Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Рэди, Дж. Действие мощного лазерного излучения

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

23.10.2023

Размер:

40.3 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1415 / 4815 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 > Следующая >>>

Э Ф Ф Е К Т Ы , В Ы З Ы В А Е М Ы Е П О ГЛ О Щ Е Н И Е М И З Л У Ч Е Н И Я

143

сами рубинового лазера с модулированной добротностью, про ведено в работе [56] с использованием электронной и оптической микроскопии. Резз'льтаты указывают иа то, что микрократеры с диаметром менее 10 мкм возникают уже иа ранней стадии разру шения. Рубиновый лазер с модуляцией добротности генерировал импульсы длительностью около 30 нс с энергией, изменявшейся от 0,07 до 1,0 Дж. При относительно малых энергиях разрушаемая

о,а 0,3 о,г 0,1 о 0,1 о,г о,з о,а мм

1,6 м м

Ф и г, 3,29,

Изменение формы кратера в алюминиевой пластине толщиной 1,6 мм при изменении выходной энергии лазера.

Луч рубинового лазера падает сверху. Миллисекундный импульс. Фокусное расстоянпе-

лннзы 30 мм. 1 — 0,36 Дж; 2 — 1,31 Дж; 4 — 4,25 Дж [30].

площадка имела зонную структуру: расплавленная зона в середине была окружена концентрическим поясом из кратероподобных образований. Диаметр кратера составлял около 10 мкм. G увели чением энергии лазера испарение становилось более интенсивным и увеличивался выброс вещества из расплавленной зоны. В цен тральной зоне формировался макроскопический кратер. В случае малых энергий лазера на поперечном сечении микрократера видна приподнятая центральная площадка, соответствующая выбросу расплавленного вещества. При более высоких энергиях лазерного излучения начинали формироваться кратеры с разме рами 10 мкм, но центральный пик расплавленного материала всееще присутствовал в каждом кратере. При еще более высоких выходных энергиях лазера развивался поверхностный микро кратер с углублением в центре и с приподнятым ободком. Даже- в мелких кратерах, формирующихся под действием импульсов

Э Ф Ф Е К Т Ы , В Ы З Ы В А Е М Ы Е П О ГЛ О Щ Е Н И Е М И З Л У Ч Е Н И Я

145

лазера с модулированной добротностью, заметно плавление и вы плескивание жидкого вещества. ■ •

Фокусировка на металлические поверхности излучения руби нового лазера' с модулированной добротностью с пиковой мощно

стью ' 6 МВт	вызвала возникновение, поверхностных. кратеров
с бугорковой	подструктурой • и фигурами травления [57—59].

Типичная глубина кратеров составляла около 10'мКм. Фигуры Правлений сх'ожи с фигурами, образующимися при .химическом травлении, и предположительно связаны с дислокациями в образ це. На фиг. 3.30 показан пример ■таких «бугорков»- травления, на внутренней поверхности кратера в образце из обкомиоцентрii-'

рованного кубического железа.	'	.
Области'теплового травления часто расположены в определен
ном порядке вдоль направлений кристалла.		Подобное-упорядоче

ние в расположении микрократеров наблюдали и другие.авторы [60, 61]. В этих работах с помощью сканирующего' электронного микроскопа получены микрофотографии симметричных микрокра теров. С размерами порядка 10 мкм, возникающих иод действием импульсов рубинового лазера- с модулированной добротностью.

