Экспериментальные исследования динамических процессов на поверхности металлических зеркал при взаимодействии с интенсивным лазерным ИК-излучением тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР "ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ имени С. И- ВАЕКЛОВА"

На правах рукописи

ТРОФКХЕНХО Александр Михайлович

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ дКНАЮРТЕСК/Х ПРОЦЕССОВ НА ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗЕРКАЛ Ш ЗЗШ0ДЕ2СТЕИИ С ИНТЕНСИВНЫМ /АЗЕРНЫМ ИК-ГЗЛЧЕЫЕМ

oi.o4.o3 - оптика

Автореферат диссэртэцта на соискание ученая степени кавдвдата физико-мзте.чз'пгеэсхих наук

Санкт-Петарбург

Î992

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧЕН ЦЕНТР "ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОПТИЧЕСКИ?: ИНСТИТУТ имени С- И. ВАВИЛОВА"

На правах рукописи

ТР03ИУЕНК0 Александр Удхаглзвкч

эксперименталыье иссл£03а1-1ия ш&кческях процессов на поверхности металлических верш. при взаимодействий с интенсивном лазерным ик-п&:учением

01.04.05 - оптика

Автореферат диссертации на соксканкэ ученоа степени кандидата физжо-матэматквсгса, наук

Санкт-Петербург

1992

Работа выполнена в ЗКЦ "ГОИ им. С. X. Вавилова"

Научный руководитель -. кандидат физжо-кагеузтичесгса наук, •

старяж Е2уЧЕЫ£ сотрудник Р.А.Лхухонен

Официальные оппоненты! доктор физико-математических наук

Л.А.Бзхезв

доктор физико-математических наук,

профессор.

М.Н.Либенсоя

Ведущая организация - Петербургский институт точной механики к оптики

Ззщитз состоится СЫ^О Ш,__ 1992г. В "/О" час.

на заседании.специализированного совета К ios.oi.oi в ВНЦ 'ТОЙ им. С. К. Вавилова" «Санкт-Петербург, 199034, Г0К>

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан "20»___1*?92г.

Ученьи секретарь специализированного совета,

кандидат физ.-мат. наук ' И. Н.Абрамова

© ВНЦ "ГОЙ им. С.И.Вавилова", 1992

ОБЩАЯ РАБОТЫ. "

АКТУЛЛЫЖСТЪ ГГчГэ! "Са"ЕДСьЛ;1":?. Иройяэжа рзйтоегтоесо-ностк мэта&зггесзкх зеркал ггсх высокся хктэдоияостй хзлупегкя. является («дог :*з я-дасших в лжрнол олтако. Непрерывное возросгата© ьыходаз?- знзрпсг создаваемых лазерных систем привздат к кссбхох&хос-.'л уьо,женил удрльгах световых нагрузок 33 ОПГИЧОСХИЭ аЛ8У8ЕГЬ! '1?« ОДКОЗР'':"СКНОМ Г-ОБЬТОКИЙ тгсЗсвапиг к качеству ькходгогс тадучозая. сто из основных" игрэкячонка. которое при отел вез'зкхэгт, является деформация поверхности. . К наиуское асслвдозгнноа следует отнести пройлоку дкнямики оттг/чееккх характеристик- зеркал з хода Бза'.кодезств^я с •импульсным кзлучевюм. Зсо' преладзуда иссдэдованкя,- касахядеся данаг/ж поверхности эоркьлэ, о , осисьпох тес-ротячесдата •• •■ сгранэтизглхсь, как пргвхдо. рехг/хаж тору.оупругзго деферухрованка. пр>' которых подл» омятая свэтозог нагрузки клшгрллос.'ь 1зосстзкавл>:чзст свой фзру.у :: характеристики. С друг од сторона. ссясю&.'О зкнхгт.-.в Силе удалено остаточная дзфоруэ:хл1 корфелогкх пегэрхноетх поел? гзяа&дзгетаия.

ПрЗКТХЧЗСКК нэхсо.ГОДОВаЕКЫУЯ ».ПуЛэСЗОЖ взгл«одо?.стзк'1

, сказались' с ах а доасда пзгзрхкостк а измэненхэ гэтлэгэтельзеа способности з процессе г^ззткчзоу.зро ¿гфсргхрсзазясй зеркала, обусловленного улг.улъсу.ъх йагрезех пр:». поглепрпк:: лазерного излучения. ^таульсЕК-л хароктор нагрузка вкзьззот диззшку огггечоск'/лс хзргэтзркстхк ьза:аздо?.ствуз удзт пр:-: конякщихбя параметрах поээтвгеств. 3 каких пределах как происходят эти изжжвздя льллзте-к актуалы:оА задач«». что к вызвало необходимость проведения зксиоргзгентальаых изелвдэзакий з эток области.

?А£С"Ы. Эксооримэкггльао© ' «¡следование- ек;зыш спткч-гскхх хзрэятзрксткж хетздятеескях зеркал при взэиу.одзастзкй с пмпульозул: кздуче-шгем С0Г С0а-лгзер-.в при повышении ПЛСТКОСТК СйОрПЫ ВПЛОТЬ ДО ЗОЗЗПКЕСВеНПЛ ггрзбол.

