Микро- наноструктуры и гидродинамические неустойчивости, индуцированные лазерным излучением на поверхности твердых тел, и их диагностика методами лазерной и зондовой микроскопии

• Автор: Прокошев, Валерий Григорьевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 245 с. : 65 ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава I. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ЛАЗЕРНОЙ ДИАГНОСТИКИ И ЛАЗЕРНЫЕ МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ МИКРОСТРУКТУР.
§1.1. Методы диагностики лазерноиндуцированных процессов 39 §1.2. Лазерная диагностика при помощи усилителя яркости оптических изображений

§1.3. Экспериментальная установка и методика измерений

§1.4. Формирование изображения в лазерном проекционном

микроскопе

1.4.1. Дифракционная задача и формирование поля на входе лазерного усилителя

1.4.2. Образование изображения в лазерном мониторе

1.4.3. Формирование изображения в лазерном усилителе яркости

§1.5. Формирование микроструктур при лазерной термохимической модификации поверхности
§1.6. Визуализация процесса сварки оптических волокон при
помощи лазерного монитора
§1.7. Гидродинамика формирования микроструктур при лазерном воздействии на вещество
1.7.1. Гидродинамические процессы в ванне расплава
1.7.2. Математическая модель термокапиллярной конвекции
1.7.3. Математическое моделирование динамических процессов при образовании структур и неустойчивостей на поверхности вещества
1.7.4. Экспериментальные результаты
Выводы к главе

Глава II. ЛАЗЕРНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ПОВЕРХНОСТЬ ГРАФИТА И ДИАГНОСТИКА В РЕАЛЬНОМ МАСШТАБЕ ВРЕМЕНИ ПЛАВЛЕНИЯ ПРИ АТМОСФЕРНОМ ДАВЛЕНИИ.
§2.1. Методика экспериментальных исследований воздействия квазипериодического лазерного излучения на поверхность
графита
§2.2. Экспериментальные результаты и их обсуждение
§2.3. Методика восстановления трехмерного рельефа поверхности по ее двумерным изображениям
§2.4. Плавление углерода, нагреваемого сконцентрированным лазерным излучением в воздухе при атмосферном давлении и температуре, не превышающей 4000 К
§2.5. Исследование поверхности образцов после лазерного воздействия
2.5.1. Исследование нагреваемой поверхности графита с помощью лазерного монитора и оптического микроскопа
Выводы к главе II
Глава III. ГЛАВА III. ФОРМИРОВАНИЕ СУБМИКРОННЫХ И НАНОСТРУКТУР НА ПОВЕРХНОСТИ УГЛЕРОДОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.
§3.1. Наночастицы, нанокластеры и наноструктуры. Методы их
получения в поле лазерного излучения
3.1.1. Классификация
3.1.2. Аллотропные формы углерода. Углеродные нанотрубки
3.1.3. Получение нанотрубок и наноструктур
§3.2. Описание экспериментальной методики
§3.3. Объект исследования. Параметры лазерного воздействия
§3.4. Образование микро- и наноструктур на поверхности
стеклоуглерода при лазерном воздействии
§3.5. Особенности поверхности углеродосодержащих материалов после кристаллизации, возмущенной лазерным им-
пульсно периодическим излучением
Выводы к главе III
Глава IV. ФОРМИРОВАНИЕ УГЛЕРОДНЫХ СУБМИКРОН-НЫХ И НАНОСТРУКТУР НА ПОВЕРХНОСТИ ХОЛОДНОЙ ПОДЛОЖКИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ПОВЕРХНОСТЬ УГЛЕРОДОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ.
Введение
§4.1. Лазерная абляция. Тепловая и гидродинамическая модели
(краткий обзор)
§4.2. Экспериментальная методика
§4.3. Наблюдение процесса лазерной абляции и осаждения частиц на подложку в реальном масштабе времени при помощи лазерного монитора
§4.4. Исследование области осаждения аблированных частиц на подложке при помощи сканирующего зондового микроскопа
§4.5. Формирование субмикронных и наноструктур в слоистой
системе подложка из кварцевого стекла - металл
§4.6. Результаты экспериментов
§4.7. Формирование наноструктур на поверхности холодной подложки при воздействии импульсно-периодического излучения с наносекундной длительностью импульсов
§4.8. Экспериментальное сопоставление процессов лазерной абляции твердых мишеней в воде и воздухе при пикосекундной длительности импульсов

которой распространяются волны, возбуждаемые при лазерном воздействии. Такие волны в жидкости известны как капиллярные. Условия их генерации, распространения и основные характеристики изучены достаточно подробно. Однако количество экспериментальных работ, в которых были предприняты попытки наблюдения в реальном времени волн, возникающих под действием лазерного излучения на поверхности жидкого металла, сравнительно невелико. Основными причинами, затрудняющими исследования такого рода, являются малый масштаб области воздействия и высокая температура внутри нее, а главное, наличие яркого экранирующего плазменно-эрозионного факела над изучаемой зоной, который усложняет ее визуальный контроль. Во многих случаях изображение области лазерного воздействия представляет собой сложное распределение участков различных градаций яркости, формы и оттенки которых меняются во времени. В частности, так выглядит оптическое изображение области развития гидродинамических неустойчивостей, индуцированных лазерным излучением в расплаве металла в режимах характерных для определенных лазерных технологических процессов. В связи с этим представляет несомненный интерес применение статистических методов обработки оптических изображений для идентификации режимов развития лазерно-индуцированных неустойчивостей на поверхности вещества.
В данной главе проведена классификация оптических изображений области лазерного воздействия на поверхности металла, полученных при помощи описанной выше экспериментальной установки. В процессе воздействия одного лазерного импульса длительностью т = 1,5 мс характер оптического изображения меняется от регулярного в начале воздействия до хаотического и волновых структур.
На основе оригинальной методики обработки оптических изображений получено распределение энергии по пространственным частотам для гидродинамического процесса в области лазерного воздействия при раз-