В опытах [62] луч импульсного' лазера с модуляцией доброт ностиразделялся на два луча, которые затем направлялись под малым углом друг к другу на мишень. При этом пятно разру шения состояло из параллельных гребней, свидетельствующих о плавлении'и последующем отвердевании металла! Расположение гребней явно следовало картине синусоидального изменения интенсивности. двух интерферирующих лучей. Прп действии импульсов лазера с модулируемой добротностью' на поверхности материала наблюдалось также' образование хрупких изломов. Наблюдения е использованием сканирующего электронного микро скопа [63] показали, что при облучении тугоплавких карбидов металлов на их поверхности происходит-откол и отслоение тонких

прямоугольных		пластинок	металла.	'	.	]
	ЛИТЕРАТУРА
1.	«American Institute о! Physics Handbook», McGraw-Hill, New York (1957),
У 2.	Section 4.	. .	■	•	-	2.
	Carslaw II. 6’.., Jaeger J. C., «Conduction of Heat in Solids», 2nd ed., Cli.
	Oxford .Univ. Press, London and New York, 1959 (см. перевод: Г. Карслоу,
- У З .	Д. Егер, Теплопроводность твердых тел,			пзд-во «Наука», 1964).'
	Ready J. F., Journ. Appl. Phys., 36, 462			(1965).

4.Carslaw II. S., Jaeger J. C.,.«Conduction of-Heat in Solids»; 2nd ed., Ch. 10.

Oxford Univ. Press, London and New York, 1959 (см.-перевод: Г. Карслоу,,

Д. Егер, Теплопроводность твердых тел, пзд-во «Наука», 1964).

5.Ып Т.-P., IBM Journ. Res.- Develop., 11, 527 (1967).

6.«Handbook of Mathematical Functions», Appl. Math. Series 55, Abramowitz M., Stegun I. A., eds., National Bureau of Standards, Washington D. C. (1966).

V 7. Рыкалин II. Н., Нрасулии 10. Л., ДАН СССР, 163, 87 (1965).

10-023

ГЛАВА 3

146

Р ы к а л и *

Л .

У г л о в

А.

А ., ДАН СССР,

165, 319 (1965).

Р у д е н к о

В . Л .,

Оптика и спектроскопия, 21,

370

(1966).

10.

Рыкалин Н.

Я.,

У г л о в

А.

А., М а к а р о в

И.

Я .,

ДАН СССР, 169, 565 (1966).

11.

Р ы к а л и н

Н.

Я .,

У г л о в

А.

А .,

М а к а р о в

Я.

Я .,

ДАН СССР, 174, 824(1967).

12.

Р ы к а л и н

Н.

Я ., У г л о в А.

А .,

М а к а р о в ы .

И . , ДАН СССР, 174, 1068(1967).

13.

R e a d y

J .

F.,

Phys. Rev., 137, А620 (1965).

1677 (1967).

14.

Р у б а н о в а

Г.

М . ,

С о к о л о в

А. Л . , ЖТФ, 37,

| 15.

К п е с Ы

W .

. , Proc. IEEE, 54, 692 (1966).

Я .,

ДАН СССР, 179, 68 (1968).

\j 16.

В е й к о

В .

Я ., К о к о р а А.

Я ., Л и б е н с о н

М .

17.

K u s h i d a

Т.,

Jap. Jouru. Appl. Phys., 4, 73 (1965).

(1965).

18.

N a m b a

S .

a l . , Jap. Journ. Appl. Phys.,

153

V19.

Р ы в к и н С .

. , С а л м а н о в

В . 71/., Я р о ш е ц к и й

И . Д . ,

ФТТ, 10, 1022 (1968).

20.

S t u l l D .

Я., S i n k e G .

С ., Thermodynamic Properties о! the Elements, Ame

rican

Chemical

Society,

Washington

D.C.,

1956.

21.American Institute of Physics Ilandbook, Second Edition, McGraw-Hill, New York, 1963.

'•

22.

K a p l a n

R .

A . , Proc. Nat. Electron. Conf., 20, 929

(1964).

23.

C r a n k

J . ,

Quart. Journ. Mech. Appl. Math., 10, 220 (1957).

24.

C o h e n

M .

I . ,

Journ. Franklin Inst., 283, 271 (1967).

25.

Г р е ч и х и н

Л.

Я .,

М и н ь к о

Л.

Я . , ЖТФ, 37,

1169

(1967).

1045 (1967).

26.

Б р а г и н с к и й

В .