СТЕПЕНЬ Н0Б7К1!. Бг.эрэь'о прэзс-дгко комплексное

з;-гга.::л::я .-.;.:-• :-... дзфорузцки и

п;глз люлькой способности поюрхнозти ;т.и пупульенэх езетоьог, язгруькз. Пел серьйсыкй» лл^стнчзскс^ деферкзез!... в хода 5аах.чэдз;кг.ъхя, обньруйбкл .сссСзнессти покадения кстзллическхл

зеркал. которые проявились в характере изменения поглощатольной способности и Геометрии поверхисстй . Прсдоу.онстрирозгна жесткая корреляция з же поведении при зоздойстб'.-ги импульсного излучения ИК-лазеров. Обнаружено, что с зозижкозентам пластическая деформации возникает замедление роста средней за ккцульс г.оглоцательной' способности и максимального отклонения поверхности от первоначальной.' несмотря на возрастание плотности поглощенной энергии до начзла деструкции зеркала. Впервые, экспериментально определен порог образовании низкотемпературной плзстичосхох деформации. обусловленной ВОЗНИКПОВОНКеМ теруонагфяхвнип. прэвыш^яряс прешл текучести материала зеркала. Показано, что использование он гаке - акустячоского метода. как ото предложено з работе. позволяет прозздить нерянру^атда контроль этого параметра лая ясикитии уоливпл окг!п.зу<.тй;-гй.

показано. что ь импульсном рс.ч;т;.:о Бзаимо;:ейсть/к погл^аг^льной сйоссбв&сггх. кгтзлт.-Убсхо?. паъерун эсти нельзя оо>ясниггь то.и-ко росяи» ьо температуры.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Результаты, представленные • б диссертации, расоцрмдг информации о явлениях, происходящих црк взаимодействии импульсного излучения с зеркальной поверхность». Это позволяет более точно прогнозировать реким работы моталлоош'ики. при котором возникающие деформации обратимы, а ресурс работа зеркала определяется другими процессами. Экспериментальные данные о динамической мелкокомаелтабнок деформации и поглодатальноа способности поверхности позволяют оценить возможный вклад обратимых и необратимых процессов в оптическое качество лазерных пучков. Исследование механизма образования мелкомасштабных деформация при пробое и определение его как основной причины "старения" зеркал резонаторов на стендах импульоно-гюриодических ИК-лазеров, , позволяют сформулировать требования к условиям эксплуатации зеркал в конкретных установках.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

1. Комплекс методов регистрации динамических изменений оптических характеристик металлических зеркал.

2. Данные о порогах возникновения обратимой и необратимой деформации поверхности зеркал из кеда и циркониевой бронзы.

3. Количественные данные об изменении оптического качества

<г®о?отря) позвраности как зэ время ззаимодезстзия. так у. после него-

4. Количественна ряжь» у хвч*-<:т»знпыг х.->д тглж:Х'сс'"л поглгл^тя.'кчоя ажвиЗностл от гадульсЕО» пог^сзшис;: Оазр;/.;;.

г. били«'«связь диначукк' иа»«»к<?нуя. о.-тпсгйзуэтс . харг:сх&р.гс-глс мотгт^льск^л, иэркал» таэтазмэт&а&ай сшгобчостя *и госхотрии покэихнсстл. прсис-ходл,-.* при дапулъспоА сзетовс';; кагрупко.

ЛКЧЙй! ЬКЛАД' АВТОРА.. Бьйор л разраЗотнз • увт^Яик. з приложении к ' задача« • зкс:з?рк^Юйтагьяых • 'исследований. изготоал?киз . •йзйери'пэ^зкьж датчиков • и •.проведение» сахкх экспериментов выполнены лично автором.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ И ПУ5ЛККАДШ.: .ТЪзультага докгздавз.тась и. обсуждались на IV и VI Всесоюзных конферокиу-ях "Оптика. лазеров" (Лёнкагряд. «84 и 1990 гг.')-г vi. уц и уiii всосошных конфеге^л'-ях по нарезонанснору взйдаодвге-пдаэ 'оптического излучения с земство« (Вадыэдс. г! Лзнздград, 19гв и 1?9о гг.); 15 -Всесоюзной :1ауп13-твх'.вг¡аског конференции "БысспогкоростЕз.ч фотография.■ фото:отса '.и . метрология <&стоопрстек8Шйх процессов" . гчоездз. ¡.<?.9£ гь Ссновнсв содеркааке дассбрт?л*№> апуйлдаоза'ио. в г статьях••

:ТгУКТУ?А Я- ОБ' ЕМ РАБОТЫ. Дхесэртэция состоит из введения, четь'рэх глав. Заключения л списка -цитированной литературы, изложена за' 1«а" страницах," зклачадт • зь рисунков. Библиография поставляет нажэнсваыга-.'

СОДЁРЙШЕ РАБОТЫ

Во вбэдэнии обоснована необходимость . к . актуальность постановки ' работы, сфоркулироВЕиз основная цель' и -задачи иссло;;;ьааия. представлены основеыэ зазжпдемыз палохэяия.

