излучения через образец, от входной грани до выходной. На рисунках 5.7 и 5.8 приведены гистограммы распределения полостей по толщине образца для этого случая, измеренные на монокристаллах KCl. При этом режиме воздействия исследованные образцы заметно делятся на две подгруппы. В образцах с концентрацией полостей, превышающей величину IO⁴см'³, поры, как и при других режимах воздействия, распределены хаотически (рисунок 5.8а). Однако в образцах с величиной р < IO⁴см'³, как это видно на гистограмме (рисунок 5.86), концентрация полостей вблизи выходной грани образца примерно на порядок превышает соответствующее значение около входной поверхности.