Формирование оптических и механических свойств кристаллических и аморфно-нанокристаллических материалов при селективной лазерной обработке нано- и микрообластей

• Автор: Ушаков, Иван Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 345 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Взаимодействие лазерного излучения с неоднородными микро- и нанообластями формирующими оптические и

механические свойства твердых материалов

1.1. Физические механизмы инициирования оптического

пробоя в твердых прозрачных материалах

1.2. Физические процессы, сопровождающие оптический пробой. Вспышка свечения. Деформирование и разрушение в

микро- и макрообластях

1.2.1. Современные представления о влиянии временных флуктуаций лазерного излучения на закономерности
разрушения
1.2.2. Теоретические модели и экспериментальные закономерности разрушения твердых прозрачных
диэлектриков в результате оптического пробоя
1.2.3. Теоретические представления о механизмах разрушения прозрачных материалов, обладающих
высокой оптической прочностью
1.3. Деформирование и разрушение в прозрачном материале за счет механических напряжений, вызванных воздействием лазерного излучения
1.4. Физические закономерности реализации оптического
пробоя на поглощающем включении
1.5. Кинетические характеристики развития оптического пробоя. Пластическая деформация и разрушение,
сопровождающие процесс оптического пробоя
1.6. Физическая природа вспышки свечения, сопровождающей оптический пробой поглощающего включения
1.7. Плавление в объеме прозрачного материала под действием излучения лазера. Залечивание лазерных повреждений

1.8. Влияние микро - и макродефектов на оптическую и механическую прочность твердых прозрачных материалов
1.9. Консолидированные нанокристаллические материалы
1.9.1. Структурные особенности и механические свойства консолидированных нанокристаллических материалов
1.9.2. Распад аморфной фазы аморфного металлического сплава с образованием стабильной
аморфно - нанокристаллической структуры
1.10. Структурные особенности аморфных
металлических сплавов
1.11. Эволюция структуры и свойств твердых непрозрачных материалов в условиях обработки лазерным излучением
1.12. Цель и задачи исследования
Глава 2. Исследование разрушения и пластичности в оптически прозрачных кристаллах с макроскопической трещиной под
действием излучения импульсного лазера
2.1. Влияние трещин на оптическую прочность твердых прозрачных материалов
2.2. Методика эксперимента
2.3. Разрушение кристаллов без исходной трещины и с исходной макроскопической трещиной вследствие
оптического пробоя на поглощающих включениях
2.4. Повреждаемость кристаллов с макротрещиной в
условиях приповерхностного оптического пробоя
2.5. Изменение дислокационной структуры в результате облучения щелочногалоидных кристаллов с исходной макроскопической трещиной. Залечивание в вершине лазерноиндуцированной трещины
2.6. Лазерное стимулирование процессов залечивания и
релаксации напряжений в вершине макроскопической трещины

2.7. Взаимодействие лазерноиндуцированной трещины и
исходной макроскопической в оптически прозрачных кристаллах
2.8. Выводы
Глава 3. Взаимодействие исходной макроскопической трещины с лазерноиндуцированной трещиной. Временная зависимость оптической прочности твердого прозрачного диэлектрика содержащего макроскопическую трещину
3.1. Методика эксперимента
3.2. Морфология разрушения монокристаллов с
исходной макроскопической трещиной
3.3. Взаимодействие исходной макроскопической и
механически инициированной трещины
3.4. Взаимодействие исходной макроскопической
и лазерноиндуцированной трещин
3.5. Морфологические особенности разрушения при выходе растущей трещины на боковую грань кристалла
3.6. Влияние времени существования трещин на оптическую прочность твердых прозрачных материалов
3.7. Интерференционные явления на макроскопической трещине и на выходной грани твердых прозрачных
материалов и их влияние на оптическую прочность
3.8. Особенности инициирования оптического пробоя на плоскости трещины и выходной поверхности самосфокусированным излучением. Оптический пробой и интерференция света в условиях нелинейного отклика оптической среды на внешнее воздействие
3.9. Механическая прочность твердых прозрачных диэлектриков при оптическом пробое на
поверхности трещины
3.10. Выводы

ностью света критической величины возникает волна прогрева и поглощения света, которая распространяется в глубь вещества от поверхности включения. Авторы выполнили расчет порога ОП для случая сильнопоглощающей и слабо-поглощающей неоднородности. Концентрация неоднородностей считается достаточно малой, чтобы можно было пренебречь их влиянием друг на друга. Излагаемый расчет корректен при условии, сI2 « ах « Я2, где а - теплопроводность среды, К - размер неоднородности (наибольший), с1 - расстояние между ними. Авторами установлено, что основной вклад оказывают самые крупные ПВ.
Для случая сильнопоглощающего включения рассматривается малое металлическое включение внутри прозрачной среды. Нагревание среды вблизи неоднородности будет приводить к появлению дополнительного поглощения света. Температурная зависимость поглощения прозрачного диэлектрика всегда очень резкая и может быть описана формулой % = Ье~Е1Т . Плотность теплового потока, отдаваемого неоднородностью в окружающую среду, считают равной а(К., коэффициент а(Я) может быть вычислен из решения задачи о дифракции света на неоднородности. Авторы получили численную оценку плотности потока излучения, необходимого для пробоя среды с поглощающими неоднородностями:
Для типичных значений х=Ю5 кал/см*сек, Е=6* 104 К, а~0,1,11=10'5 см
тально измеренным порогом ОП стекла.
Слабопоглощающая неоднородность может представлять собой «сгусток» с повышенной концентрацией примесей, поглощающих излучение. Получено вы-
Линейный коэффициент поглощения неоднородности, обусловленный наличием примесных атомов, дается следующим выражением:
п<ту(Т) п 1Гк
(1.10)
получаем д*=109 Вт/см2, что согласуется по порядку величины с эксперимен-
ражение для критической интенсивности в случае, когда у» и /„ :
(1.11)