Возможность аномально высокого поглощения излучения образцом

В ИК - области спектра металлы обычно отражают большую часть падающего излучения (так, чистая полированная поверхность меди, как показано выше, отражает на длине волны 10,6 мкм ~ 98,5%).

Рисунок 6.11- Модель взаимодействия лазерного луча с шероховатой поверхностью металла. Периодическая структура, приводящая к резонансному преобразованию падающего излучения в ПЭВ, покрывает всю поверхность мишени. Излучение поляризовано в плоскости падения xz, направление штрихов решетки - вдоль оси у. Лазерный луч на поверхности имеет прямоугольную форму с размерами Xo?yo [382]

В работах [382, 385-388] предложена модель резонансного поглощения лазерного излучения поверхностью металла, на которой присутствуют периодические структуры (ПС), (рисунок 6.11). Это происходит благодаря интерференции падающего луча с

220 возбуждаемой им поверхностной электромагнитной волной (ПЭВ) в случае, когда рельеф поверхности благоприятствует этому процессу.

Показано, что при дифракции света на синусоидальных решетках с периодом порядка длины волны λ возможно проявление эффекта полного подавления зеркального отражения (ППЗО). Для этого необходимо, чтобы при фиксированном угле падения лазерного луча глубина рельефа поверхности и длина волны излучения были связаны некоторым оптимальным соотношением. Причем, если глубина рельефа поверхности близка к оптимальной, то в зависимости коэффициента зеркального отражения от параметров рельефа наблюдается один провал. Наличие провала обусловлено взаимодействием излучения с резонансно возбуждаемыми поверхностными электромагнитными волнами.

Световой луч с поляризацией в плоскости падения направляется под углом θ из среды с диэлектрической проницаемостью ε₀ = 1 (воздух) на шероховатую поверхность, которую можно представить в виде дифракционной решетки с одним периодом dи профилем z = h sin gx. В нашем случае угол 0 = 0. Металл имеет диэлектрическую проницаемость ε = ε = (п + Im)²(пит- оптические константы). Здесь h - амплитуда глубины решетки, независящая от координаты х, g=2π∕d - обратный вектор решетки, к = 2π∕λ - волновой вектор излучения. Величина периода dявляется резонансной для возбуждения ПЭВ падающим излучением.

В работе [382] получены выражения (6.2 - 6.4), определяющие зависимость поглощательной способности А, обусловленной диссипацией ПЭВ, как от глубины решетки h, так и от размеров облучаемого пятна х₀ и мишени x₁. Для упрощения расчетов размер мишени x₁предполагается достаточно большим, что, собственно, и имело место в нашем случае. Тогда зависимостью А от x₁можно пренебречь, то есть, наблюдается предельный случай, когда облучённая зона больше длины пробега ПЭВ по решетке (x₀>>1/а)

221

где:- это оптимальная глубина решетки, при которой в случае больших размеров

пятна достигается практически полное поглощение падающего излучения

A₀- поглощательная способность плоской металлической поверхности при θ=0^oбез учёта влияния периодической структуры.

Подставляя в приведённые уравнения справочные данные по оптическим константам пит [387], рассчитаны, представленные в таблице 6.1, параметры решетки для медного образца при использованных в работе размерах образца и облучённой зоны.

Таблица 6.1 — Параметры A₀, α_t∣, L, h₀и h*,рассчитанные для меди

Таким образом, оптимальная высота решетки для резонансного поглощения лазерного излучения составляет 10,3 нм.

На рисунке 6.9 видно, что шероховатость поверхности образца БрХ составляет ~ 360 нм, что значительно выше рассчитанной ранее высоты решётки, необходимой для 100% резонансного поглощения. Но если рассмотреть возможность 50% поглощения излучения, то высота необходимой для этого решетки составит примерно 40 нм. Участки с такой высотой присутствуют на поверхности образца (рисунок 6.10). Данный факт позволяет предположить, что в проведённом нами в эксперименте мог наблюдаться эффект резонансного поглощения излучения.

Эти данные позволяют оценить величину максимально возможной эффективности лазерного энерговклада A_maxповерхности с периодической структурой. Действительно, в этом случае, при одновременном выполнении условий:X₀» l∕α(h) = 1/2 ad; (x_i- x₀) » l∕(2a); тогда

Таким образом показано, что, при одновременном выполнении условий (6.2 -

6.4), возможно достижение практически полного поглощения падающего излучения.

6.2.2.2