Эффект накопления

Отдельного обсуждения требует так называемый эффект накопления — уменьшение пороговой мощности излучения, при которой возникает разрушение при многократном импульсном облучении образца. Феноменологически эффект накопления заключается в том, что пороговая мощность для разрушения оказывается существенно ниже пороговой мощности для одиночного импульса, если проводить многократное импульсное облучение излучением с под пороговыми (в масштабе одиночного импульса) характеристиками. В данном случае идет речь о пороге по средней мощности излучения в импульсе излучения. Эффект накопления наблюдается практически для любых прозрачных сред, при любой частоте и длительности лазерного излучения. Понижение порога разрушения зависит от типа среды и характера облучения. Для полимерных материалов были зарегистрированы рекордные понижения порога около 100 раз. Практическая важность эффекта накопления очевидна — критическое значение средней мощности облучения, измеренное в одиночном импульсе, всегда оказывается завышенным для эксплуатации данной среды в режиме многократного облучения.

Эффект накопления обусловлен многомодовой структурой лазерного излучения. В экспериментах наблюдался процесс разрушения стандартного оптического стекла, возникающий под действием одночастотного лазерного излучения (одна аксиальная мода с фиксированным продольным индексом). В таких условиях эффект накопления отсутствовал. Он появлялся при переходе к облучению излучением с несколькими продольными модами.

Следуя результатам работ, в дальнейшем подтвержденным в ряде других исследований, эффект накопления обусловлен возникновением пространственно-временных флуктуаций интенсивности лазерного излучения, в которых реализуется локальная интенсивность, превышающая среднюю интенсивность за импульс излучения.

Рис.16. Наблюдение эффекта накопления.

Эта локальная интенсивность излучения (а не средняя интенсивность за импульс излучения) и обусловливает разрушение. При многомодовом режиме генерации реализация экстремально большой локальной интенсивности излучения является редким случайным процессом. Вероятность реализации такой флюктуации тем больше, чем больше осуществлено импульсов излучения. Соответственно при многократном импульсном облучении образца излучением со средней интенсивностью меньше пороговой, в конце концов, реализуется локальная флюктуация интенсивности больше пороговой и произойдет разрушение.

В проведенном выше рассмотрении нигде не принимались во внимание нелинейно-оптические явления, рассмотрение выше. На самом деле они всегда играют существенную, а часто и определяющую роль, изменяя частоту и пространственное распределение исходного лазерного излучения, падающего на среду при распространении излучения в среде. Влияние вынужденного комбинационного рассеяния и высших гармоник вполне очевидно — это изменение частоты падающего излучения, а как было видно выше, частота излучения существенно определяет характер процесса пробоя и, в частности, критическую напряженность поля для пробоя. Очевидна и роль самофокусировки, приводящей к резкому локальному увеличению интенсивности излучения и тем самым способствующей разрушению. На существенную роль самофокусировки прямо указывают эксперименты. Роль вынужденного рассеяния Мандельштама — Бриллюэна сказалась совсем не тривиальной. Эксперименты показали, что в ряде случаев когерентная гиперзвуковая волна, возбуждаемая световой волной, уносит значительную долю энергии и тем самым препятствует разрушению и возникновению самофокусировки. Однако в ряде случаев наблюдаются разрушения, обусловленные большой амплитудой возбуждаемого гиперзвука.

В целом, вся совокупность проведенных экспериментов по исследованию процесса разрушения прозрачных твердых тел лазерным излучением и результаты их теоретического осмысления позволяют сделать много важных выводов и рекомендаций для технологии изготовления стекол, а также по их применению в электронике.

Дата добавления: 2015-06-27