Б . , М и н а к о в а

Я. Я ., Р у д е н к о

В . 71/., ЖТФ, 37,

27.

Z a v i t s a n o s

Р .

Я., GE Rep. R67SD11 (1967); имеется в Bendix Time-ol-

28.

Flight

Mass

Spectromet.

Symp., 7th, Cincinnati,

Ohio (October,

1965).

А н и с и м о в

С .

И .

d p . ,

ЖТФ, 36, 1273 (1966).

29.

В е й к о

В .

Л .

и d p i , ЖТФ,

37,

1920 (1967).

and

Development,

No. 12, 57

30.

K a t o

Т.,

Y a m a g u c h i

Т.,

NEC

Research

31.

(October,

1968).

Proc. IEEE, 57,

114 (1969).

G a g l i a n o

F. P

. ,

L u m l e y

R .

. ,

W a t k i n s L .

S . ,

32.

А к и м о в

А .

И . ,

М и р к и н Л. И . ,

ДАН СССР,

183, 562 (1968).

V33.

L a n d a u

Я.

G . ,

Quart.

Journ. Appl. Math., 8, 81 (1950).

34.

C h u n M .

. ,

IEEE Journ. Quantum Electron., QE-5, 316 (1969).

35.

А ф а н а с ь е в

Ю .

В . ,

К р о х и н

О.

Н., ЖЭТФ, 52, 966

(1967).

36.

А н и с и м о в

С . И . , ЖЭТФ, 54, 339 (1968).

37.

А н и с и м о в

С . И . , ТВТ, 6, 116 (1968).

38.

У л я к о в Л.

Я .,

ЖЭТФ,

52, 820

(1967).

2319

(1962).

39.

А с к а р ъ я н

Г.

А . ,

М о р о з Е.

М . , ЖЭТФ, 43,

40.

Б о н ч - Б р у е в и ч

А .

71/., И м а с

Я . А ., ЖТФ, 37, 1917 (1967).

41.

W e i c h e l

Я .,

A v i z o n i s

Р .

V . ,

Appl. Phys. Lett., 9, 334 (1966).

42.

D a v i d

C .

a l . ,

IEEE Journ.

Quantum Electron., QE-2, 493 (1966).

43.

Б о н ч - Б р у е в и ч

M .

d p .,

ЖТФ, 38, 851 (1968).

44.

Б а с о в

H. Г. и

d p ., ЖТФ, 38, 1973 (1968).

45.

W h i t e

R .

. ,

Journ. Appl. Phys., 34, 2123 (1963).

46.

B r u m a

. ,

V e l g h e

. ,

Journ. Phys., 26, 361 (1965).

47.

P e r c i v a l

C .

71/., Journ. Appl. Phys., 38, 5313 (1967).

48.

L e e R .

E.,

W h i t e

R .

. , Appl. Phys. Lett.,

12, 12 (1968).

(1968).

49.

B u s h n e l l

J .

C . ,

M c C l o s k e y

D .

J . , Journ. Appl. Phys., 39, 5541

50.

B r i e n z a

J . ,

D e M a r i a A. J . ,

Appl. Phys. Lett.,

11, 44 (1967).

51.

W h i t e

R .

. ,

Journ. Appl. Phys., 34, 3559 (1963).

52.

B u l l o u g h

. ,

G i l m a n

J .

J . ,

Journ. Appl. Phys., 37, 2283 (1966).

53.

P e n n e r S .

S . ,

S h a r m a О. P . ,

Journ. Appl. Phys., 37, 2304 (1966).

54.

В е й к о

В .

Я. и д р ., ЖТФ, 37,

1920 (1967).

55.

М и р к и н

Л.

И . ,

П и л и п е ц к и й

Л. Ф., ДАН СССР, 172, 580 (1967).

56.

V o g e l

К . ,

B a c k l u n d Р . ,

Journ. Appl. Phys., 36, 3697 (1965).

57.

M u r p h y

J . , R i t t e r

G .

J . , Nature, 210, 191 (1966).

58.

