Lecture-8.ppt

ФИЗИКА»
ЛАЗЕРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
Лекция-8

вынос массы Δm [мг]
удельный вынос массы μ = Δm/E [мг/Дж]
удельная

энергия разрушения ε =E/Δm = 1/μ [Дж/г]
интегральный импульс отдачи I [н с]
удельный импульс отдачи J = I/Q [н с / Дж/см2], где Q [Дж/см2] – плотность энергии
кинетика разрушения: – зависимость диаметра и глубины лунки от времени – d(t), h(t), h/d (t).
порог разрушения W [Дж/см2]
скорость фронта плавления vm [см/c]
скорость фронта испарения vb [см/c]
скорости разлета частиц, пара, плазмы [см/c]
критические плотности мощности qc1, qc2, qc3 [Вт/см2],
порог плазмообразования qпл [Вт/см2],
давление на поверхности P [атм]
температура плазмы Tпл и ее зависимость от расстояния до поверхности.
Оптические свойства: - поглощающая способность A = 1-R;
коэффициент поглощения α [см-1]
зеркальный коэффициент отражения Rз
диффузный коэффициент отражения коэффициент отражения Rд

и фокусирующую оптические энергетические системы и создает на поверхности образца

необходимые плотности мощности и плотности энергии для проведения того или иного технологического процесса. Система пассивных фильтров служит для дискретного изменения плотности мощности на образце без изменения параметров лазерного импульса. С целью изменения формы импульса в установке предусмотрена возможность выбора типа резонатора: плоско- параллельный, сферический, полу- сферический, а также возможность модуляции добротности резонатора с помощью активных фильтров. Часть излучения отклоняется для осуществления мониторинга импульса с помощью измерителя энергии и фотодетектора. Блок синхронизации служит для запуска записывающего осциллографа и скоростного фоторегистратора, регистрирующего результат воздействия лазерного излучения на исследуемый образец.

в режиме щелевой развертки и в режиме лупы времени.
В

первом случае в объективе регистратора устанавливается узкая щель, изображение которой над поверхностью материала фиксируется на фоточувствительной пленке. Движение изображения щели по пленки с помощью быстро вращающегося зеркала позволяет фиксировать во времени процесс разлета частиц, пара и плазмы, возникающих на поверхности под действием лазерного излучения. На фоторегистрограмме появляются траектории движения частиц, пара и плазмы, причем тангенс наклона к оси времени дает значение скорости разлета.
В режиме лупы времени перед чувствительной пленкой вкладывается вставка из набора мини-линз, каждая из которых фиксирует изображение поверхности образца в определенный момент времени.

пара над поверхностью образца и динамики образования лунки и разрушения

материала внутри образца используется метод полупрозрачной мишени. В этом случае к полированной поверхности металлического образца механически прижимается кварцевая (стеклянная) пластина, а лазерное излучение фокусируется на границу раздела так, что она делит лазерный луч пополам. Половин излучения проходит свободно через прозрачную мишень, в то время, как другая половина испаряет металл. При этом настроенный для наблюдения через прозрачную мишень фоторегистратор в режиме лупы времени позволяет наблюдать как процессы над поверхностью образца, так и под его поверхностью, т.е. фиксировать динамику разрушения.

струи испаренного металла при воздействии импульса лазера на стекле с

неодимом с энергией 150 Дж и длительностью 2 мс на полупрозрачную мишень магний- кварц, снятые со скоростью 105 кадров в секунду.

импульса рубинового лазера на поверхность алюминия при атмосферном давлении. Можно

наблюдать что скорость разлета частиц падает при удалении от поверхности за счет противодавления атмосферы. Однако присутствуют также и ускоряющиеся в процессе разлета частицы. Это возникает вследствие испарения частиц под действием лазерного излучения, приводящего к эффекту реактивного движения.

При увеличении плотности мощности на поверхности до qпл ≈ 108-109 вт/см2 над поверхностью возникает эрозионный плазменный факел, фронт движения которого также фиксируется на фоторегистограмме. Можно наблюдать, что периодически происходит разрыв фронта вследствие гашения плазмы из-за эффекта сильной экранировки поверхности плазмой, активно поглощающей лазерное излучение.

рубинового лазера с энергией 20 Дж и длительностью импульса 1.2

мс. Съемка произведена на скоростном фоторегистраторе ВФУ-1 (максимальная скорость съемки – 2,5 106 кадров в секунду) при подсветке поверхности зондирующим лазером, работающим в режиме упорядоченных пульсаций. Число пичков с импульсе зондирующего лазера составляет 12, что соответствует числу кадров скоростной фотосъемки.

пьезочувствительных материалов, эффективно преобразующих механическое воздействие в электрический сигнал. В

качестве датчиков при длительностях импульса в милисекундном диапазоне удобно использовать пьезокерамики, в микросекундном диапазоне – кварц, в наносекундном диапазоне – тонкие полимерные пленки.
Принципиальная схема датчика: образец, на поверхность которого воздействует лазерный импульс размещается на пьезодатчике, соприкасающимся другой поверхностью со звукопроводом, окруженным звукопоглощающим материалом (звукоизолятором).
Материал звукопровода должен подбираться из условий минимального коэффициента отражения упругой волны γ на границе пъезоэлемент-звукопровод.
γ = (ρ2s2 - ρ1s1/ ρ2s2 + ρ1s1)2, где s2 , s1 – скорости звука, ρ2 , ρ1 – удельные плотности сред.
Отсутствию отражения соответствует условие равенства акустических сопротивлений ρ2s2 = ρ1s1 .

U(t) достаточно точно повторяет функцию давления отдачи P(t), возникающего на

поверхности образца.

Верхний луч – лазерный импульс, нижний луч – сигнал давления при плотности мощности ниже порога плазмообразования.

U(t) достаточно точно повторяет функцию давления отдачи P(t), возникающего на

поверхности образца.

Верхний луч – лазерный импульс, нижний луч – сигнал давления при плотности мощности выше порога плазмообразования. Наблюдается автоколебательный процесс вследствие экранировки плазмой поверхности.