Введение к работе
Актуальность темы
Проблема взаимодействия лазерного излучения с реальной поверхность» составляют один из быстро развив вгдехся разделоз лазерной физика. Ванной частьп этого раздела является исследование взаимодействия излучения с периодически рифлеными поверхностям. Интерес к проблеме возник ещэ в начале века - в связи с изучением оптических свойств отражающих дифракционных ресеток.
В 1902 году Р.Вуд впервые обнаружил аномалии дифракции эдектроиапштного излучения на поверхности с периодическим рельефом. При облучения дифракционной решетка пучком белого света в непрерывных спектрах различных порядков дифракции наблюдалась яркие а теккыэ полосы. Это явление получило название
8НОК8ЛЯЙ БуДЭ.
Появление лазеров, позволяющих получать мощное когерентное излучение, я развитие совреиенной лазерной физики правели к новой волне исследований в области взаикодействия излучения с негладкой поверхностья. Било обнаружено, что резонансное возбуждение поверхностных электромагнитных волн (ПЗВ), происходящее на периодической границе раздела сред в условиях проявления аномалий Вуда, изменяет протекание различных физических процессов. На поверхности с периодическим рельефон наблюдается аномально высокое поглощение света и подавление зеркального отражения вплоть до полного (ППЗО); происходит аномально быстрый нагрев поверхности: Увеличение амплитуды локального поля вблизи поверхности приводит к погагаонию порога оптического пробоя, ускорению фотохимических я фотобиологических
реакций, возрастанию сеченая нелинейных процзсссв: обнзруяеиа генерация гигантской второй гаршжзкя на отражений, гигантское комбинационное рассзякае света вдсорбнровакныиз молекулам*. При облученза шерожова-шх поверхностей иогрош лазерный иэлучекаеи пронсгодвт образование поверхностных зераодачаскаг структур
Однако, несмотря на обилие теоретически! к зкспераыантгльних работ, посвкцанннх аиоиалькой дафракцзз свата, некоторые вопросы оставались зжезученнуш. В частности, зкспериизнтаяьно та исследовалось, как влияет глубина в Форш рельефа поверхности, угловой и частотный спектр излучения но величину реБокансного и нврззенансного поглощения ЙК-излучения, угловую завнеиность резонансного поглощения, пространствеївшо характеристика зеркально отраненного пучка. Зкспертгантаяьныа исследования этих еспєктов задача аномальной дифракции лазерного излучения на поверхности с периодический рельефои позволяет подтвердить ува шдащаэея а развить новыа теоретичесша представления о взакмодейсг.л^ зяектроыагштных волн с неплоской поверягастьа, показать ісог-очаслекина возможности практического использования явленая сноналай Вуда для пашрения парвкетроз лазерного излучения в обг.'чввыой пезержности.
Цель» диссертационной работы является экспериментальной исследование дифракции їЖ-нзлучзішя }ш периодически рифленой поверхности вне в в условиях проявления вкошишй Вуда.
Конкретные задачи, поставленные в решенные в диссертации, заключаются:
I. в разработке оптико-акустического катода измерения поглоданной анергиа лазерного налученклі
2. в исследовании влшпгал глубины п форми рельефа, углового и частотного спектров излучения на:
величину резонансного поглощения излучения поверхностью в условиях проявлення анонаЛнй Вуда;
ВЄЛИЧЕК7 НерэЗОНаНСНОГО ПОГЛОЦеКИЯ ЕЗЛуЧенаЯ nODSpXKOCTbD вне
условий проявленая акокалкй Вуда;
- угловую зависимость резонансного иоглопешя;
пространствешше характеристики зеркально отрагешгого пучка излучения.
Научная новизна:
-
Разработаны новые оптико-акустические кетодн измерения энергии лазерных пшульсов и абсолютного поглощения излучения позерхностякз;
-
С поносыз оптако-акустячэсксго кзтода зэрегистрзрованы аномалия поглсщеігая ашульсзгого КК-пзлучекзя дафракцаокнкш репеткзга в условиях резонансного возбузденяя ЕШ;
-
Экспериментально исследовано влияние глубина я формы рельефа позерхкости иа величину резонансного и керезонансного поглощения излучения;
-
Экспериментально исследовано влияние углового и частотного спектров излучения на угловую зависиность резонансного поглощения излучения дафракиионниіга рэиеткяка;
5. Впервые обнаружена кахроскошчєская трансформация
пространственных характеристик зеркально отражённого пучка в
условиях проявления яноиаляй Вуда;
6. Экспериментально подтверждена аналитическая теория аномальной
дифракции световых пучков па поверхности с произволышм
рельефоа, основзїшая на выделений резонансных волн.
