Энергетический порог образования плазмы

Возникающая плазма обнаруживает себя свечением. При постепенном повышении плотности энергии в пятне облучения регистрация появления свечения с помощью высокочувствительного приемника позволяет установить то значение плотности энергии, при котором возникла плазма. Статистическая обработка результатов регистрации свечения в серии повторных измерений устанавливает значение энергетического порога возникновения плазмы и точность его определения. Измерения выполнены для большого числа распространенных материалов, с которыми практически приходится иметь дело в процессах обработки. Установлена сильная зависимость порога от рода материала, от размеров пятна облучения, от длительности воздействующего лазерного импульса, от состояния поверхности материала [15].

а) Зависимость порога от размеров пятна облучения проявляется при малых пятнах, диаметры которых не превосходят нескольких десятков миллиметров. В этом диапазоне наблюдается рост значения энергетического порога при уменьшении размеров пятна. Если диаметр пятна превышает примерно 1 см, то дальнейший рост размеров пятна не вызывает изменений значения порога.

б) Значение порога образования плазмы растет при росте длительности воздействующего лазерного импульса. Этот эффект по-разному проявляется у разных мате­риалов. Так, при увеличении длительности импульса от 1 до 10 мкс у стекол значение порога возрастает на 20%, а у дюралюминия – в 2 раза.

в) Напыление пленочных покрытий на поверхность оптических стекол и кристаллических материалов (для просветления, увеличения коэффициента отражения или для защиты от влаги) существенно снижает порог. У металлических зеркал порог образо­вания плазмы начинает заметно возрастать после того, как коэффициент отражения превысит значение 0,95.

г) При многократном воздействии импульса на одно и то же место происходит очистка поверхности в случае металлов, что сопровождается повышением значения порога, либо идет процесс обугливания диэлектриков, что снижает порог.

д) При воздействии на оптические стекла и пластмассы излучения СО₂ лазера в доплазменном режиме проявляется эффект матировки поверхности. Степень нарушения прозрачности материала зависит от числа повторных импульсов, воздействующих на один и тот же участок поверхности. Так, после первого импульса пропускание снижается не более чем на 20%, после второго – примерно на 40% и так до полной непрозрачности матового стекла. Матировка вызывается появлением сильных термических напряжений в тонком поверхностном слое стекла (порядка микрона), поглотившем излучение, приводящих при последующем быстром остывании к растрескиванию поверхности и образованию на ней системы "чешуек".

В качестве примера в таблице 1 приводятся значения энергетического порога образования плазмы Е_п у четырех материалов, представителей четырех различных групп, при двух значениях длительности воздействующего импульса.

Таблица 4.1

Дата добавления: 2015-10-16