M u r p h y

J . ,

R i t t e r

G . J . , Appl. Phys. Lett.,

272

(1966).

458

(Sep

59.

R i t t e r

G .

J . ,

M u r p h y

J . ,

Tydskrif vir Natuurwetenskappe, p.

tember

1957).

Э Ф Ф Е К Т Ы , В Ы З Ы В А Е М Ы Е			П О ГЛ О Щ Е Н И Е М И З Л У Ч Е Н И Я		147
60.	Bastow Т. / . , Bowden F. Р ., Nature, 218, 150 (1968).
'• 61.	Bastow Т. J., Nature, 222, 1058 (1969).
62.	Gerritsen II. J.,	Heller M. E.,		Journ. Appl. Phys., 38, 2054 (1967).
63.	Bastow T. J.,	Packer M.	E.,	Gane N., Nature, 222, 27	(1969).

v 64*.Головейко А. Г.,	ИФЖ, 15, 1000 (1968).		изд-во «Звайгзне», Рига, 1967.
V 65*.Рубинштейн Л.	II., Проблема Стефана,
^ бК Углов А. А., Докт. диссертация, ИМЕТ АН СССР, 1970.
67*.Рязанцев 10. С., ПММ, 25, 1143 (1961).			ФХОМ, № 5, 3	(1968).
68*.Зуев II. В., Рыкалин II.		II., Углов А . А .,
V/ 69*.Фаннибо А. В.,	Каид.	диссертация, МИФИ, 1972.

70* .Анисимов С. И., Имас Я. А ., Романов Г. С., Ходыко Ю. В., Действие

излучения большой мощности на металлы, изд-во «Наука», 1970.

71*.Дульцев Г. II., Ярышев II. А ., Лепирян Р. А ., Тр. ЛИТМО, вып. 31,

стр. 5 (1966).

72*.Батанов В. А ., Бункин Ф. В., Прохоров А. М-, Федоров В. Б ., ЖЭТФ,

63, 586 (1972).

73*.Пантелеев В. В., Янковский А. А ., ЖПС, 3, 350 (1965).

74*.Елъяшевич М. А ., Анисимов С. И., и др., «Разрушение металлов под

действием излучения ОКГ», Отчет КЭ-14, ИФ АН БССР, Минск, 1963.

7Ъ*.Анисимов С. И., Дмитренко Б. И., Лесков Л. В., Савичев В. В., ФХОМ,

,№ 4, 10 (1972).

^	76*.Жиряков Б.		М.,	Фаннибо А.	К.,	Юрышев II. И., ПМТФ, № 3, 126 (1968).
'	77*.Жиряков Б .		М .,	Рыкалин II.	П.,	Углов А. А ., Фаннибо А. К., ЖТФ, 41,
	1037 (1971).					Приборостроение, 11, И (1968).
	78*.Крылов 10. К., Известия вузов,
	79*.Рыкалин II. II.,			Углов А. А ., ФХОМ, № 2, 33 (1970).
	80*.Рыкалин Н. II.,			Углов А. А ., ТВТ, 9, № 2 575 (1971).
	81*.Анисимов С. И., Рахматулина А . X ., ЖЭТФ, 64, 869 (1973).
	82*.Metz S. A ., Appl. Phys. Lett., 22, 211 (1973).
	83*.Jones E. D., Appl. Phys. Lett., 18, 33 (1971).
	84*.Анисимов С. И., ЖЭТФ, 58, 337 (1970).
	8Ъ*.Ландау Л. Д ., Лифшиц Е. М ., Статистическая физика, изд-во «Наука»,
	1964.
	86*.Андреев С. И., Вержиковский И. В ., Дымшиц Ю. И., ЖТФ, 40, 1436
	(1970).
	87*.Батанов В. А ., Бункин Ф. В., Прохоров А. М ., Федоров В. Б., ЖЭТФ,
	63, 1210 (1972).			Немчинов И. В., ДАН СССР, 186, 1048 (1969).
	88*.Виленская Г. Г.,
	8$*.Бусурина Л. Н.,			Волосевич П. П., Леванов Е. И., Влияние теплопровод
	ности на	взаимодействие монохроматического излучения с веществом,
	Институт прикладной математики АН СССР, М., 1970.
	90*.Кикоин И.	К., Сенченков А .			П.,	ФММ, 24, 843 (1967).
	91 *.Hensel F.,	Franck Е. U., Rev. Mod. Phys., 40, 697 (1968).
	92*.Бонч-Бруевич A. M ., Балашов Е. И., Гагарин А. П., Захаров А . С.,
	Котылев В. Н., Калабушкин О. И ., Письма в ЖЭТФ, 17, 341 (1973).
(935-Рыкалин И. И-,				Углов A. A ., Thermophys. Proc. of Heating of Metals by

