3.6 Возможные механизмы потерь излучения СО2 - лазера при прохождении через прозрачную оптику. Обсуждение полученных результатов

Несмотря на то, что значения реальных порогов оптической стойкости для всех исследовавшихся нами материалов довольно близки между собой, видно, что щёлочно-галоидные монокристаллы имеют несколько более высокое значение We∏ по сравнению с остальными кристаллами.

Поэтому для последующих исследований мы считаем возможным рекомендовать:

- хлорид натрия - как материал, обладающий лучшим сочетанием физических и механических свойств в группе ЩГК,

- германий, имеющий из всех исследовавшихся кристаллов лучшие механические свойства.

Ge и NaCl весьма удобны для исследования физических аспектов оптической стойкости, так как технология их выращивания и обработки отработана, а физико- химические свойства хорошо изучены. Перспективны также кристаллы селенида цинка, однако, качество образцов, имевшихся в нашем распоряжении, было слишком низким и не позволило объективно оценить их потенциальные возможности.

Оптические элементы мощных лазерных систем должны устойчиво функционировать при максимально возможных силовых нагрузках, то есть в условиях, когда вероятность случайного пробоя не исключена. Как показано в данном разделе работы, присутствие плазменного образования вблизи поверхности не вызывает катастрофического разрушения образцов из полупроводниковых материалов, таких как Ge и GaAs. Поэтому представляют интерес сведения о

динамике прохождения лазерного импульса через оптический элемент в условиях пробоя, через возникающее плазменное образование, а также выявление возможности использования оптических деталей из этих материалов при сверхвысоких лучевых нагрузках.

Резюмируя экспериментальные и теоретические данные, изложенные в главе 3, можно утверждать, что потери излучения сверхпороговой интенсивности при прохождении через прозрачные оптические элементы вызваны двумя основными причинами.

Во-первых, действие поля лазерного излучения приводит к генерации в монокристалле горячих неравновесных носителей заряда, заметно поглощающих лазерное излучение. Время «включения» этого процесса не превышает длительности переднего фронта использованного в работе лазерного импульса - 75÷100 нс, так как исследование этого явления проводилось нами в момент максимальной интенсивности излучения. Величина такого нелинейного поглощения, то есть, фактически, концентрация неравновесных «горячих» носителей, экспоненциально зависит от ширины запрещённой зоны материала, из которого изготовлен оптический элемент.

Во-вторых, существенный вклад в величину потерь вносит поглощение лазерного излучения плазмой низкопорогового оптического пробоя воздуха, возникающего около поверхности монокристалла уже при плотности мощности воздействующего излучения порядка IO⁷Вт/см². При W_pi = 20÷50 МВт/см² поглощение становится столь заметным, что чётко регистрируется так называемая отсечка излучения - прохождение его через оптический элемент практически прекращается. Время отсечки, то есть длительность процесса, необходимого для создания оптически плотной плазмы, составляет, при использовавшихся нами режимах воздействия, около 0,5÷l мкс. Величина τ_oτcзаметно выше, чем длительность переднего фронта импульса, что позволило нам оценить вклад каждого эффекта в процесс поглощения. Полученные данные о механизмах потерь сверхпорогового излучения при прохождении его через лазерную оптику позволяют предположить, что путём профилирования заднего фронта импульса генерации можно заметно увеличить амплитудное значение плотности мощности излучения, способного пройти через оптический элемент без значительных потерь.