ГЛАЗА 1 ссдаршгг литера гурный обзор по проблеме Бопщашг.вену.я и развития деформационных провесов, на поверхности жггаддквсках зеркал, изконзн'/я их шгладтедько* способности в ходе Езакмсдшсгаия и ъозу.о;чкйга влияния эти процэссоз ня работ;- лазериз.

Одна 153 осксъякх пробдэя лЕсзркоа. оягри - ото качество шб&рхзости ЗЗр.Ч2ЛЫШХ, эЛумэйтов. -что бс много» спрэдедот

■ сшцифхчосюм ■ характеркстйм лзёврнсгр излучения. - Шероховатость

поверхности, точность изготовления, поглощательная способность обусловливают кспольз'ованиз ошического сдауента в 'конкретной схеме, а порог пробоя (разруизния) и возкккаипку при свзтовог нагрузке изкенгчия оптических характеристик определяет энергетический диапазон ггода.енНмости. Основное. ■ внимание в литературе по стоя проолаке уделено - двум направлен!' -м. Первое касается термоупругого. .сефорюфования. -которое . характеризуется отсутствиеу. остаточных явления к относительно крупномасштабными искажениями поверхности. Исследтятся причины., - образования и возможное влияние на излучение. Это направление, в основном, представлено теоретическими работами. Нэ рассматривая проблему ьозкккновения пластической деформации или определяя • ее только как верхнюю границу применимости используемых моделей, авторы формулируют параметры стабильности зеркальных поверхностей• лазерных отражателей и влияние нерегулярной поверхности на диаграмму направленности. Второе направление, кироко освещенное в литературе, ото исследование остаточных явлений на поверхности и разрушение зеркал при многократном воздействии вследствие накопления пластических деформаций. Результат такого процесса' -появление мелкомасштабного рельефа, снижало отражения зоркая и порога пробоя. Без достаточного внимания оказалась проблема динамики зеркальная поверхности v изменения. тглссательно* способности . при ьозкишоьеь*1й як&упммжьй ^офоркахг.к-Экспериментальные иску^дг-вчнип. котг.г«,-? были гиоведзш в этой области, касались, в основа'»!, стационарных скзагкгтгодоифНв«} температурных рекимс» при' небольших пятнах взаимодействия. Пздэннэ зеркальней - • составляющей отраженного излучения объяснялось, как правило.' появлением диффузного отражения или увеличением поглощательной способности ' материала при его нагреве.

Сложность теоретического описания поведения поверхности при возникновении пластической деформации и незначительное количество экспериментальных исследований ' в этой области инициировали постановку настоящей, работы, в которой нашли отражение проблемы. - определяемые .динамикой импульсного воздействия: изменение - потлоцательной способности- геометрии поверхности и образование остаточных деформаций.

ГЛАВА з .посвящена описанию экспериментальной установки и

методов ■исследования. которое -лепользсвзллсь при вь'по^еяии работы. Основу окспорулмнталъного ствядэ есстэзлявт электроконазациошзъ:?'. СО-. С0а- лазер, хоторкй ког з зависимости от рабочего газа генбр>фг;взть оплтаескпо язлучвн:'.э ' в-спектральных даатазсках з у: с,« к ют. Все эксп&ру.чекти прозсдеись с "глздевиг »зшульсши • гэгерздкх» без пкчков. Распределен::? энаргж в пятке Б32У.чо,да?.стзхя <э-2,з гш б-осзкоз к П-обрззяому. Взразксгериость р&оггредаиззия не превышала 112У.. Длкъгьгэсть тапудъса излучения по. пэдушссго» дня С0а-лззврз , мне к 1.4.3 м/.с,' для" СО-лазер.-,, -"о ю:с. В качеств? образцов, з?ркэл использ*ьк:иеь • даскх. хадньз * из :;урнсн;:езо2 брснаы, поверхность которых обрабатывг-кзсь Ю ' технологи'!. сзог.стзенвоа для изготовления. схловых зеркал* продг.зретэльнсе алмазноэ фрезерован;» у. пол-фозка зодно-элуэзног сустзазиея < о. —*>о • А>. При проведении . эксйзрюкогэв' постоянно контролировались параметры лазерного излучения,' измерялась поглодательная сшссбзэсп» образцов. «суг<»отво7ляся контроль ' опгяческоя поверхности 'л структурных гж:-:«-;"/.'. г, кллриалз зеркала. Для оперативного контроля за поверхностью пр^-княлся метод фскзльнса каски. ноторьа позволял з хода взаха:одзйстБйя регистрировать деформирование зеркала и определять иокзнт возникновений остаточных явлений. Он основан на том. что на маску, расположенную б фокусе обьектиза. попадают почта все лучи зеркально отразившегося изучен:« Не-кь лазера- Лучи, отразившиеся от деформированной. поверхности.- проходят кино, попадая на ¿ОУ. Остаточный сигнал, свидетельствует о наличии необратимых деформаций.

