Плотность пиковой мощности

ЛПМ обладает уникальным сочетанием выходных параметров высокой частотой повторения импульсов (ЧПИ) излучения (5-30 кГц) и относительно высокой средней мощностью (1-750 Вт) при КПД 0,5-2% на относительно коротких волнах (510,6 и 578,2 нм). ЛПМ отличает короткая длительность импульсов излучения (10-50 не) и большие усиления активной среды (10 -10 Дб/м), относительно низкая энергия в импульсе (0,1-100 мДж) и, наоборот, высокая пиковая мощность (10-1000 кВт), расходимость близкая к дифракционной и дифракционная. При этих расходимостях в пятне фокусировки достигаются высокие плотности пиковой мощности — до 10 -10 Вт/см . [c.5]

При М — 300 плотность пиковой мощности в пятне фокусировки достигает 10 -10 Вт/см , что дает возможность обрабатывать практически любые материалы. [c.190]

В работах [248, 249] проведены вычисления для алюминиевой и стальной мишеней в случае одноимпульсного воздействия при плотности пиковой мощности излучения в пятне фокусировки 10 Вт/см на Л = 0,51 мкм. Средняя мощность излучения ЛПМ при этом составляла 45 Вт на ЧПИ 4,5 кГц, длительность импульсов — 70 не, диаметр пятна — 50 мкм. Расчетная максимальная температура поверхности при этих параметрах равна 12000°С после 5 не облучения, затем, по истечении 30 не, падает до 6500 °С. К этому моменту удаляется слой стали толщиной 0,5 мкм при прогреве мишени на глубину до 2 мкм. После этого, через 3 мкс, удаляется слой толщиной 1,1 мкм, а глубина зоны расплава составляет 8 мкм при температуре поверхности 3000°С. Данные расчеты показали, что через 8 не после начала облучения в течение следующих 4 не нагрев поверхности непосредственно лазерным излучением снижается до уровня 5% в результате образования плазмы. В целом в течение одного импульса 15% лазерной энергии достигает дна мишени напрямую , в 85% передается на поверхность плазменными электронами. [c.237]

Для каждого материала существует четкий порог по плотности пиковой мощности излучения, после достижения которого образуется поглощающая плазма. Для углеродистой стали этот порог составляет [c.237]

Излучением ЛПМ также хорошо обрабатываются естественные и искусственные алмазы. Стенки отверстий в алмазе получаются чистыми и высококачественными (как и у других материалов), что говорит также о прямом удалении атомов из зоны воздействия. При относительно низких плотностях пиковой мощности ( 2 10 Вт/см ) алмаз сначала преобразуется в графит (при нагреве до 1300 °С), который усиливает поглощение излучения и ускоряет вывод материала за счет окисления и испарения [260 . [c.241]

Si и Ge. Атомы, количество которых достигает в факеле 10 -10 , создают до одного монослоя за импульс на подложке, находящейся на расстоянии 5-10 мм от места испарения. Высокая скорость осаждения и хорошее качество покрытия были получены на вращающейся подложке при расфокусировке излучения, которая создавала плотность мощности 4 10 Вт/см . При скорости подложки 8 см/с и расстоянии 76 мм до распыляемого материала скорость осаждения составила 0,0056 нм за один импульс. Используя данный метод, покрытие можно создавать за несколько минут, тогда как метод плазменного осаждения требует для этого нескольких часов. При плотности пиковой мощности 4 10 Вт/см пленка толщиной 410 нм и шириной 4 см была образована за 23 с, и шероховатость поверхности составляла не более 10 нм. Пленка толщиной 2,5 мкм из кремния была нанесена за время менее 1 мин. Скорость осаждения в случае применения ЛПМ достигала 2600 мкм см /ч, а с применением других лазеров — всего лишь 10 мкм см /ч. [c.241]

Плотность пиковой мощности излучения в пятне фокусировки, Вт/см с телескопическим HP (М = 180) с одним выпуклым зеркалом, Rs — 3 (или 5) см (0,57-2,6) 10 2 1,4 (или 5 10 ) [c.248]

На рис. 9.4 представлены фотографии металлических пластинок в процессе формирования в них отверстия, которые свидетельствуют о преимущественно испарительном механизме удаления материала. Выброс потока пара при сверлении сопровождается и появлением жидкой фазы в виде капель через 0,1 с после начала обработки. Проведенные в работах [18, 150] независимые эксперименты показали, что после того как плотность пиковой мощности достигнет значения [c.253]

Пороговые значения плотности пиковой мощности излучения импульсных лазеров для начала разрушения искусственного поликристаллического алмаза [c.257]

