Surface damage of YAG crystal induced by broadband nanosecond laser pulses: morphology of craters and material deformation

Abstract

The morphology of craters on the YAG crystal surface caused by broadband (≈500 Å) nanosecond laser pulses with intensities 10 9 -10 10 W cm −2 was studied. A mechanism of structural changes and the appearance of craters due to plastic deformations in the crystal are discussed.

Эффект Вынужденного Радиального Рассеяния В Оптических Средах С Возбуждением В Них Сходящихся Акустических Волн При Накачке Мощными Наносекундными Импульсами С Широким Спектром

“…В предыдущих работах [7][8][9] было показано, что при воздействии широкополосным излучением на кристаллы YAG на его поверхности образуются кратеры не в результате ее испарения или проплавления зоны фокусировки и последующего ее разбрызгивания, а в результате продавливания поверхности с образованием кратеров, обусловленного реконструктивным фазовым переходом в YAG по схеме Y 3 Al 5 O 12 (YAG) → 3YAlO 3 (YAP) + Al 2 O 3 , вызванным высокими давлением и температурой, который происходит с уменьшением объема среды на ∼ 10%.…”

“…В работах [1][2][3][4][5][6][7][8][9] было показано, что при накачке оптических сред наносекундными импульсами с широким спектром в них, за счет вынужденного бриллюэновского рассеяния, возбуждается не гармоническая акустическая волна, а периодическая последовательность ударных волн с тем же периодом, воздействие которых на среду во много раз более сильное.…”

“…Периодическое воздействие на среду бегущих по ней ударных волн, приводящее к ее последовательным растяжениям и сжатиям, происходит со скоростью движения ударных волн, способствуя быстрому перемещению по ней генерируемых на фронтах ударных волн междоузельных атомов и встречающихся на их пути дислокаций. Быстрому перемещению междоузельных атомов способствует то, что при вынужденном рассеянии на фронтах ударных волн максимальный периодический импульс получают именно междоузельные атомы, энергия связи которых с атомами кристаллической решетки минимальная, что приводит к пресыщению ими среды в области их повышенной концентрации и, как следствие, к росту давления и температуры, приводящему, как в случае с кристаллом YAG [7][8][9] зоны их воздействия вбок, образуя по краю кратера бортик. Таким образом, пластическая деформация поверхности кристалла, которая происходила при воздействии на образец лазерного импульса длительностью 20−30 ns с широким спектром, была обусловлена совместным действием бриллюэновского и рамановского рассеяния накачки.…”

“…В данной работе сделана попытка объяснить поверхностные разрушения в конденсированных оптических средах, образующихся при воздействии на них наносекундных лазерных импульсов с широким спектром за счет предложенного эффекта вынужденного радиального рассеяния. Механизм вынужденного радиального рассеяния достаточно полно был рассмотрен еще в работе [1], а в последующих работах [2][3][4][5][6][7][8][9] рассматривался только механизм возбуждения периодической последовательности ударных волн и их воздействие на различные оптические среды. В данной работе на основе углубленного анализа экспериментальных данных из работы [1] и описанного нами механизма пластической деформации [7][8][9], предлагается механизм возбуждения вынужденного радиального рассеяния и возбуждаемых при этом сходящихся радиальных акустических волн, воздействие которых объясняет дополнительный спектр поверхностных и объемных разрушений.…”

О Механизме Поглощения И Восстановления Пропускания Излучения В Канале Мелкомасштабной Самофокусировки Короткого Лазерного Импульса В Неодимовом Стекле

“…5. Отметим, что развитие ВКР ns импульсов в кристалле Yb : YAG и иттербиевом стекле описано в [20,21].…”