Болев чувствительный и точный, квтод. который применялся и позволил получить КОЛКЧ8ЭТВ0ЯЙК8 д&такв о параметрах К Дйнгмикв изменений ясвврхнссти, это теневой метод кока Фуко. Кан-зсекпэ эталонного дефекта на исследуемо;! лонзрхностн в зоне найявдзнкя рядом с облзстгн взаимодействия. позволило сравнительно просто проводить калибровку в кээдсм кадр®. Пру этом. любая нестабильность 'установки (механическая. температурная) одинаково сказывалась на изьвужниинх угалпнэ объекта, что ¡^.-йаслу-л./ л из липкими при' нолнчеотьенкол обработка.

д;, определялось джголькск:ть:о жпульса

пудсгйика 1.6 мкс-

Иелользовячис: ох-тгичо-ачусг. учеакого ь ■ данн^?. работе

осноьуно па т;-у. 'что в лине^-ом ~ <'■•>. у,- рпг тптякия ' амплитуда сигнала. сак&йемдеч) с: .датчик-яг 1^люр1310'нал,Ы1ч ппглоршной ¿пергии (пр>1 но«1с»йг:стьз прочих усуювий) • '• Киоувени? • ¿кне^ностл е зависимости - термоябформэц«!' - капрякение сказывается, на залАчине оптцкотакустичеокото " Ъпьликз у.. . гз'ддетэльствует о выходе за пределы зоны упругости уатериаяэ' зотж&лз. Этот метод позволил с ' высокой ' точность-? определять порог, образования пластической деформации' поверхности • при взаимодействии с импульсным лазерным излучение«- Влсокая точность и чувстаггельнэсть. наряду'с простотой •реализации- обусловили приу.екэниа • - к&йоримзтрического метода дая. определения погловдтельно'и способности. Метод основан на пркхом измерении • схачка те^?ратуры. - обусловленного • гил'лодзяно?. световой энергией, если отсутствует лиминесцсштда. Зотегихически® или фотоэлектрические »ЭДекть;. При и*;;ульснок изучении ' измерялась средняя - за " импульс пог-жийтельнай способность- 'Три атом, измерения ке зависят .от характера отражения (зеркальное .или диффузное). что важно .при игшапхлуэяся геометрии поверхности в ходе взздаадейстаин. .Для- опрзде.аения обобдакного температурного коэффициента тхлощательной-спосос5ности зеркальный' образец с датчиком были '• помекрны в -вакуумную камеру. Проводилось два измерения;, до и -после нагрева образца и.из. ;;т:и дзух измерения При импульсном воздействии находился. коэффициент-

ГЛАВА з поевячена'-экспериментальным исследованиям динамики характеристик лазерной. йоталлооптики при импульсной световой нагрузке. Наблюдения за оптической поверхностью с помощью метода фокальной маски показали, что даме при незначительных плотностях падающей энергии поверхность меняет1 форму в течение импульса- а после его окончания, когда вклад энергии уже прекратился, "долго" Ьозвращартся в исходное состояние. Появление остаточного сигнала,' снимаемого с ФЭУ. и пятнистый вид отраженного излучения щи превышения некоторой юрогозоа ьаяичины свидетельствовали, .что на поверхности сформировалась мелкомасштабная структура хаотически расположенных микрограней.

На ' основании экспериментальных исследований все, деформационные изменения можно разделить на три стадии,, зависящие от поглощенной энергии и .определяемые качественными

изменениями сзмого процесса деформирования! переход от упругой деформации, it пластической й к. рэзрутглэ поверхности. Это касается, и максимальной деформации в импульсе, и' развития процесса в ходе взаимодействия.. Кгэдоа'. стадии' присущ свой диапазон текущих и средних за импульс характеристик: поглоЩателъной способности» диапазона изменений первоначальной геометрии поверхности_ (во время- импульса и ' остаточные); измезение ' структуры .материала- При- взаимодействии с высокоинтэнсизным импульсным излучение«, приводящим к деструкции поверхности, процесс проходит асе стадии. Для • меди (со,-лазер. ,tw-2i мхе) при плотностях поглощенной энергии, не превышающих ' о.35-о,4 Дк/ем* (первая стадия) ,■ возникает только '¡ррмоупругая дзфорМзхлч. а ; рмаксщгл • градиентов • тем:»ратуры