Тип лазера Длина волны, мкм Пороговая плотность пиковой мощности, х10 Вт/см [c.257]

Плотность пиковой мощности излучения в пятне фокусировки, Вт/см 10 -10 [c.260]

Плотность пиковой мощности в пятне фокусировки 5, 119, 127, [c.306]

Изменения в материале при воздействии излучения лазера с модулированной добротностью. Оптические квантовые генераторы, работающие в режиме модулированной добротности, позволяют получать Излучения большой пиковой мощности, что дает возможность создавать на поверхности фокусировки плотность мощности 10 — [c.22]

Ошибки измерения пиковой мощности, обусловленные нелинейностью. При измерении высоких лазерных мощностей могут возникнуть осложнения за счет нелинейного взаимодействия света с материалами. Свойства таких оптических элементов, как спектральные фильтры, ослабители, расщепители пучков, отражатели и окна, могут изменяться при достаточно высоких плотностях потока. [c.196]

Оценим максимальное значение нормированной плотности фотонов тах в резонаторе лазера на рубине, а также его импульсную (пиковую) мощность в максимуме первого пичка свободной генерации. [c.26]

В сверхзвуковой струе при расширении газа происходит его глубокое охлаждение, при котором вращательная температура падает до десятков кельвинов. Это сильно упрощает структуру полос КР, так как заселенными остаются только нижние вращательные подуровни. Для их разрешения даже в случае двухатомных молекул необходимо иметь лазеры с очень узкой линией генерации и одновременно большой пиковой мощностью, поскольку плотность газовых молекул в струе мала. Однако эти трудности удается преодолеть, используя нестационарный вариант КАРС и переходя от регистрации спектров к измерению временного поведения когерентного возбуждения, зондируемого с переменной задержкой после воздействия пикосекундных импульсов бигармонической накачки. [c.289]

Сопоставление режимов генерации гигантских импульсов при активной и пассивной модуляции добротности комбинированная модуляция добротности. Выше отмечалась определенная аналогия между указанными режимами генерации. В обоих случаях наблюдается относительно длительный этап линейного развития генерации, на котором плотность инверсной заселенности практически не меняется, и короткий этап нелинейного развития генерации, на котором высвечивается основная часть энергии, содержа-ш,ейся в гигантском импульсе. В обоих случаях гигантские импульсы имеют достаточно близкие параметры — длительность импульса (определяемую длительностью нелинейного этапа), пиковую мощность, энергию. В балансных уравнениях для лазера с просветляющимся фильтром обнаруживается при р > 1 почти полная аналогия со случаем быстрого (мгновенного) включения добротности. [c.371]

В связи с тем, что можно с высокой степенью точности экспериментально отличать многофотонные процессы от процессов более низкого порядка, нелинейные эффекты легко удается наблюдать при ( г/ aт) lO"" °, или El = 3 10 в/см. Это соответствует интенсивности света 0,25 Мвт/см . Такие интенсивности можно получить даже в несфокусированных лазерных пучках. Сообщалось, что короткий импульс рубинового лазера, работавшего с ячейкой Керра в качестве затвора (10, 11], имел пиковую мощность 10 Мет в пучке с поперечным сечением около 0,5 см -. В сфокусированных пучках можно получить более высокие интенсивности. Со временем будут доступны гораздо большие пиковые плотности мощности, чем те, о которых сообщалось до сих пор. [c.266]

Со времени появления гелий-неонового лазера генерация получена более чем на 450 разл. переходах между уровнями нейтр. атомов 34 хим. элементов. Возбуждение непрерывной генерации происходит в положит, столбе тлеющего разряда при плотности тока 7 100—200 А/см . Для импульсной генерации используется импульсный разряд с послесвечением. Плотность тока в импульсном разряде может достигать 300 А/см , а в случае импульса с крутым фронтом — сотен и тысяч А/см , что создаёт высокую пиковую мощность генерации. [c.104]

Пиковые плотности мощности в пятне фокусировки излучения при работе с телескопическим HP достигают значений 10 -Вт/см2, что на 2-3 порядка больше, чем при работе с плоским резонатором. Однако в плоскости фокусировки наблюдаются колебания пятен, особенно от пучка с дифракционной расходимостью, а на осциллограмме пички импульсов излучения этих пучков размыты, т. е. имеет место нестабильность положения оси диаграммы направленности и импульсной энергии. При увеличениях резонатора порядка 10 смещение пятна дифракционного пучка может быть соизмеримо с его расходимостью, а нестабильность импульсной энергии достигать значений 10-15%. Эта нестабильность обусловлена высокой чувствительностью HP к внешним механическим и акустическим воздействиям, к воздушным и тепловым потокам, к пыли, а также, возможно, нестабильностью и неоднородностью горения разряда и др. [c.119]

