Предисловие

В основу учебного пособия положен курс лекций, который на протяжении многих лет читал Лауреат Государственной премии СССР; заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, доктор физико-математических наук, профессор Михаил Наумович Либенсон.

В разные годы им были рассмотрены проблемы лазерного нагрева металлов и металлических пленок с учетом кинетики изменения их оптических свойств; фотовозбуждения и нагрева полупроводников интенсивным излучением; оптического пробоя диэлектриков сложного химического состава. Был предложен и исследован термохимический механизм взаимодействия непрерывного лазерного излучения с металлами в окислительной среде (на воздухе). В начале 80-х годов М.Н. Либенсон впервые обратил внимание на важную роль генерации поверхностных поляритонов и волноводных мод в процессе лазерного термического воздействия на поверхность различных материалов и предложил поляритонный механизм самоорганизации лазерно-индуцированного поверхностного рельефа – широко распространенного эффекта при лазерных воздействиях. В различные годы им были предложены и теоретически изучены несколько эффективных механизмов лазерно-индуцированных неустойчивостей в конденсированных средах, в том числе при действии сверхкоротких (фемтосекундных) импульсов. В последние годы он развивал представления о взаимодействии лазерного излучения с поверхностью в устройствах ближнепольной оптики, когда область локализации света значительно меньше длины его волны.

Введение

В 60-е годы прошлого века сформировалась «тепловая модель» взаимодействия лазерного излучения с поглощающими материалами. Согласно этой модели можно рассматривать независимо друг от друга четыре стадии воздействия

- поглощение света и переход поглощенной энергии в тепловую;

- нагрев материалов без разрушения;

- разрушение и разлет продуктов разрушения;

- остывание.

Тепловая модель позволила успешно описать теплопроводностное распространение тепла, плавление, модификацию структуры вещества, стимулированную нагреванием, испарение, разлет продуктов разрушения. Выводы тепловой модели хорошо совпадают с результатами различных экспериментов.

Световые волны, в том числе и лазерное излучение, это электромагнитные волны определенного спектрального диапазона. Мы будем рассматривать оптический диапазон длин волн. К оптическому диапазону принадлежит инфракрасное (ИК) излучение, видимый свет, ультрафиолетовое (УФ) излучение и рентгеновское излучение низкой частоты. Именно в оптическом диапазоне работают широко применяемые в лазерных технологиях источники.

Материал этой части посвящен первой стадии воздействия лазерного излучения на вещества: поглощению, рассеянию и дисперсии световых волн. Описание этих явлений возможно в рамках классической электродинамики. При этом можно установить основные закономерности перечисленных процессов. Следует отметить, что определить такие важные для анализа лазерного воздействия оптические характеристики материалов, как коэффициент отражения , поглощательную способность и пропускание возможно, используя макроскопическую теорию Максвелла совместно с микроскопической теорией Лоренца.

Напомним, что теория Максвелла - феноменологическая: в ней оптические свойства материала связаны с электрическими через диэлектрическую проницаемость , магнитную проницаемость , удельную электропроводимость , которые предполагаются известными из опыта.

Электронная теория Лоренца определяет микроскопические электромагнитные поля, создаваемые отдельными заряженными частицами, придавая физический смысл макроскопическим постоянным , , в уравнениях Максвелла.