восстанавливает сьсв форму. Изменение поверхности в хсде ьза^ч^'^^ств^я НЛИГГ ПЧЧВНОУР'ЯЯ.ЙЛД^Ч хэр-г-' ' M4CS7.-IJ В з-ркглг.' с„-измерим с • рчгжрзуи зоны взаимглзг.Ястяия, 'а сргуэ-.нч высота ''ъс-т^чу.ьчкйя"' .{it; к концу импульса ■ монет достигал > 0,с.г-0«07 Хйфэреяь«$. '.во гремя ьзаимо^лствая. и остаточные деформации не образуются. На второй стадии.' при плотности поглощенной энергии 0,33-1,1 Дц/смг. когда возникающие термомеханические напряжения превысят ■ предел текучести, образуется пластическая' деформация. Дэжй при равномерном распределении интенсивности на поверхности начинает, появляться мелкомасштабная структура, которая' определяется процессами нежзеренного и ' внутризеренного скольжения' и которую можно описать высотой смещения дь и линейным размером неоднороднсстей д1. Одновременно проявляется промежуточный по Величине уровень деформированного' рёльефа. величина неровностей которого достигает ь-вг. от общего подъема н и пропорционально увеличиватся'до наступления•пробоя. Его возникновение связано с пластической • деформацией и является следствием остаточных напряжения от механической обработки и ' предыдущих воздействий. На рис. 1 показано изменение, параметров максимальной деформации, возникающей во время взаимодействия, в зависимости от плотности поглощенной энергии. Из графина видно, что с возникновением пластической деформаци замедляется рост высоты н и появляется мелкомасштабный рельеф. Развитие процесса на второй стадии приводит к измельчению масштаба'(¿п.ad, что свидетельствует о

РйО. I. Средняя высота подъема области вэаимрдейсгвзд

• над обтай плоокосгью (Н), высот мякронероцностей (дЬ) и дао средний'размер (л^ ) в шще' импульса взавмо-действия (на 20 мйо»Т«в 21 мкс) в 'завкекмсоти от плогкостй днермш»коглощ§ш1а0'Поверхностью .образца за импудьо •

Нт-шсота .области, взашлодействая обусловленная температурный расашрендем позерхноспшх слоев (ортогонально поверхности).

-ir

Солее гшном охвате и • •••дрергботкэ" поверхности д<??'?ктгм*л. В

хон:;й второй стадии прэксхедгг уячъсыжсо :к»г?Евназ развитая зеего -процесса» наблв:;а9тся Сксггрн?. рост общего подъема всей области взгж;до?.ствкя Ш5. севкое ухокыснкэ лпйлного размера (Д1) 7. ÎÎOBTCpHh'ï СКаЧКООбрЗЗНЫЯ ТОСТ ВЫСОТЫ MeJKOîœCILTîrôHOa деформации ;л:-о. Это третья стадия развития процесса, которая завершается пробоем зеркала. Процесс дофоруитсеяния б течение иупульег. про ¡год/.г те vs стадии. Харзкторн:гя приг.ер при^е^п . на р?с. т, гда гду-цотавлэна волоте--j д.,;* р>з:г/х к,.:йз>*.гнлг7Дс;?ся во времени. при ззаззодогв?*»« о пнпулвлвь.?; кзлучэяхзм со,-.г-;зера. Если здг.-т только ¿тзруггз де^ормированиз, то в области равномерного ра определенен иггонсйзеостх яа&яедэвтея плавный подъем поверхности, зыють до конца импульса, при сохранении ее первоначальной форма (кривая . Нсзншжоввю® пласткчоского ;®.рс£УК?:вання в хода ь^&жоцэ.*.стзия (кривая а) цризэджг к зн?'.-»дл<?йи:о и прекращения роста к, ко скотря на продоляз.о'Гиася вклад энергии в поверхность fueo. Ecr.ï плотность зкяргш такова, что при вза1эвд?у.агБки застушзт дэструхпия скривил то х концу иулульсг резко возрастает величина н. После окончания воздеАствия идет у.одлзнвая (порядка i мс> раяаксгщя обрати-ых деформаций, а с boshkkhobqkíu'm ятзстическсго деферуировзни:: на поверхности остаются следы ме^геренного - и внутризарекн- о - скольжения.

'.спользозаниэ оптико-акустического (ОА) метода при проведении экспериментов связано с недостаточной интенсивностью выхода дефектов на поверхность вблизи порога, что приводит его определение! оптическими. методами к завьи;онгь;д зк-тлтшияу. Оесбеньо ото проявилось ь оков^ринентах. при. длительности ¡«пульса излучения i,¿5 ккс. где двунратноо превышениз :г;рог* глистическс;; до in¡ ^Ддлоньио* СА. уатод.у., л-.-

изменений зерк^льч;i/i .["''в'-^.'хвости. Сдктко, - при зте.ч, появилось нбло.-дю "наклеп.-]'.'. дал которого характерно уналичокиз твердости материала за с^.-'т дефектности • структуры, что проявилось в несовпадении вэлк«чны • ОА отклика при увеличении к скиконки юадульсноя язгрузхк. Эксперимента проведенные с излученном сс-лазера и с образцами из циркониевой бронзы- но вымвили каних-хйо прикдаиаяькых расхождении . в механизмах взаимодействия. Вторая часть этой главы посвящена проблеме

ДО,ж м

0,19 'ф

г

/

/

т

ом

0,09

1,0

Г

/

I

) / I

I

"30 ■ & ¿мя

РИС.,2..Высока псдъьма ооласта взаимодействия кед поверхность» образца из М1РО (Н) н относительная плотность энергии на поверкньсти' к моменту времени Ь

) при. взалмоДййо1адй о ¡шдульоным . лазерным Излучением ЦЗЩ.; .. ? ' 1-^^,35 Дк/см2, 2-Щп =0,7 Дж/ск2. (- -—)- предполагаемой'ход кривой.

