На следующей лекции мы рассмотрим возможности экспериментального исследования процессов воздействия лазерного излучения на вещество. До сих пор мы теоритически рассчитывали, и аналитические решения получали, анализировали изменения этих решений в случае усложнения задачи, но экспериментальной мы можем измерить достаточно большое количество параметров воздействия. Какие реальные параметры измеряются? Во-первых, при воздействии лазерного излучения на вещество выносится масса, т. е. испаряется вещество, когда возникает плазма, тоже уменьшается масса. Поэтому есть некий параметр, который называется вынос массы. Если мы измерим вынос массы по отношению к энергии импульса лазерного излучения, то такая величина называется удельным выносом массы. А обратная величина к удельному выносу, т. е. отношение энергии к выносу массы, называется энергией разрушения материала. Это полезные параметры, они легко измеряются. Далее мы можем оценить кинетику разрушения, т. е. изменение глубины и диаметра образующихся лунок, отверстий на поверхности в зависимости от времени. Это кинетические характеристики, которые весьма полезны. Далее интересно проанализировать процессы, которые происходят над поверхностью. Какие процессы? Ну во-первых, когда начинается испарение, возникает разлет частиц. Соответственно, возникает плазма — разлет плазмы. И мы можем измерять скорости разлета как частиц, так и плазмы. Это тоже весьма полезные характеристики. С другой стороны, хотелось бы посмотреть, что происходит одновременно с поверхностью под поверхностью. Ну как заглянуть под поверхность? Ну есть такие хитрые методы, которые называются метод полупрозрачной мишени. Когда материал — хорошо отполированный кусочек металла, к нему прижимается, соответственно, прозрачный кварц или стекло, и излучение фокусируется как раз в границу раздела. И наблюдается одновременно то, что происходит под поверхностью, и то, что происходит над поверхностью. Кроме этого важные характеристики — это интегральный импульс отдачи, который в результате воздействия появляется в веществе. Но еще более важное — это измерение давления на поверхности. А зависимость давления от времени вообще характеризует процесс, что происходит с веществом, когда мы воздействуем лазерным излучением на него. Конечно, интересно исследовать все эти характеристики на реальных масштабах, в реальных масштабах времени, на реальных установках. Вот я привел пример экспериментальной установки, которая это позволяет делать. Интересно здесь отметить, что если мы возьмем в качестве установки твердотельный лазер, лазерно-технологические установки, и будем исследовать в зависимости от плотности мощности, то нельзя менять плотность мощности изменением энергии накачки лазера, потому что будут меняться характеристики импульса. Поэтому менять можно, только уменьшая плотность мощности за счет ведения серии пассивных фильтров, которые здесь на рисунке показаны. Итак, значит, что можно исследовать реально? Значит, конечно, в настоящее время существует много приборов, которые позволяют исследовать процесс во времени. Наиболее демонстративно мы продемонстрируем в случае, если используется такой прибор не электронный, а механический, так называемый скоростной фоторегистратор. Что он дает и как он устроен? Скоростной фоторегистратор устроен так, чтобы изображение объекта или изображение процесса, который происходит над поверхностью, разворачивалось во времени на фоточувствительном слое за счет отражения от быстро вращающегося зеркала. Значит, процесс разворачивается во времени, зеркало вращается, поэтому вход процесса мы переносим на фоточувствительный слой и получаем соответственно сразу развернутый во времени процесс. Такой фоторегистратор удобно использовать для исследования разлета частиц, также и для исследования того, что происходит под поверхностью. Измерения во времени разлета определяется так называемой фоторегистрограммой. Здесь мы видим, что фоторегистрограмма представляет из себя как бы полученные во времени траектории частиц. А угол наклона, тангенс угла наклона траектории к оси времени, которая есть горизонтальное направление фоточувствительного слоя, дает нам скорости. Поэтому мы легко здесь видим, как происходит разлет, как происходит разлет частиц, разлет плазмы. И очень четко можем определить скорости разлета. Это очень важные характеристики. Если мы сделаем, соответственно, настроим наш фоторегистратор на изображение объекта на поверхности и будем разворачивать во времени, то увидим, что происходит во времени за счет разворота во времени, что происходит с объектом. Ну вот непосредственно здесь есть фотография воздействия лазерного излучения на таблетку свинца. Происходит, соответственно, нагрев, потом расплав, потом возникает испарение, фронт испарения, и затем уже образуется окончательно лунка. Все это мы видим во времени, в развороте реальном. Для того чтобы мы получили хорошие фотографии, очень удобно использовать опять преимущества лазера. Значит, тогда мы в качестве подсвечивающего инструмента будем использовать лазер, который настроен на режим упорядоченных пульсаций. Т. е. мы в течение длинного импульса миллисекундного знаем количество пичков, которые находятся, и мы можем регулировать их. И мы получаем фотографии в каждом из этих моментов времени, из этого момента на реальном пичке. И вот на этой фотографии мы видим, как происходит изменение состояния объекта. Если мы посмотрим на фоторегистрограммы в случае возникновения плазмы, т. е. когда мы превысили порог плазмообразования, то увидим процесс, о котором я рассказывал до этого — процесс так называемый автоколебательный. Плазма возникает на поверхности, затем она экранирует лазерное излучение, на поверхности плотность мощности падает, нарушается порог плазмообразования. Плазма потухает, возникает вновь, мы видим на фоторегистраграмме. Значит, опять происходит тот же процесс. И так это происходит многократно в течение длины импульса в несколько миллисекунд. Этот процесс важен для технологических применений. Надо учитывать обязательно, что в случае, если, например, используем длинный импульс, то обязательно будем наблюдать такой процесс. Это надо учитывать. Либо мы можем избавиться от экранировки, увеличивая скважность импульсов. И каждый раз соответственно мы будем попадать в случай, когда нет экранировки поверхности.