Увеличение размеров передающей апертуры также приводит к росту оптимальной мощности и пиковой интенсивности. Для фокусированного пучка при увеличении радиуса пучка вдвое оптимальная мощность передатчика растет линейно, а максимальная плотность мощности на приемнике сильнее, чем по квадратичному закону. [c.81]

И часто для достижения эффекта прецизионной микрообработки излучение лазера на YAG Nd модулируется до частот повторения импульсов ЛПМ. В настоящее время на этапе быстрого развития находятся импульсные волоконные иттербиевые (Yb) лазеры с длинами волн излучения 1060-1070 нм. Но эти лазеры из-за принципиальных ограничений по диаметру светопроводящей жилы (из-за возникновения нелинейных эффектов) не обеспечивают такой высокой плотности пиковой мощности, как ЛПМ. Эксимерные лазеры имеют более короткие длины волн излучения (Л = 193 248 308 и 351 нм). Это является их преимуществом для применения в литографии, при обработке полупроводников, в офтальмологии и т. д. Но они имеют относительно низкую пространственную когерентность, и рабочая ЧПИ обычно составляет не более 1 кГц, что снижает производительность технологического процесса. [c.7]

С точки зрения применения лазера для целей микрообработки материалов важным параметром является плотность мощности излучения в пятне фокусировки. С уменьшением радиуса зеркала плотность мощности сначала возрастает, достигая максимума, а затем убывает, стремясь к нулю (рис. 4.12, кривые 3, 4, 7). Возрастание плотности мощности (правые ветви кривых) связано с более резким уменьшением площади пучка в пятне фокусировки по сравнению с уменьшением мощности излучения, что хорошо согласуется с формулами (4.5) и (4.6). Левые ветви кривых, наоборот, соответствуют более быстрому падению мощности по сравнению с площадью. Для АЭ ГЛ-201 с прямой схемой исполнения модулятора накачки максимум плотности мощности приходится на R — 3 см (1 отн. ед. — см. кривую 3), со схемой удвоения напряжения — на i = 2 см (3 отн. ед. — кривая 4), а для АЭ ГЛ-201Д — на i = 1 см (11 отн. ед. — кривая 7). Таким образом, с улучшением условий возбуждения и удлинением АЭ максимум, возрастая по величине, перемещается в область малых радиусов кривизны. Оценки для короткофокусных оптических элементов (F = 3-5 см) показали, что при использовании промышленного АЭ ГЛ-201 с выпуклым зеркалом, имеющим R = 1-3 см, плотности пиковой мощности излучения в пятне фокусировки достигают 2 х X 10 Вт/см , а при использовании ГЛ-201 Д — до 2 10 Вт/см . Эти значения примерно на порядок больше, чем при работе с плоским резонатором, но на два порядка меньше, чем при работе с HP. [c.128]

В случае резонатора с одним зеркалом выходное излучение имеет строго двухпучковую структуру оно содержит пучки сверхсветимости с геом = 40 и 15 мрад. Характеристиками излучения второго пучка ( геом = 15 мрад) можно управлять в широких пределах, изменяя радиус кривизны выпуклого зеркала на два порядка меньше расстояния от зеркала до выходной апертуры АЭ, этот пучок излучения обладает качеством, близким к дифракционному, благодаря чему его можно сколлимировать в узконаправленный пучок, сфокусировать в пятно малого диаметра с высокой плотностью пиковой мощности ( 10 Вт/см ), а также выделить с помощью пространственного фильтра из фонового пучка с низкой когерентностью (40 мрад). [c.147]

Из-за высокого коэффициента отражения металлов в диапазоне ИК-волн для плавления и испарения их с помощью ИК-лазера требуется большое количество тепловой энергии, и поэтому образуется довольно большая зона термического влияния. Расплав должен удаляться струями газа, а это делает невозможным использование прецизионной микрообработки. С другой стороны, высокая плотность пиковой мощности излучения (10 -10 Вт/см ), генерируемая короткими импульсами ЛПМ на поверхности материала, приводит к удалению образовавшихся паров и жидкости в результате микровзрывов. Зона термического влияния может быть на порядок меньше, чем у других лазеров [233]. Эксимерные УФ-лазеры могут образовывать меньшую зону термического влияния, чем ЛПМ, однако ЛПМ обрабатывает материал гораздо быстрее, так как плотность мощности его и, следовательно, поверхностная температура мишени гораздо выше. Применение ЛПМ также более эффективно и в тех случаях, когда необходимо сделать надрезы глубже 0,5 мм [240, 245. [c.236]