1лт«тгл1йпс деформации певерзитсти • - и?Увг.окУ!ь ег. геометрии.

с:«ог" процесса является нохстеж^рзтурнг'я шкхлг-еская деформация, возникающая. несмотря на значительные Механические згяряжззкя. :три низкой ттапрратут« повегжпста (по опенком не Ь':,ое 1:»:.. Отличительные особенности г?зарлнесгно'"; рельефа ог:; целг'тся сто'-луро^ ¡лч.

нукря'-ечны^ ^гтл'.-.ниеу. хностнеГи елся л депоольооогго

импульса. Увеличение д-нлельыссги импульса г.ризоптгг к усиление его "2:роян.лянще:"о' свойства дяя. внутренне; напряжен:"?. Для случая короткого н>'пульса лазера рисунок наклепано! о состояния материала от преи-дарительного алмазного точения, на образцах из игяк.'Нйеьиг бронзы. ощ>и проявляется, а доя импульса сэ-лг?ер.ч не сит дег.жхухда! характер. Ззрехсд к гтлинриоо'алднческок мед/. приводит к ргнч;уерк1ку ме.екоуаслгаоноуу рельефу. е котором больше проявляется нрогного.ляость лада-гл его л^лучякуя, че^ какие-либо заутренние особенности ; из-за отсут с ез/.я или невозможно ати хорошего науопления). Это нчЗленотгся и на 'образцах из нержавейке?, стали- При сднсиупульснок воздействии величина дефорузгиезног структуры не ¡¡ревылает 12 нм. но благодаря значительнным лкяеходм размерам в плоскости зеркала они дсстзтэтао хер»,г о наблюдаются с п'Жиз&в теневых методов- Многоимпульсноо воздействие приводит к значительно/ шгвгуугаырзвяе рельефе: с одной стороны идет укенкизн*^ высота и линейного размера неоднородностей, а с другой стороны. формируются более крупномасштабные колебания поверхности. которые достигают десятков нанометров (зо-бо нм при зо импульсах). Возникновение пробоя у поверхности зеркала (воздух -.окружающая свода), приводило к возникновению обширных зон, значительно превышающих размеры области взаимодействия, со следами пластической деформации. Причем, интенсивность деформационной структуры очень велика. Это является следствием высокого уровня энергии при пробое <200-250 Дм/см2 дгя сог-лэзера и 900 Дж/смг для со-лазера) и практически поолюго преобразования излучения в более коротковолновый диапазон, где отражение падает ниже бок. Исследование влияния динамической деформации на состояние поверхности зеркал, кхекдос покрытия (зазрггнке или отрзкавкда). показали, что тонкие и пластичные (Зхс.,) повторяют геометрию

пс-ъ-»;: хк(..сат "•»/•д^мух р^фдеч&в» н Лол,-о т^от«.:' и хр/илмо ;а.-ж^£1Пидсс:г.ь4.?> ^вт^ржк^т рас гросигдакхв, д*«» бзо г«т Ьст7.я пластической с-нг»лгс ' ч-зркмз. ¡четкого

детаял^вского по.лиглп г.ь из пластичного 'л/л

стиан£_ кожет "сдергавать' йбрйз.->вянй? . ссгзточнърс • • де^эркадиз .поверхности.

трэтьэг части главы гриндень: результаты яоелздоьэния • данггасл • тглецэтельноа способности» которые похаз&лу.. что при амиульснс« бззиуодойстьии 7х69тся тоенгя 'корролягкя с дипгж-:е.ско2 дефс.рхздкз-д поверхности. На ряс. . з . пршзд?нь; _ результата' калориметрических ксследсвг-глг 1»гло2«ьтэлы5эа способности («разков зеркгл из хэда к п>.ркониеьо:й брензп. Точкам;-:" X, Б и Б обозначена ни».яяи граница, при' которэ?: олгу.чоскиу.п ; кетод.ьу.и кьчиь-авт .рвтпстр;гровйться появление . остзточных дофоруили/. покслснооти. Еохизвно, что до' этого ' жоуекта ' тякпарату^лый коа.*»?г,пг/ант погло:.'-« сл=г.о& способности :-■? только Ус-ч^тс?.. ¡г. и по ' зььч^^льн:' больно ' и>..-.ч ч^п-ого. С ь^ликгл^нио:« ги^огичоской де^ерх^пин поверхности средне?. г^лглоултольнол. способности

15втбрззс)вт перегиб '/.- к~л Фг. дефоругщионном гр^киз, -не склтря ко уьс^з«вки.з глотк:;сги.издахлф?. гпиГло-деньзл) ичзргип. сбрззузтея "полочка". З.зк£;нчивзвтся пррпзсс глвторььа- ростах тоглэ^атольног способности, • -хотора:?. сьеззн . с . •дострукцж.1?. поверхности 'и* возникновением необратимого перехлдз кз згриссБуь часть кривой (дляу^дк!- При этсу.' прр&ая • часть хрпвоп мало у&кяотсн. что свидетелъствуат об гтацт^кодех ктак яжахич^ечуд про вь

