ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе решена крупная научная проблема по разработке физических основ применимости оптических материалов для изготовления реальных зеркал мощных импульсных CO₂- лазеров и особенностей их эксплуатации.

Сформулирован единый методический подход к исследованию оптической стойкости таких различающихся между собой материалов, как медь и её сплавы, поликристаллический алмаз, полупроводниковые, щёлочно-галоидные и некоторые другие ионные монокристаллы.

Воздействие излучения импульсного CO₂- лазера на эти материалы производилось в условиях максимально приближенных к реальным. Размеры облучённой зоны в большинстве экспериментов составляли ~ 1 см². Эксперименты проводились как на образцах материалов, серийно производимых промышленностью, так и на уникальных, специально изготовленных. Целенаправленно поставленные физические эксперименты сочетались с многолетним мониторингом резонаторных зеркал двух активно эксплуатировавшихся мощных импульсных CO₂- лазеров с выходной энергией до 820 Дж в импульсе длительностью 4-5 мкс.

Развёрнутые выводы по результатам исследований приведены в конце каждой главы, а здесь кратко резюмированы основные результаты работы.

L Показано, что в монокристаллах LiF, CaF₂, и в поликристаллах MgF₂ (KO-I) экспериментально измеренное значение коэффициента поглощения β(v) в диапазоне 8 - 12 мкм подчиняется теоретической зависимости - правилу Урбаха. Это позволяет с довольно высокой точностью рассчитывать величину β на коротковолновом краю фундаментальной полосы поглощения, в области малой прозрачности.

2. Впервые исследовано влияние изотопической чистоты монокристаллов германия на фононные пики поглощения в ИК - области.

пики поглощения на частотах v - 850, 755, 650 cm^¹,наблюдаемые в монокристаллах германия природного изотопического состава, в моноизотопных кристаллах сдвигались, причём в монокристаллах ⁷⁰Ge наблюдался рост частоты полосы поглощения - v, а в ⁷⁴Ge V уменьшался по сравнению с монокристаллами природного изотопического состава.

3. Впервые проведено комплексное исследование реальной оптической стойкости большинства материалов прозрачной силовой оптики CO₂- лазеров. Показано, что при плотности мощности излучения ≥ IO⁷Вт/см² в большинстве случаев основной причиной повреждения оптического элемента является плазма низкопорогового пробоя воздуха, возникающего у поверхности образца, в которой поглощается периферийная часть воздействующего лазерного импульса.

4. Впервые теоретически и экспериментально исследованы нелинейные потери при прохождении излучения C ПЛОТНОСТЬЮ МОЩНОСТИ IO⁷ ÷4 X IO⁸Вт/см² через прозрачные материалы. Обнаружена и обоснована экспоненциальная зависимость потерь излучения в кристалле от ширины запрещённой зоны материала, объясняемая поглощением излучения на генерируемых «горячих» неравновесных носителях заряда.

5. Проведенный анализ повреждений оптических элементах из германия показал, что излучением мощного импульса CO₂- лазера повреждается только приповерхностный слой материала. Лавинный пробой в приповерхностном слое германия приводит к генерации неравновесных носителей заряда, которые поглощают часть излучения и предохраняют объём материала от повреждения.

6. Впервые систематически исследован и объяснён процесс возникновения объёмных полостей в щёлочно-галоидных кристаллах (ЩГК) при воздействии лазерного импульса. Получены зависимости размера «лазерных пор» в различных ЩГК от условий воздействия, параметров воздействующего лазерного импульса, энергии кристаллической решётки. Изучена кинетика термического отжига возникших в ЩГК «лазерных пор», предложен и экспериментально подтверждён механизм их залечивания.

7. Впервые исследовано влияние конгломератов точечных дефектов, полученных путём воздействия ионизирующей радиации; целенаправленным введением в кристалл различных примесей, последующей термообработкой, на процесс «лазерного» порообразования в ЩГК.

