Оптическая стойкость прозрачных материалов для мощных импульсных CO2-лазеров

• Автор: Рогалин, Владимир Ефимович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 155 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОПТИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ИМПУЛЬСНЫХ С02-ЛАЗЕРОВ.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ НИХМАТЕРИАЛОВ

1.1. Общие сведения об импульсных С02-лазерах и элементах их конструкции

1.2. Условия работы выходных зеркал и окон. Факторы, влияющие

па их работоспособность

1.3. Оптические материалы для области спектра 10 мкм. Общие

требования к материалам оптики мощных лазеров

Выводы
ГЛАВА 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОРОГА ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПЛАЗМЫ ВБЛИЗИ ПОВЕРХНОСТИ ОПТИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА.
МОРФОЛОГИЯ ВОЗНИКАЮЩИХ ПОВРЕЖДЕНИЙ
2.1. Экспериментальная установка и методика исследований
2.2. Особенности возникновения плазменного факела вблизи поверхности оптических материалов и его взаимосвязь с их реальной оптической стойкостью
2.3. Исследование морфологии объёмных и поверхностных повреждений
в оптических материалах, возникающих в результате воздействия .
2.4. Обсуждение полученных результаюв
Выводы
ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ЭФФЕКТА ПЛАЗМООБРАЗОВАЫИЯ НА ПРОХОЖДЕНИЕ
ЛАЗЕРНОГО ИМПУЛЬСА ЧЕРЕЗ ОПТИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ
3.1. Методика измерений
3.2. Прохождение импульса излучения С02-лазера через плазму низкопорогового оптического пробоя воздуха
3.3. Прохождение пиковой части лазерного импульса через
оптические элементы
3.4. Возможные механизмы потерь излучения при прохождении через оптику .76 Выводы

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ
ИМПУЛЬСНОГО С02-ЛАЗЕРА С МОНОКРИСТАЛЛАМИ
ГЕРМАНИЯ
4.1. Методика эксперимента
4.2. Прохождение мощного лазерного импульса через кристаллы
германия
4.3. Исследование морфологии повреждений германия
4.4. Обсуждение полученных результатов
Выводы
ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ ПОГЛОЩАЮЩИХ МИКРОНЕОДНОРОДНОСТЕЙ НА ОПТИЧЕСКУЮ СТОЙКОСТЬ ЩЕЛОЧНО-ГАЛОИДНЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ
5.1. Методика исследований
5.2. Морфология объёмных повреждений в ЩГК
5.3. Статистика распределения полостей по размерам в зависимости
от условий воздействия
5.4. Влияние структуры точечных дефектов кристалла на
параметры пор
5.5. Взаимодействие лазерного импульса с радиационными
дефектами в ЩГК
5.6. Кинетика отжига полостей в ЩГК, возникающих в результате воздействия лазерным импульсом
5.7. Оптический пробой на поглощающих микронеодпородностях
в ЩГК. Обсуждение полученных результатов
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
Создание мощных лазерных систем на С02, излучающих в области 10 мкм. является одним из основных направлений развития лазерной техники. С02-лазеры широко применяются для стимулирования химических реакций, лазерного термоядерного синтеза, разделения изотопов, в лазерных технологиях и т.д [1-18].
В этих лазерных системах зачастую необходимо применение выходного элемента -окна или полупрозрачного зеркала, разделяющего активное вещество и атмосферу. Одним из основных факторов, ограничивающих технические характеристики С02-лазеров, является недостаточно высокая лучевая стойкость выходной оптики. Так, предельно достижимая интенсивность излучения реальной лазерной системы в настоящее время определяется, как правило, оптической стойкостью выходного элемента. Поэтому весьма актуальной является задача исследования физики процесса взаимодействия мощного лазерного луча с прозрачным оптическим элементом.
Оптика диапазона 8-44 мкм развита намного слабее, чем оптика видимого диапазона, что в первую очередь вызвано дефицитом недорогих, но высококачественных оптических материалов. В этой области прозрачны лишь некоторые, в основном, монокристаллические материалы. Поэтому очень часто выходные параметры С02-лазеров ограничиваются свойствами применяемых в них ИК-матер налов.
Настоящая диссертационная работа посвящена изучению процессов, определяющих оптическую стойкость прозрачных ИК-материалов к воздействию излучения мощного импульсного С02-лазера. Исследования проведены па 13 наиболее перспективных кристаллах. Была поставлена задача: сопоставить в одной серии экспериментов, в условиях, максимально приближённых к реальным, их оптическую стойкость. Также необходимо было выявить перспективы использования этих материалов для изготовления выходных элементов мощных импульсных С02-лазсров. Кроме того, в перечень поставленных задач исследования входило выяснение причин выхода из строя реальных оптических элементов и поиск путей их реставрации, а также определение технологических резервов улучшения качества материала.
Данные, полученные в работе, могут быть использованы при разработке мощных С02-лазеров, комплексов специального вооружения на их основе, в том числе, предназначенных для борьбы с высокоточным оружием. Кроме того, эти сведения могут
Данные, приведённые в таблицах, взяты из справочников и монографий [97-99, 180-182, 204, 209, 211, 213, 214, 220] и обзоров [21-31, 36, 51, 54, 205, 215], а также и оригинальной литературы [37, 78, 81, 82, 96, 193, 203, 212, 216-219, 221, 222]. Выбор параметров материала определялся условиями его эксплуатации в лазерных системах.
Таблица 1.3. Теплофизические свойства ИК материалов
№ п/п Материал Коэффициент расширения (Ю-6 °С) Удельная теплоёмкость (Дж/см3х°С) Теплопро- водность (Вт/мх°С) Г абариты (мм)
1 NaCl 38,95 1,845 6,5 0300x
2 KCl 37,4 1,347 6,5 0300x
3 KBr 37,6 1,197 4,8 0250x
4 KI 40,6 3,1 0200x
5 CsBr 47,0 1,171 0,96 0250x
6 Csl 48,6 0,9094 1,13 0250x
7 AgBr 30,0 1,984 1,15 075x
8 T1C1 34,
9 TIBr 54,
10 KRS-5 51,
11 KRS-6 58,0 1,27 0,54 0250x
12 BaF2 49,
13 AgCl 18,4 11,7 0
14 Алмаз (С) 1,1 1,561 2
15 Ge 5,75 1,652 59 0205x
16 GaAs 5,74 1,420 54 030x
17 ZnS 6,7
18 ZnSe 7,0 2,646 13 420x600 листы поликр.
19 CdS
20 ZnTe 3,5 || оси С 5,0 Хоси С 20 || оси С 060x
21 CdSe 4,3 060x
22 CdTe 4,5 1,224 7,
23 Иртран-4 (ZnSe) 7,4 0620x
24 Иртран-6 (CdTe) 5,
25 AS2S3 23,7 0,
26 Ge28Sb12Se60 16,0 1,25 0,