Том 37, номер 04, статья № 9

Аннотация:

Теоретически исследовано распространение излучения волоконного иттербиевого лазера с длиной волны 1,07 мкм в прессованных микропорошках из прозрачных полупроводниковых и диэлектрических материалов (ZnSe, MgF₂, CaF₂, SiO₂, BaF₂, MgAl₂O₄, Al₂O₃, Nd:Y₂O₃, YSZ и TiO₂), показатели преломления которых находятся в диапазоне 1,38 ¸ 2,48. В результате расчетов установлено, что сочетание рассеяния и интерференции излучения в среде из частиц диаметром порядка микрон приводит к усилению интенсивности излучения в локальных участках среды на один-два порядка по сравнению с интенсивностью падающего излучения. Показано, что с ростом показателя преломления материала частиц это усиление возрастает. По нашему мнению, в подобных локальных максимумах запускаются как нелинейные механизмы поглощения лазерного излучения, приводящие к забросу электронов в зону проводимости, так и процессы ударной ионизации, приводящие к лавинообразному росту концентрации электронов в этой зоне. В результате материал начинает нагреваться вплоть до абляции.

Ключевые слова:

распространение излучения, уравнение Гельмгольца, ударная ионизация, диффузия электронов, уравнение Больцмана

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Прохоров А.М., Конов В.И., Урсу И., Михэилеску И.Н. Взаимодействие лазерного излучения с металлами // М: Наука, 1988. 538 с.
2. Ионин А.А., Кудряшов С.И. Самохин А.А. Абляция поверхности материалов под действием ультракоротких лазерных импульсов // Успехи физ. наук. 2017. Т. 187, № 2. С. 159–172.
3. Смирнов Н.А., Кудряшов С.И., Ионин А.А. Роль протяженного филаментационного фокуса при абляции поверхности кремния в водной среде ультракороткими лазерными импульсами // ЖЭТФ. 2022. Т. 162, № 1. С. 55–59.
4. Minh N.Q., Takahashi T. Science and technology of ceramic fuel cells: Amsterdam: Elsevier, 1995. 366 p.
5. Ikesue A., Aung Y.L., Lupei A. Ceramic lasers. Cambridge: Cambridge University press, 2013. 445 p.
6. Данилейко Ю.К., Маненков А.А., Нечитайло В.С. Исследование объемного лазерного разрушения и рассеяние света в кристаллах и стеклах // Тр. ФИАН. 1978. Т. 101. С. 31–74.
7. Osipov V.V., Lisenkov V.V., Platonov V.V. Ablation of oxide materials and production of nanopowders by ytterbium fiber laser // Appl. Phys. A: Mater. Sci. Proc. 2015. V. 118. P. 1133–1144.
8. Осипов В.В., Лисенков В.В., Платонов В.В., Тихонов Е.В. Воздействие лазерного излучения на пористые прозрачные материалы при их абляции // Квант. электрон. 2018. Т. 48, № 3. С. 235–243.
9. Осипов В.В., Платонов В.В., Лисенков В.В., Тихонов Е.В. Получение нанопорошков тугоплавких оксидов с помощью CO₂ и волоконного иттербиевого лазера // Физика и химия обработки материалов. 2021. № 5. С. 5–21.
10. Трибельский М.И., Мирошниченко А.Е. Рассеяние электромагнитных волн малыми металлическими частицами: новый взгляд на старую проблему // Успехи физ. наук. 2022. Т. 192, № 1. С. 45–68.
11. Харанжевский Е.В., Костенков С.Н. 2D-моделирование переноса лазерного излучения в дисперсных металлических порошковых средах // Вестн. Удмуртского ун-та. Сер. физика, химия. 2012. Вып. 3. С. 33–43.
12. Pushkarev D.V., Lar’kin A.S., Mitina E.V., Zhidovtsev N.A., Uryupina D.S., Volkov R.V., Karpeev S.V., Khonina S.N, Karabutov A.A., Geints Yu.E., Kosare­va O.G., Savel’ev A.B. Robust multifilament arrays in air by Dammann grating // Opt. Express. 2021. V. 29, N 21. P. 34189–34204.
13. Manenkov A.A. Fundamental mechanisms of laser-induced damage in optical materials: understanding after a 40-years research // Proc. SPIE. 2008. V. 7132. P. 713202.
14. Никифоров А.М., Епифанов А.С., Гарнов С.В. Разогрев неравновесных электронов лазерным излучением в твердых прозрачных диэлектриках // ЖЭТФ. 2011. Т. 139, вып. 1. С. 184–198.
15. Молчанов А.Г. Развитие лавинной ионизации в прозрачных диэлектриках под действием импульса света // Физика твердого тела. 1970. Т. 12, № 3. С. 954–956.
16. Sparks M., Mills D.L., Warren R., Holstein T., Maradudin A.A., Sham L.J., Loh E., King Jr., King D.F. Theory of electron-avalanche breakdown in solids // Phys. Rev. B. 1981. V. 24, N 6. P. 3519–3536.
17. Казлаускас П.А., Левинсон И.Б. Релаксация импульса и энергии электрона в кристалле. I. Общие соотношения для пробного электрона // Литовский физический сборник. 1966. Т. 6, № 1. С. 33–44.
18. Казлаускас П.А., Левинсон И.Б. Релаксация импульса и энергии электрона в кристалле. II. Упругое рассеяние на фононах. Кинетическое уравнение // Литовский физический сборник. 1966. Т. 6, № 2. С. 233–243.