» » Волны напряжений при действии пикосекундных импульсов лазера
24.12.2014

Переход от импульсов длительностью 10в-8 сек к импульсам длительностью 10в-12 сек (пикосекундным) приводит к возникновению ударных волн несколько другого типа. Приведем краткое описание экспериментов по исследованию ударных волн от пикосекундных импульсов лазера и теоретический анализ результатов.
В этой работе использовался сложный лазер на неодимовом стекле, дающий энергию на выходе 20 дж при длительности импульса (2/3)*10в-12 сек. Мишенью служил кварцевый датчик, на один из электронов которого был нанесен исследуемый материал. Опыты проводились на алюминиевых пленках, на воздухе, в условиях, обеспечивающих одномерность ударных волн. Сигнал датчика состоит из кратковременного сигнала с большой амплитудой, связанного с импульсом лазера и более длительного сигнала малой амплитуды, связанного с испарением. Вычисление амплитуды механического импульса с изменением энергии светового импульса показало, что она достигает 8 кбар, что на 1/2 порядка больше амплитуды механического импульса при длительности импульса лазера 10в-8 сек. Покрытие мишени углеродом увеличивает механический импульс в 10 раз, что связано с резким изменением отражающей способности.
При разработке механической модели воздействия пикосекундных импульсов лазера на твердое тело предполагается, что вся поглощенная энергия за вычетом пороговой энергии Et переходит в кинетическую энергию ионов. Пороговая энергия предполагается равной теплоте испарения, т. е. для алюминия ЕТ≈3000 кал/г.
Энергия импульса лазера E0 поглощается в некотором слое глубиной х0, определяемой из соотношения E0(x0)=ЕТ. Испарение материала мишени происходит при E(x)≥Eт и для i-того слоя испаренного материала, покидающего поверхность мишени, уравнение сохранения энергии (на 1 см2)
Волны напряжений при действии пикосекундных импульсов лазера

где ρ — плотность материала мишени, Δхі — толщина і-того слоя, E(хі) — количество поглощенной энергии в і-том слое. Для металлических мишений
Волны напряжений при действии пикосекундных импульсов лазера

где E0 — энергия падающего светового импульса на см2, δ=50А — толщина поглощающего слоя, R=0,93 — коэффициент отражения для свеженанесенной алюминиевой пленки при длине волны 1,06 мк.
Если принять, что R и δ не зависят от температуры, то решение уравнения (5.100) относительно vi при импульсе I = Σmivi дает
Волны напряжений при действии пикосекундных импульсов лазера

Волны напряжений при действии пикосекундных импульсов лазера

Пороговая функция F(х) обладает тем свойством, что для x=1 (минимальная величина в принятой модели) F(1)=0, а для бесконечно большой энергии светового импульса х=0 и F(0)=1.
Теоретическая кривая зависимости I/E0 от E0 имеет вид кривой с максимумом, причем максимум возникает из-за конечной величины пороговой энергии ЕТ, а не вследствие экранировки луча плазмой, как в опытах по облучению металлов световыми импульсами длительностью 10в-8 сек (в которых также появляется эффект пороговой энергии).