8. Впервые обнаружен эффект аномального массопереноса при облучении сплава медь - хром импульсом CO₂- лазера с плотностью мощности ~ IO⁶ ÷ IO⁷Вт/см² в

направлении перпендикулярном лазерному лучу. Зафиксирована миграция болыпеугловых границ зерен, формирование блочной структуры, а также «растворение» частиц хрома в матрице, что возможно лишь при аномальном увеличении коэффициента диффузии (на несколько порядков). Результат объяснён передачей энергии лазерного импульса в упругую волну.

9. Впервые показано, что при длительной эксплуатации зеркал из меди и её сплавов возможно создание условий лазерной очистки рабочей поверхности, что в сочетании с последующей химической обработкой позволяет не только сохранить в процессе эксплуатации оптическое качество зеркал, но даже несколько увеличить коэффициент отражения по сравнению со свежеполированной поверхностью.

10. Проведено исследование особенностей взаимодействия импульса CO₂- лазера с поверхностью оксидированного дюралюминия. Впервые показано, что коэффициент поглощения излучения CO₂- лазера в оксиде алюминия составляет -IO⁴см'¹ и пиковая часть лазерного импульса поглощается в тонком слое оксида, нагревая его до температуры кипения.

11. Благодаря комплексной модернизации, в том числе оптимизации параметров зеркал резонатора, удалось значительно увеличить выходную энергию излучения импульсного электроразрядного CO₂- лазера. Получено КПД преобразования электрической энергии в энергию излучения до 22%. Полный КПД установки достигал 13%, а удельный съём энергии излучения 51 Дж/л. Эти результаты являются рекордными для подобных лазеров.

12. Впервые исследована оптическая стойкость образцов окон и зеркал из поликристаллического алмаза (ПА), получаемого химическим осаждением из газовой фазы, при воздействии излучения непрерывного волоконного иттербиевого лазера (λ=l,07 мкм, мощность до 10 кВт).

13. Путём использования разработанных оптических элементов на реальной трассе длиной 263 м экспериментально получено когерентное сложение излучения 2-х импульсных CO₂- лазеров на удалённом объекте.

14. Впервые разработаны, изготовлены и успешно испытаны монокристаллические германиевые окна диаметром 420 мм, которые были использованы в составе уникального 4-хлучевого лазерного комплекса.

Глубоко признателен профессорам И.А. Каплунову, Р.Е. Ровинскому, М.П. Шаскольской, чл. - корр. РАН В.И Конову. Приятно вспомнить полезные дискуссии с профессорами Г.Г. Долговым-Савельевым, Б.Т. Федюшиным, А.А. Бакеевым, а также с сотрудниками руководимых ими подразделений НПО «Астрофизика».

Очень признателен сотрудникам Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Запорожского титано - магниевого комбината, Харьковского ВНИИ Монокристаллов, JIOMO, Тверского ГУ, МИСиС и ряда других предприятий, предоставившим уникальные образцы для проведения работы.

Считаю своим приятным долгом выразить глубокую благодарность Н.П. Андреевой, В.В. Аполлонову, С.М. Аранчий, Е.Е. Ашкинази, И.К. Бабаеву, З.Е. Багдасарову, Ю.М. Васьковскому, А.Д. Дроботу, В.Н. Дроздову, М.И. Жаворонкову, Н.С. Захарову, В.М. Иванову, С.Г. Казанцеву, С.Ю. Казанцеву, В.Н. Козлову, А.С.

Кореневу, М.И. Крымскому, О.М. Кугаенко, Д.И. Левинзону, Е.Н. Линину, Б.И.

Макшанцеву, В.В. Моршакову, Р.М. Овнаняну, А.Ф. Поповичу, В.М. Пятакову, В.Г.

Ральченко, М.В. Рогожину, В.М. Розенбергу, М.В. Рузину, Е.П. Рыкун, Т.И.

Самойловой, М.Д. Теплицкому, Н.А. Тищенко, А.Л. Трайнину, М.Ю. Турскому, С.А. Филину, К.Н. Фирсову, И.С. Цениной, А.В. Шалимовой, Э.Г. Шейхету, В.И. Ямпольскому за творческое участие при выполнении совместных работ.