Laser Radiation, USSR Natl. Welding Committee, M., 1972.

10*

Г л а в а 4. ЭМИССИЯ ЧАСТИЦ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

В предыдущей главе мы провели всесторопиее изучение вопроса о применении лазеров для испарения атомов с поверхности мишеип. Были описаны методы расчета и результаты измерений количества попаренного с мишени вещества при различных усло

виях.	внимание при этом уделялось самой мишени
Основное	внимание при этом уделялось самой мишени
и количеству	выброшенного материала. Теперь мы перейдем

к рассмотрению процессов, происходящих в выброшенном с по верхности веществе.

Этот круг вопросов представляет значительный интерес, поскольку он связан с рядом практических применений в таких областях, как создание электронных и иоииых источников и полу чение плазмы, обладающей необычными свойствами. Материал, выброшенный под действием излучения, состоит как из нейтраль ных молекул, так и ■из заряженных частиц — электронов и ионов.

Прежде всего мы рассмотрим эмиссию с точки зрения получения отдельных частиц, а затем оппшем более сложные явления, свя занные с развитием плазменного облака высокой плотности под воздействием излучения большой интенсивности.

Имеется много различных механизмов эмиссии частиц.

В табл. 4.1 перечислены те из них, которые будут обсуждаться

вэтой главе. Эта таблица предназначена для того, чтобы помочь ориентироваться во множестве физических явлений и механизмов,

а также условий, при которых проводилось их изучение.

§ 1 . ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ

Прежде всего рассмотрим явление электронной эмис сии. Исторически оно было первым примером испускания частиц с поверхности, облучаемой светом лазера. Электронная эмиссия осуществляется в условиях, когда разрушение поверхности мало. Термоэлектронная эмиссия может приводить к возникновению больших импульсных электронных токов даже при таких плотно стях потока излучения, при которых поверхность не достигает точки плавления.

ТАБЛИЦА 4.1

Сводка явлений, возникающих при эмиссии частиц под действием лазерного излучения

Явление

Электронная эмис сия

Ионная эмиссия

Импульсы ионного тока

Образование ионов высокой энергии

Направленный

разлет

Эмиссия нейтраль ных молекул

Образование плаз мы

Разлет плазмы с большими скоро стями

		Типичный лазер и пятен-				Раздел дан
Основной механизм		сивность падающего				Раздел дан
Основной механизм		сивность падающего				ной главы
		излучения, Вт/см2				ной главы
		излучения, Вт/см2
Термоэмиссия		Рубиновый		с	милли- § 1, и. 1
		секундным		импульсом;
		105-ЮО
		Рубиновый		с	модуля- § 1, и. 2
		дней добротности; 107
Миогокваитовый		На	неодимовом		стекле § 1, п. 4
фотоэффект		или на GaAs; 10
Термоэмиссня		Рубиновый		с	модуля- § 2, п. 1
		дней добротности; 107
Токи смещения		Рубиновый		с	модуля- § 2, п. 2
		дней добротности; 107—
		1 0 »
Кинетика разлета Рубиновый				с	модуля- § 2, п. 3
		дней	добротности;
		до 1011
Кинетика разлета Рубиновый				с	модуля- § 2, н. 4,5
		дней добротности; 107—
		108
Тепловая	десорб-	Рубиновый		с	модуля-	§ 3
Дня		дней добротности; 107
Испарение и тер-		Рубиновый и на иеоди- § 4, п. 1
мическая нопизановом стекле с модуля
ция		дней добротностп; 10»—
		1013
Нагрев	вслед-	Рубиновый и на неодимо-				§ 4, п. 1, а
ствие поглощения вом			стекле	с	модуля-
лазерного	излуцией добротности; 10°—
чеипя		ю н

