Способ определения порога плазмообразования на поверхности твердого тела Советский патент 1992 года по МПК G01N21/00 

ставляет 0,5 или 0,75. При этом обычно для определения порога необходимо провести несколько ( 10) серий по 10 облучений в каждой. Величина порога определяется на основании 10 измерений, а всего необходимо провести 100 облучений 2.

Недостаток метода состоит в необходимости проведения большого ( 100) числа облучений, для чего требуется либо наличие образцов большого размера, либо большое их количества, что приводит к значительным затратам времени и усложняет процедуру проведения измерений.

Целью изобретения является сокращения затрат времени и упрощение способа выполнения измерений.

На чертеже приведена зависимость интенсивности свечения поверхности хлористого натрия I от плотности мощности лазерного излучения q.

Сущность способа заключается в следующем.

Известно, что воздействие импульсов лазерного излучения на поверхности твердых тел (как в случае прозрачных, так и поглощающих материалов) с интенсивностью, превышающей некоторое критическое значение qce, сопровождается возникновением вспышек свечения, природа которых при различных условиях облучения неодинакова: в области значений интенсивности свечение обусловлено, например, адсорболюминесценцией, тепловым излучением поверхностных дефектов, нагретых до высоких температур, триболюминесцен- цией и другими. При превышении некоторого порогового значения интенсивности q вблизи поверхности материала развивается плазма оптического разряда. То значение интенсивности q , при котором регистриру- е1ся возникновение плазмы, называется порогом плазмообразования, который в большинстве практически важных случаев отождествляется с порогом оптического пробоя поверхности

Установлено, что зависимость интенсивности свечения от интенсивности лазерного излучения для многих материалов (например, щелочно-галоидные кристаллы, фтористый барий, фтористый литий, стекло К-8, плавленый кварц и другие) в области значений интенсивности носит различный характер и в двойном логарифмическом масштабе описывается двумя прямыми с разными наклонами (чертеж). Этот факт положен в основу предлагаемого способа.

Способ реализуют следующим образом

Материл облучают последовательно двумя сериями лазерных импульсов с интенсивностью qi qn...qin и qa q2i...q2m. Значения интенсивности в серии должны

удовлетворять условиям и соответственно. Минимальное число облучений в каждой серии должно быть не ме-нь- ше двух. Облучают каждый раз новый участок образца. При каждом значении ин0 тенсивности регистрируют интенсивность свечения I. Известно, что в двойном логарифмическом масштабе зависимость I от q описывается двумя прямыми, поэтому ее строят в виде Ig I f(lg q), аппроксимируя

5 результаты измерений I и q в области значений qi линейной зависимостью вида Ig I ai Ig q + ы, а в области значений qa - зависимостью вида Ig I 32 Ig q + 02 (ai, 32, bi и b2 - параметры этих зависимостей). Далее по0 рог плазмообразования определяют, как значение интенсивности, соответствующее точке пересечения двух прямых зависимостей Ig I f(lg q). Это можно сделать либо графически, либо аналитически, рассчитав

5 параметры ai, az, bi и Ь2, например, методом наименьших квадратов При этом величина q определяется на основании 20 измерений (по 10 измерений в серии), а не 100, как в базовом методе.

0

Способ опробован для измерения порога плазмообразования на промышленных щелочно-галоидных кристаллах, фтористом литии, фтористом барии, стекле К-8, плавленом кварце. Исследовано 50 образцов (в большинстве случаев пластины диаметром 60 мм и толщиной 15 мм) с различным типом обработки поверхности (полированные образцы, шлифованные и сколы). Для облуче0 ния используют импульсный С02-лазер с длительностью импульса по основанию 1,5 мкс. Излучение фокусируют на переднюю поверхность образцов линзой с фокусным расстоянием 500 мм В каждой серии изме5 рений облучения проводят при 10 значениях интенсивности Результаты измерения представлены на чертеже. В случае шлифованной поверхности область значений qi составляет (10-20) МВт/см2, qa (30-100)

0 МВт/см , a q 27 МВт/см . Для полированной поверхности область qi -(55-85) МВт/см2, q2 - (180-500) МВт/см2, q 100 МВт/см . Полученные значения порогов совпадают с результатами измерений, пол5 ученных другими известными способами, но при этом время на проведение измерений сокращается в 5 раз и используются образцы размерами в 5 раз меньше тех, которые обычно требуются при измерениях известными способами.

Способ определения порога плазмооб- разования на поверхности твердого тела в результате небольшой серии измерений удобен как экспресс-метод в условиях технологических лабораторий.

Формула изобретения Способ определения порога плазмооб- разования на поверхности твердого тела, включающий облучение поверхности твердого тела лазерными импульсами с интенсивно- стями q, регистрацию плазмообразования по интенсивности свечения облученной области, сопровождающего воздействие лазерного импульса на поверхность, и определение интенсивности q , соответствующей порогу плазмообразования, отличающийся тем, что, с целью сокращения

0

5

затрат времени и упрощения способа, дополнительно измеряют интенсивность свечения I облученной области твердого тела, при этом результаты измерений разделяют на две группы - к первой группе относят по меньшей мере два измерения, при которых фиксировалось свечение облученной области без плазмообразования, а к второй - по меньшей мере два измерения, при которых фиксировалось плазмообразование, после чего для каждой группы измерений определяют зависимости д - f(lg q), аппроксимируют их в виде отрезков прямых линий, а величину интенсивности q соответствующую порогу плазмообразования, определяют как точку пересечения прямых линий.

Изобретение относится к квантовой электронике и предназначено для определения порога плазмообразования на поверхности твердых тел, например элементов лазерных систем. Целью изобретения являИзобретение относится к квантовой электронике и предназначено для определения порогов плазмообразования на поверхности твердого тела. Известны способы измерения порогов плазмообразования различных материалов под действием лазерного излучения, в которых порог измеряется либо с помощью скоростных фоторегистраторов, либо по изменению оптических характеристик излучаемого материала 1. Недостатками способов являются трудоемкость измерения, а также необходимость использования сложной и дорогостоящей аппаратуры. ется сокращение затрат времени и упрощение способа. Поверхность исследуемого твердого тела облучают лазерными импульсами. При воздействии лазерного импульса на поверхность регистрируют свечение, возникающее вблизи поверхности. Возникающее свечение связано с образованием плазмы оптического пробоя при интенсив- ностях импульса выше порога плазмообразования, при интенсивностях ниже этого порога свечение обусловлено процессами люминесценции. Согласно способу образец облучают двумя сериями импульсов с интен- сивностями qi qn...qin и q2 q2l...q2m, удовлетворяющими условиям и , где qco - порог появления свечения; q - порог плазмообразования. При каждом значении q регистрируют интенсивность свечения I, строят зависимость tg I f(lg q), аппроксимируют ее в пределах каждой серии измерений отрезком прямой, a q определяют как значение q, соответствующее точке пересечения этих прямых. 1 ил. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является статистический метод измерения порогов, заключающийся в следующем: образец последовательно облучают сериями лазерных импульсов с различной интенсивностью, но одинаковой интенсивностью в каждой серии, подвергая воздействию каждый раз новое место образца. Далее для каждого значения интенсивности подсчитывают отношение числа случаев, когда наблюдалось плазмообразование, к числу опытов в каждой серии. За порог принимают такое значение интенсивности, при котором вероятность плазмообразования в серии Ј XI 00 ел 2 4

1,отн.ед

10

Ю6

%. 102% ЮЗ #,#fa/fa