Кристаллы квантовой и нелинейной оптики - Блистанов А.А.
ISBN 5-87623-065--0
Скачать (прямая ссылка):
Сфокусированные лазерные пучки с высокой плотностью энергии и мощности в ЩГК и BaF2 создают локальные разрушения в виде кратера на поверхности либо в виде полостей в объеме кристалла, возникающих в результате термических взрывов на микродефектах, от которых развиваются трещины [5, 12 - 20]. В полупроводниковых кристаллах (ZnSe) образуется цепочка не связанных между собой очагов разрушения размером до 0,1 мм вблизи каустики [16]. При облучении сфокусированными пучками был обнаружен обсуждавшийся ранее размерный эффект, позволяющий полагать, что локальные дефекты в этом случае играют определяющую роль в оптическом разрушении [21, 22].
Проблема оптической стойкости в широкоапертурных пучках возникает при создании оптики для сверхмощных газовых лазеров, предназначенных для силового дистанционного воздействия на объекты. Разрушение поверхности при широкоапертурном облучении происходит в результате образования сетки трещин по плоскостям спайности и локальных кратеров, расположение которых на поверхности соответствует распределению плазменных факелов на поверх-134
ности кристалла (рис. 6.1). Растрескивание поверхности вызвано термоударом при контакте плазмы с поверхностью.
Разрушение объема кристалла начинается с образования пор на микровключениях, локальной пластической деформации и трещин около них. Линии скольжения дислокаций в ЩГК, выявляемые как лучи розеток фигур травления около поры, могут иметь длину до нескольких миллиметров. Плотность пор, возникающих в результате термических взрывов, зависит от плотности энергии в импульсе W и при некотором значении W достигает максимума. При разрушении в широкоапертурных пучках следует учитывать снижение пороговой энергии разрушения, связанное с условиями эксплуатации оптического элемента, его конструкционными особенностями, наличием механического давления на окно. Пороги оптического повреждения поверхности и WnoB объема W06 при облучении широкоапертурным пучком для некоторых монокристаллов при длительности импульса 1 мкс даны ниже, Дж/см2:
И^ЛОВ WoS
KCI 4,2 6,0
NaCl 4,8 7,0
ZnSe 2,3 2,5
BaF2 10,0 14,0
6.4. ОПТИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ КРИСТАЛЛОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ИМПУЛЬСНОПЕРИОДИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
В начальной стадии лазерного облучения воздействие импульснопериодического и непрерывного излучения похожи на воздействие импульсного. Но со временем наблюдается эффект накопления напряжений в кристалле, что можно видеть по изменению двулучепре-ломления. При длительном воздействии импульсно-периодического (частота следования 102 Гц) или непрерывного излучения напряжения в кристалле могут достигать предела прочности даже при плотности мощности лазерного излучения меньшей, чем пороговая. При накоплении напряжений происходит растрескивание по плоскостям спайности (в ЩГК) или по границам блоков (в BaF2). Разрушение при импульсно-периодическом или непрерывном излучении происходит под действием термоиндуцированных внутренних напряжений, однако механизмы, определяющие накопление напряжений, могут отличаться для материалов различных классов (монокристаллов, поликристаллов, полимеров и др.) [23]. Накопление оптического разрушения приводит к уменьшению лучевой прочности кристалла с увеличением длительности лучевого воздействия. Ответственными за эффект накопления могут быть две основных группы процессов: во-первых,
135
это те процессы, которые приводят к росту поглощения света в материале в результате оптического воздействия; во-вторых, это процессы накопления изменений в кристаллической структуре (рост плотности дислокаций, зарождение и развитие трещин), которые ведут к ее хрупкому разрушению.
Первая группа процессов может инициироваться ионизацией примесных центров и матрицы кристалла как в результате многофотонных процессов, так и при воздействии коротковолнового излучения плазмы, возникающей на поверхности и на поглощающих включениях. Одним из основных процессов этой группы является разрастание поглощающих включений, которые при достижении некоторого критического размера разрушают окружающую их матрицу в результате теплового взрыва [24, 25]. Об изменении оптических свойств матрицы в процессе лазерного облучения свидетельствует наблюдавшееся под действием СОг-лазера возникновение центров окраски в ЩГК вблизи взрывающихся микровключений и возникающих трещин.
О влиянии пластического течения на процессы накопления оптического повреждения свидетельствует изменение напряженного состояния кристалла в процессе лазерного облучения и влияние на оптическую прочность факторов, приводящих к упрочнению кристаллов (см. п. 6.5).
6.5. ВЫБОР МАТЕРИАЛА ДЛЯ ПРОХОДНОЙ ОПТИКИ МОЩНЫХ ЛАЗЕРОВ
Из сказанного выше можно сделать вывод о том, что сложность лучевого воздействия на кристалл и многие особенности этого воздействия (импульсное, непрерывное, сфокусированное и широкоапертурное и т.д.) делают невозможным существование какого-либо общего критерия лучевой стойкости кристаллов. Действительно, такие критерии трудно предложить, если разрушение происходит на поглощающих включениях под действием сфокусированных импульсных пучков с высокой энергией импульса. При таком воздействии лучевая прочность кристалла будет зависеть не столько от его природы, сколько от присутствия в нем локальных неоднородностей, инициирующих разрушение.