Высокие электрон	Тепловая ноииза-			Рубиновый	с модуля-	§4,	п. 1,	о
ные плотности	дня	испаренного цНей добротности; 10»—
	вещества			10го
Образование вьтсо-	Тепловая нопиза-			Рубиновый и на неодимо-		§4, п. 1, в
коноинзованных	дня	испаренного		вом стекле с модуляцией		§4,	п. 1,	д
атомов	вещества			добротности;	до 1011
Рентгеновское	Процессы снятия Рубиновый и на неодимо-					§4,	п. 1,	г
излучение	возбуждения		в вом стекле с модуляцией
	горячей плазме добротности.				На неоди
				мовом стекле, пнкосе-
				купдиые	импульсы;
				ЮП-1013

ГЛАВА 4											150
Продолжение табл.	4.1
		Типичный лазер и интен-						Раздел дан
Явление	Основной механизм		сшшость падающего					Раздел дан
Явление	Основной механизм		сшшость падающего					ной главы
				излучения, Вт/см2
Собирание зарядов	Кинетика распш-	Рубиновый с модуляцией §						4,	п.	1,	е
на коллектор	рения плазмы	добротности;			108 — 10й
Импульсы давле	Импульс отдачи Рубиновый				с	модуля-	§	4,	п.	1,	ж
ния на мишень	выбрасываемого	цпей добротности; 108—
	материала	1011
Генерация нейтро	Термоядерный	На		пеодпмовом		стекле §		4,	п.	1,	з
нов	синтез	с	модуляцией			доброт
		ности п в режиме ппко-
		секуидиых			импульсов;
		10U -1013
Нагревание п раз	Обратный тормоз-	На		неодимовом		стекле §		4, п. 2, а
лет плазмы	ной эффект и газо-	с	модуляцией			доброт-	§	4, п. 2, г
	динамика *)	пости или с пикосекуид-					§ 4,		п.	2,	д
		ным		импульсом; 1011—
		1012
Образование высо	Поглощение света Рубиновый с модуляцией §							4,	п.	2,	б
котемпературной	в плазме!)	добротности;			на	стекле
плазмы		с неодимом п рубино
		вый,		пикосекундные
		импульсы; 10s—10i3
Электронная эмис	Термоэлектрон-	Рубиновый			с	милли-	§	5
сия из диэлектри	ная эмиссия	секундным			импульсом;
ков		105; рубиновый с модуля
		цией добротности; 108

1)При интенсивностях порядка 1013 Вг/см2 и выше обратный тормозной эффект не обе спечивает значительного поглощения света. Основным механизмом в этой области по токов является аномальное поглощение, связанное с параметрическим возбуждением

волн в плазме, см. [162, 163].— П р и м . р е д .

1 . Наблюдения с использованием лазеров в режиме миллисекундного импульса

В самых ранних работах [1—3], посвященных элек тронной эмиссии под действием лазерного излучения, использова лись лазеры с миллисекундным импульсом. В работе [1] при действии импульса рубинового лазера с полной длительностью 800 мкс и выходной энергией 1 Дж, сфокусированного на мишень из графита в пятно с размером приблизительно 10_3 см2, наблю дались импульсы электронного тока, синхронные с пинками лазерного импульса. Типичный выходной импульс лазера и им пульс тока показаны на фиг. 4.1. Импульсы электронной эмиссии

<<< < Предыдущая 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1415 / 4815 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