СрвДНХХ Л 'Т Л Л Л. 1'ГС ЛЛЛ7 Л ОПОСООНОСТЬ•

Б ГЛАЗЕ Нр11эСДСдг: Р^зул1:тзты ЗКСТШрПУ.ОНТ^-сЬОГО ,ПССЛ£.д0ъзния мзлксузси'абьнх де;орхг:д:и'-зоркзл рззокЕТорз ь . иупулъснох и импульска-шриодачеслоу рнтуузх, тгжлг розуфтаты рзелота влияния килкокасш-абког дофоруопии оптики ни формирование? - фронта излучения в Лазорб и в систзуз »ядглудя генератор - усилитель. П ГюрВСА части ТЛШ,\ ОПИСЬВЗ 8КС:ДерКМСЯТЗЛЪН51Н установка и 1гредстаълены рй^ульта'.ч пссл^гль^чл, х*.;^ ' кУ'Ч'.рын бнло 410 воллл^новзч,^ и кзлксуллллзблок

дз£орх<л;/и ь импульсной и хкку.елко - пориоди :^оллк рехиузх Не икзет сув^ствоаказс разли-по": и опродоллл/гся длительностью иглульса и плотностью эноргии. При ун-л'олллгном &озд^.лсть.'л: излучения в

иупульсно - п£фи0дич-зск0к. чг^лсйз с обр^ззьлнлзу плс.с,£у.чзсклк

Рис. 3. Динамика поглощательной способности (А) в завискмостй ^ от плотности поглощенной энергии (!*£/]) для образцов из ¡ЯРО (I) л ЕРЦР (2,3) э импульсном излучении СО^ (1,2) и СО (3) лазеров. Штриховая часть кривой I характерна для многократного взаимодействия при

1,2 Дж/с.м2. Точки А,Б,В - мокент появления оптически обнаружимых остаточных деформаций.

деформации возникают необратимые изменения геометрии поверхности, сравнкше с динамической деформацией в махэнт взаимодействия. При этом, основной причиной дсмиааруюхег мелкомасштабной деформации зеркал резонатора при невысоких ' средних плстяо'стях зкходасй энергии, когда зеркала окрукзны воздухом ;:ли гззобсй смесью, а излучение :д?ет зараженный неоднородный характер, является пробой у погзрхнссп:.

• ■ Ео второй част;! главы предзтаигоны .результаты анализа влияния исследованной х:е:жсу.=;с5тгбЕох диншсческох деформации поверхности металлических ззркол на качество волнового фронта в ПК-лазере и системе зздзэдй генератор - усилитель. Анализ ' показал, что по мерз развития неоднсрсдностеа в а:-:пзко2 среде лазера увеличивается гедуляцкя: кстезсигшетк выходного излучения, а к концу импульса в распределении интенсивности развивается неоднородность, период которое совпадает с рельефом зеркала-Лгззрккя сс;г-усилитель сказывается наиболее чуЕствитглен к агфоркйзом, пространство.чЕь2' период которых расположен з диапазоне 3-7 хм, з их акшегудз менее к/100 влиянием деформация зеркал на фенз еффэктев, вызванных самовоздействием .излучения ь азтлвког ерздз, у.ояно пренэброчь.

В ЗАКЛЮЧЕНА! .изложены сскоееь'з результаты работы!

Впервые проведено комплексное . зкейерпкзнтзльное исслздованпе елияния импульсного характера световой нагрузки на динамику оптичзених. характеристик - металлической поверхности-Обнаружено к исследовано три стада! процесса динамического изменения , свойств поверхности зеркал, которые 'определяются деформационными явлениями.

2. Впервые, при лазерном взаимодействии, ' проведен' анализ .влияния деформационных процессов нз пеглецзтзльнух: способность

• металлической повврХЕоеп:. Показано опредзляхзхз значение динамики процосса образования деформационных структур на оптические характеристики.

3. Определен порог и исследована • временная аазискмость образования низкотемпературной пластической деформации поверхности мэдкшс зеркал при воздействии на Еее импульсных световых потоков.

4. В результате анализа различного уровня дефектности, отражающих поверхностей металлических зеркал определены

гаттесиваостк световых потоков, которые приводят х ограничению работоспособности кетаддеош-ических злоузнтов.

з. Пройден сравнитеЛ1.:г.л'; анализ зависимости' различных условия 23?.»ад5гста*<т на динаухху .изменение огоггесгзас характеристик уеталличсскизс зоркзл. Показано оггсоделлггес влияние 3 зтоу. npciy.cc? :«:хзтпг?ескхх своЛстз материала, формы ю-.пульса и его дозсольягстк.

6. 1!с<У5ЭДгВ2ЕС ЦЛКЯЯКЗ - С1ТГ2 ЮРСКОГО пробоя у поверхности на образованно необратимой кслкскасггабЕог деформации зеркал розонзтора- Похзззто, 7то при низких интексизяостях азаимздсйстзия пробег является опроделяюгея причиной остаточных деформаций отражякязг поверхности и приводит к с-е бмстрск деградации

7. 2 результате теоретического анализа, основанного на результатах экспериментальных исследования ди-гамики оптических характеристик, показано, что «елхсмасштгбнэя деформация зеркал может оказывать заметное влияние на работу лазера и усилителя.

