Разогрев неравновесных электронов проводимости в прозрачных твёрдых диэлектриках интенсивным высокочастотным электромагнитным полем

• Автор: Никифоров, Александр Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 160 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
РАЗДЕЛ 1. Анализ работ по проблеме оптического пробоя прозрачных
твёрдых диэлектриков
1.1. Введение
1.2. Общие замечания по теории ударной лавинной ионизации
1.3. Обзор методов исследования электронной лавины
1.4. Приближения квантового кинетического уравнения
1.5. Обзор основных работ, посвящённых моделированию разогрева горячих электронов полем
1.6. Проблема идентификации механизма оптического пробоя
1.7. Постановка задачи
РАЗДЕЛ 2. Моделирование электронной лавины методом статистических испытаний
2.1. Введение
2.2. Методика расчёта постоянной развития лавины
2.3. Распределение неравновесных электронов по энергии
2.4. Учёт разогрева решётки
2.5. Диффузионное приближение квантового кинетического уравнения и численное моделирование
2.6. Генератор псевдослучайной последовательности
2.7. Основные результаты и выводы
РАЗДЕЛ 3. Анализ развития лавины в случае нескольких эффективных механизмов рассеяния горячих электронов на решётке
3.1. Введение
3.2. Моделирование лавины в предположении двух эффективных механизмов электрон-фононного взаимодействия
3.3. Время релаксации импульса горячего электрона в присутствии сильного электромагнитного поля
3.4. Особенности учёта разогрева решётки для нескольких эффективных механизмов рассеяния электронов на фононах
3.5. Одночастичная мацубаровская функция Грина фонона с учётом трёх- и четырёхфононных процессов
3.6. Основные результаты и выводы
РАЗДЕЛ 4. Применение компьютерного эксперимента к исследованию ударной лавинной ионизации
4.1. Введение
4.2. Сравнительный анализ результатов моделирования квантового кинетического уравнения и уравнения Фоккера-Планка
4.3. Идентификация лавины в качестве предельного механизма оптического пробоя
4.4. Перераспределение поглощённой энергии между электронной и фононной подсистемами за время действия импульса
4.5. Влияние разогрева решётки на постоянную развития лавины
4.6. Основные результаты и выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Являясь одним из фундаментальных вопросов физики взаимодействия интенсивного электромагнитного излучения с конденсированными средами, оптический пробой твердых диэлектриков, впервые наблюдавшийся в 1964г. [66], [79], уже многие годы привлекает пристальное внимание исследователей. Неослабевающий интерес к этой проблеме обусловлен исследованиями протекающих на ультракоротких временных масштабах процессов, задачами проектирования высокополевых оптоэлектронных устройств [92], многочисленными приложениями лазера в технологиях прецизионной обработки оптических материалов [4], [58], [65], [85], [133]. Благодаря сильной локализации области разрушения короткоимпульсные лазеры находят широкое применение в биологии [127] и хирургии [95]. Таким образом, всё большее значение приобретает задача контроля области разрушения.
С другой стороны, оптический пробой диэлектриков является одним из основных физических факторов, ограничивающих максимально возможную мощность лазерных систем, и сужает тем самым потенциальную область приложений ультракоротких импульсов. В последние годы проблема повышения лучевой прочности лазерных материалов, оптических элементов приобрела исключительное значение в связи с крайне жесткими требованиями, предъявляемыми к лазерным системам установками лазерного термоядерного синтеза. Кварцевые пленки и светоделители являются, как правило, самыми «слабыми» элементами в конструкциях таких систем, как МБ, ЫРЕЛ, ЫУЕ и ЕЫ [62], [101].
Изучение ответственных за оптический пробой процессов представляет интерес как с точки зрения создания новых материалов, так и в плане выработки рекомендаций по обработке образцов, которые в зависимости от

феноменологическими рассмотрениями, опирающимися на стандартное уравнение скорости, и микроскопическими подходами. Однако, упрощающие предположения, принятые в работах [107], [108] исключают возможность использования метода для изучения процесса развития лавины в пикосекундном диапазоне длительностей импульсов. Исследование влияния микроскопических процессов на формирование распределения электронов в рамках метода скоростного уравнения, конечно, также не представляется возможным, поэтому естественным следующим шагом на пути анализа развития лавины является применение кинетического подхода.
Кинетическое уравнение Больцмана
Первые попытки применения кинетического уравнения Больцмана к задаче разогрева электронного газа полем восходят к работам [75], [122], которые содержали допущение, что распределение электронов по энергиям остаётся близким к больцмановскому даже в достаточно сильных электрических полях (это условие может соблюдаться, конечно, лишь при предпробойных концентрациях электронов). Критическим считалось такое поле, при котором либо функция распределения не поддавалась нормализации [75], либо электронная температура обращалась в бесконечность [122]. При этом взаимодействие электронов с полем предполагалось классическим.
В работах [33], [47] было получено квантовое кинетическое уравнение, описывающее эволюцию функции распределения невырожденного электронного газа /{р,О в сильном поле излучения для случая, когда частота падающего излучения существенно выше частоты электрон-фононных столкновений Тр~'