Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Создание все более мощных и надежных
лазеров, особенно твердотельных, невозможно без обеспечения
лучевой прочности (ЯП) многочисленных оптических элементов с
различными диэлектрическими покрытиями (Ш). Поскольку пороги
разрушения (ПР) высокоотражащих (HR) и просвет ляодих (AR)
покрытий, интерференционных фильтров, светоделителей,
поляризаторов в большинстве случаев заметно ниже объемной прочности прозрачных материалов, именно их разрушение или дане повреждение нередко лимитирует работоспособность всего оптического тракта. Поэтому задача получения высокостойких к лазерному излучению (ЛИ) ДП, немыслимая без детального изучения процессов их разрушения, постоянно, на протяжении более 20 лет, остается весьма актуальной.
К первым работам, выполненным на длине волны рубинового, а затем - первой гармоники неодимового лазера, в 80-е годы добавилось значительное число публикаций о ЛП покрытий, устойчивых к мощному излучению в УФ области спектра, что объясняется тенденцией перехода к высоким гармоникам Ш-лазера и растущим интересом к эксимерным лазерам.
И все же, несмотря на многолетние исследования и значительный (свыше 200) объем опубликованных экспериментальных и теоретических работ, сложная природа пленок, многочисленность не всегда точно контролируемых физико-технологических параметров при их изготовлении, разнообразив условий облучения при отсутствии должной стандартизации прочностных испытаний, делают и сегодня проблему лазерного разрушения ДП далеко не решеншй. Результаты работ, разбросанных в различных, порой труднодоступных, источниках, плохо сопоставимы или даже противоречивы.
Видимо, указанные трудности при изучении процессов разрушения ДП под действием мощных лазерных импульсов объясняют отчасти и тот факт, что до сих пор ни в мировой, ни в отечественной литературе нет монографии или достаточно полного справочного издания, в котором были бы сведены воедино многочисленные экспериментальные результаты и сделаны необходимые обобщения, отражащие как достигнутый уровень в этой важной
области квантовой электроники, так и тенденции и перспективы ее развития. Предпринятая автором работа, вкдючавдая все основные аспекты лазерного разрушения ДП, является, таким образом, первой попыткой такого рода.
ЦЕЛЫ) РАБОТЫ явилось установление основных закономерностей разрушения тонких диэлектрических пленок и многослойных интерференционных покрытий под действием импульсного излучения твердотельных и 8ксимерных лазеров, работащих в диапазоне длин волн 1,06...0,25 мкм. Эта задача решалась как путем выполнения оригинальных исследований, так и систематизацией и обобщением большого массива опубликованных работ. Кроме того, ставилась цель подобрать теоретическую модель, наиболее адекватно описыващую выявленные закономерности.
1. Установлен ряд общих закономерностей лазерного разрушения
ДП в зависимости от их физико-технологических и конструктивных
параметров.
2. Исходя из особенностей микроструктуры тонких
диэлектрических пленок, получаемых, в основном, методом
электронно-лучевого испарения (ЭЛИ), нашло объяснение большинство
экспериментальных результатов, связанных с условиями изготовления
пленок, их толщиной, морфологией зон повреждения.
-
Предложено объяснение некоторым результатам и выводам, опубликованным в периодической литературе, но не нашедшим подтверждения в дальнейшем, таким как независимость ЛП пленок Т102 от их структуры, феноменальный рост ПР тонких оксидных (особенно S102 и Zr02) пленок, нанесенных на предварительно обработанные излучением СО^-лазера подложки, значительное увеличение лучевой стойкости пленок, помещенных в атмосферу электроотрицательных газов.
-
Определен характер изменения ПР ДП различного назначения в зависимости от длительности лазерных импульсов, длины волны, размера фокального пятна, модовой структуры излучения и выполнены соответствующие численные оценки.
-
Найденные экспериментальные зависимости сопоставлены с существующими теоретическими моделями и показано, что большинство этих зависимостей можно удовлетворительно объяснить тепловой моделью, основанной на поглощении ЛИ микронеоднородностями
(включениями), присутствующими в пленках.
6. Показано, что противоречивость результатов и выводов, сделанных ранее при исследовании многократного воздействия на один и тот же участок ДП лазерными импульсами-в-догороговом рениме, обусловлена тем, что в этих случаях, в зависимости от характера покрытий и условий облучения, могут иметь место три механизма, способствующе или упрочнению облучаемого участка (аффект лазерной очистки), или его постепенной деградации (усталостное разрушение).
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ заключается в возможности
использования ее результатов:
-технологами, работапцими в области тонких пленок для лазерного применения;
-оптиками-конструкторами и разработчиками новых лазерных систем;
-эксплуатационниками мощных лазерных установок;
-физиками, специализирущимися в области взаимодействия ЛИ с прозрачными средами.
ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА, помимо отбора, систематизации, анализа и обобщения экспериментальных результатов, полученных в различных лабораториях мира, состоит в выполнении им исследований, нашедших отражение в настоящей работе и связанных с ролью микронеоднородностей в повреждении ДП; ЛП двухслойных и многослойных ДП с различными толщинами слоев и их чередованием; зависимостью ПР однослойных пленок TiOg от толщины и различных технологических параметров; эволюцией микронеоднородностей ДП при допороговых режимах облучения; разрушением ДП на основе двуоксидов циркония и кремния в режиме одночастотных наносекундных импульсов; временными, спектральными и размерными зависимостями ПР многослойных ДП;изучением механизмов оптического пробоя ДП из тугоплавких окислов и сульфид-фторидов по морфологии зон повреждения.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Отдельные результаты, включенные в настоящую работу, докладывались на IV-V1 Всесоюзных конференциях по нерезонансному взаимодействию оптического излучения с веществом соответственно в 1978, 1981 и 1984 г.г., на I и II Всесоюзных конференциях "Оптика лазеров" в 1977 и 1980 гг.
ПУБЛИКАЦИИ. Результаты, полученные автором и использованные
в представляемой к защите книге, опубликованы в 7 печатных работах.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Книга состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Полный объем работы составляет 13,5 уч.-изд. листов (213 стр), она содержит 27 таблиц, 72 рисунка и библиографию из 248 наименований.