з. Проведелнъв исследования механизма образования обратимых и носбратихых 'м&шжасЕТгабних деформация ззрхзл -на стендах импульсных "л нулульсяо-периодичесхих ИК-лгзоро5 определяют требования к условиям эксплуатации хотзллическнх зеркал в конкретных установках.

ОСНОВНОЕ СОДЦЕХАНИЕ ДЙССЕРТАЦЮ1 ОПУБЛИКОВАНО 3 РАБОТАХ:

1. Соколова P.C., Лиуконен P.A., Коновалов A.B., Петрас A.A., Трсфикенко А-М. Оптические покрытия для

СО-лазеров.- Тез. докл. 1У Всес. коЕф. "Оптика лазеров". Л.,

1984, с. 279.

2. Лиухонэй P.A., Соколова Р.и., Рудиня 0-Г-, Иванова Л.И., Коновалов A.B., Трофименко A.M. Исследование пробоя оптических покрытия импульсньм ИК излучением с длиной волны 5-6 мкм.- Тез. докл. У1 Всес. конф. по нерезонаясному взаимодействию оптического излучения с веществом, Вильнюс»

19S4, С. 249.

3. ЛиуКОН-'.-. P.A.. » Д.л'- Л^^я > |-<ЛЬпа1. «»С,{,»А$Я.Ч.'ХЬ y.O'i il.ú'VWúC'rtVüC viCiT-KH./: Б УСЛОВИЯХ K-ViCT^CKIV. - l6S. дС<нл. vu Б';ае. кояФ- гш B3iHX-.,re2CTBHio {,;гглчоск:>гс излучения с BícuacTjwy.. Л., ivas. с. о?.

4. Г. к., Трофлу..,*«ыс А.л. A'.vHHVy'iÁa .тглоа^^лкноя способное-.-.'. у.ета./гжчйсхи;: зеркал.-' я"ГФ. т. se, ь- с,с.

■. з.. ' Лиукочен P.A., Трофиуенко А.У.- Обратите и необратимее

процессо! «а повоохкости \-0т.:!лл07> пои импульсном ■ нзгроьа tuicshá "3 '.п-1-. lr<cg, t. 14, s. 17. с. 1010-î617.

Да/конок P.A., 7рофу.>унко A.Y. Использовапио тучевого ■иотедч для наблиненуя за джагинса Поверхностного-; ел.жф.:1 пру. лупульаяом нагреве-- т. о?, в. ю. с. i97~i<;--. ■

7. Коьгльчул Л.Б., Лпунонен P.A., Родионов А.Ю., Три^/мике Д.Y., С.Б., Гр-н;? ".П. 7-"'i"'.';;-;v:b:-ivy.c- влияния ne.J-pvaiv.v: "'.-j'iV.a.':-"' лiили r.■'".•-.míoO лучка в СС^-лаосрко»; елсв л .o• " i.с . дло;. vi конф. "Сгплка лазеров". Л., 179;. с. ю-?,

з. Лиукопон P.A., Трофи^снко А-М. Д/накика зегкалъноа поверхности кеталлоогтики.- Тез. докл. yiii Бсрс. ког.ф- по взаиуодалствий ОПТИЧеСКОГО кзлучс.-i/h 3 LcLpo'ïaOK. Л-, 1970, Т. 1, С. 111. ?. Ковалъчук Л.Б., Лиуко:-.ея P.A., Родионов А.Ю., Трофпуонко А.!/.. Селороъ С.Б., Юр-.уев М.С. Влияние динамической деформации оптики на фОруировл.ио Фронта излучепк* в лазери и в скстоке задайди;« генератор-усилитель.- Квантовая электроника. 1-991, тч ia,' и 4, с.

soc-oco.

ю. 3аякин А-А., K."Hob.:!.:t';j А-Д-. P.A.. Н-Ь.. ГГ. к

С.Б., Tpj.ji'.Meh/Cü А-У.-. IlybítopajúvO А-А- сх'йУ.а 'С лаз-ерно,:-.

проекционном Яйкр0йк1;зс.у. дли -исслздлваяпя де^ормадпи зеркал.- Тез. докл. Есес. научно-технич. конф. "Высокоскоростная фотография,.' фотсж&й и метрология Слстропротекаюдпх процессов". К., 1991.0.41. Ii. Лйуконек Ï.A., Трсфдаенко А.У.. Динам/ла »йдксжасстгаСНоа 'лзуььоний зеркальней поверхности моталлоолтики при их пульснсй световод нагрузке.- i?vi, - т. ùx, ь. хо, с. irr-ira.

Подгйкчйо к печсл'у кН.с>>ЯЛ/ м- _ *-ор;<;ат ¿схожую Пзч.а'/ь сфсегяаг-,. Уол-шч-л. i,05 Уч.-изд.л. Тиран юо ,окз. ЗаказСО-^Шш. ГСИ. Бьсплатно.