Практическая ценность Еьшолкекшх исследований заключается в той, что црвдлояая и экспериментально подтвержден ряд возаозшостей практического вспользовакая явления аномалий Вуда для изиерешя параметров лазерного ыздучеиэя в облучаемой поверхности, а также для эффективного управления лазеркаа
1. Предяоіїан иаїод определения спектра фурье-гариозшк рельефа
поверхности со отклонению углоілз зависимостей коэффициента
поглощения от фреколезских;
2. Предковая іізтод взигрекия углового спектра лазерного
Езлучзния по угловой зависимости разонанского поглощения
залученая дефракцаокшаы решетками;
-
Предяоггн іієтод измерения частотного спектра излучения по углозой зввасашета резонансного поглощения излучения дафракцаощййан решетками;
-
ЗарегистрзроБйіаіая цакроекоаичвешш трансформация зеркально отраженного пучка в устъзлх проявления аномалий Будз представляет воешшхеть управленая пространственныш характерастнкауа лазерного пучка с помощью дифракционных ревоток;
-
Зарегистрированное аномально внеокое поглощение излучения в условиях проявления аномалий Вуда открывает возкешюеть Ефективного управления погжнцедаен и отраквнаеы свата с поіюцьв разонаиошз ПЭВ, позволяет повысить знаргевзод излучения в шшекь;
6. Разработан иовыЗ оптико-акустическаа ыатод измерения
поглощзншй энергия лазерного излучения. Созданы
оатнко-8кустичэскко ячейки, позвояяхс>;зе кзигрять энергия
лазерных ишульссэ в широкой диапазона діли воли (от 0Л8 ики до 0.9 икм. а такта в сбласта ?^Ю.б ккц), пмекгч? спектрально независимую чувствительность окато 40 В/Дз к ящрокЕй динамаческий диапазон от I нхДд до 10 Да, работавшее пря чзстотэ повторения лазерных вгятульсоз до 100 Гц.
Ззгщщаемие аоложенпя:
-
Разработанный оптико-акустический катод язнорекап поглощения гзлучегсдя поверхностяія позволяет определять ябсолаткгЗ хоЕффитлент поглощяшя дифракционных реветск;
-
Величина резонансного поглощения излучения дяфракцвоишма решетками d условиях проявления аномалий Будя звваспт от глубины рэльефз поверхности. Резонансной погло^єіпїє пренебрашдео чало по сравнению с френелсвскш в случае рзльефя, "кеякого при наличии резонансных еолн". С росте:* глубина h резонансное поглощение возрастаот, достигает максимального значеная пря оптимальной глубине Ъ.^" "глубокого" рельефа я вновь па^вет с дальнейшим ростом глубанн рельефа до "сверхглубокого" вследствие усиливавшегося перерасезяния ПЭВ в радиационные волзш на фурье-гарыоняках рельефа.
-
Величина нерззонансного поглощения излучения поверхностью с "мелким" рэльефои вна условия проявления аноналий Вудэ совпадает с фрекелевскш поглощенней плоской поверхности. С ростом , глубины рельефа до "сверхглубокого" величина керезонансного поглощения увеличивается. Вклад, в нерезонансное поглощение, связанный с наличием "сверхглубокого" рельефа, зависит от ориентация штрихов по ' отношению к вектору электрического поля Е.
-
В общен случае ограниченного по пространству я бесконечного
so врєнакн пучка взлучезшя угловая зависимость резонансного поглощении определяется сверткой вудовского резонанса рэзетка ц углового спектра лазерного излучения. Если угловая шракя вудовского разовакса 68 цного меньше ширини углового спектра излучения Д6, то форма шиш поглощения повторяет форму углового спектр* лазерного излучения. Еслз соотношение ширин обратноз, иак поглощения соответствует вудсвскоыу резонансу реиеткя. Угловая вмрака вудовского резонанса определяется длиной пробега ПЭВ п увеличивается с роетсы глубпны рельефа. Б. В общем сжучі> частотно .ограниченного и бесконечного со пространству сбзтоеого вмпульса угловая зависимость резонансного поглощєіея определяется сверткой вудовского резонанса рсшзтта и частотного сиектрз излучения. Если сарана частотного спектра ДА мала, то пек поглощения соответствует вудовскоиу резонансу решатка. Есла mj-м угловэя изрина вудовского резонанса Ов , то форма пикз поглощена»; соответствует чэстоткоау спектру излучения.
Б. В условиях проявленая аномалій Вуда нгЗяэдазтся ыакроскопичзская транСоруацая пространственна! характерами; зермлым OTpasaraioro пучка, угловой спектр которого щре вудовского резонанса решетки. Трансформация обусловлена интерференцией злактроаагнатних волн, отравенких как от плескай поверхности, с волнаиа, порозденниш перерессаяназм ПЭВ с нулевой порядок дифракция.
Апробация работы в публикация Результаты дассартацлокей работы обсуждались п докладывалась на Всесоюзной околе-секинарв "Фатоакустическая спектроскопия и иакросхопия (фотоакустаческае а теруоволновие
явления)" (ДупанЗе, 1989), 8 Всесоюзной конференции по взаимодействие птяческого излучения с веществом (Ленинград, 1990), 7 Меядународноя конференции по фстозкустичесгаш и фототершчесгаш явлениям (Дорвест, Нидерланды, 1991), 14 Извдународнса конференции по когерентной и нелинейной оптика (Санкт-Петербург, 1991), Ломоносовских чтениях в 1989 и 1991 гг., семинаре по лазерной оптоакустаке ЫЩ МГУ, семинаре Института Спектроскопии РАН (Москва), семинаре кафедры лазерной физики ЛЙТМО (Санкт-Петербург), семинаре кафедры ОФиВП УГУ им. М.В.Локоносова.
Основные результата диссертации нзлодеїш в 14 публикациях, список которых приведен в К05ЩВ автореферата. Личный вклад соискателя
Результаты, представлегаше в. диссертации, получены лично соискателей или в соавторство при его непосредственной участии. Структура и обьеи диссертации
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Содержание диссертации излозвено на 164 страницах машинописного текста и иллострироввко 68 рисунквни. Список литературы включает 192 наименования.
СОДЕРЇАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели работы, показана научная новизна и практическая ценность полученных результатов, кратко излозкено содержание диссертации.