Существенное отличие ЛПМ от большинства других технологических лазеров заключается в том, что прецизионная микрообработка при сверлении и резке происходит преимущественно в испарительном режиме и без поддува газа в зону обработки [245]. Это позволяет существенно уменьшить зону термического влияния. Поскольку плотность пиковой мощности излучения заметно превышает порог испарения 10 Вт/см ), то испарение имеет характер микровзрывов и сопровождается разлетом паров и перегретой жидкости [238, 246, 247]. Последнее существенным образом влияет на параметры резки — эффективность и скорость, а также на шероховатость края реза. При толщине материала, сопоставимой с шириной реза (10-20 мкм), разлетающиеся из зоны воздействия излучения пары и капли металла [c.236]

С помощью ЛПМ хорошо высверливаются микроотверстия и в оптических материалах — в стекле, кварце, рубине, сапфире [253]. Диаметр этих микроотверстий составляет 10-40 мкм, глубина — до 3 мм, коэффициент формы превышает 100 [254-259]. Поверхности отверстий обладают хорошим оптическим качеством. Скорость сверления составляет обычно около 0,8 мм/с, что близко к уровню для металлов (0,2-0,9 мм/с). В листах кварцевого стекла округлые пазы прорезаются при скорости 8 мм/мин. На поверхности прозрачной мишени имеется четко очерченное входное отверстие и длинный участок с очень малой конусностью, протяженность которого в 100 раз превышает диаметр входного отверстия. Отверстие слепое или открытое оканчивается вершиной. Сверление инициируется либо при образовании центра окраски, либо после поверхностного пробоя при уровнях плотности пиковой мощности 5 10 -10 Вт/см . Для этого достаточно даже средней мощности излучения в 2,5 Вт при дифракционном качестве пучка. Скорость сверления достигает значений 0,2 мкм за один импульс. [c.240]

В экспериментах ЛПМ Карелия имел среднюю мощность излучения 25 Вт с расходимостью пучка 0,21 мрад при ЧПИ 8 кГц [218. Длительность импульса излучения по полувысоте составляла - 15 не, импульсная энергия — 3 мДж. Используемые для обработки материалы (в виде пластин размерами 50x50 мм) закреплялись на столике, который мог перемещаться с постоянной скоростью 0,6-1,7 мм/с. Для фокусировки импульсного излучения ЛПМ на обрабатываемую мишень использовались линзы с фокусным расстоянием от 85 до 123 мм. При этом излучение фокусировалось в пятно размером 20-40 мкм и плотность пиковой мощности достигала 10 -10 Вт/см . [c.243]

В зависимости от требуемой точности, скорости и глубины прецизионной обработки излучатель ЛПМ Карелия , работающий по схеме ЗГ - ПФК - УМ, может быть выполнен с телескопическим HP (М = = 180) или с одним выпуклым зеркалом = 3 или 5 см) в задающем генераторе. При использовании HP выходное излучение ЛПМ имеет двухпучковую структуру — центральный пучок с дифракционной расходимостью (0,07 мрад) и опережающий его на 10 не (At = 21/р/с) пучок с расходимостью 0,15 мрад. При использовании оптической схемы с одним зеркалом выходное излучение имеет строго однопучковую структуру с расходимостью 0,3 или 0,5 мрад. В первом случае плотность пиковой мощности в плоскости фокусировки объектива с F — [c.247]

К третьему перспективному направлению применения ЛПМ — поверхностной обработке [18, 218, 270] — можно отнести как процессы очистки поверхности от загрязнений (при плотности пиковой мощности излучения 10 -10 Вт/см ), так и создание структурных изменений в тонком приповерхностном слое различных сплавов с целью изменения их физических свойств (при плотности 10 -10 Вт/см ), а также квазиаморфизацию чистых веществ включая металлы (при плотности до 10 Вт/см ). [c.266]

ЛПМ обладает уникальным сочетанием положительных свойств, какого нет ни у одного из известных коммерческих лазеров, и находит широкое применение в науке, технике и медицине. Основные характеристики его видимый диапазон излучения (Л — 0,51 и 0,58 мкм), высокая частота повторения импульсов (5-30 кГц), высокая средняя мощность излучения (Ризл — 1-750 Вт) и относительно большой практический КПД (0,5-2%), малая длительность импульсов излучения (10-50 не), большие усиления активной среды (10 -10 дБ/м), низкая энергия в импульсе (0,1-100 мДж) и высокая пиковая мощность (10-1000 кВт), расходимость излучения близкая к дифракционному пределу и дифракционная, высокая плотность пиковой мощности в пятне фокусировки (до Вт/см ). Этими характеристиками [c.279]

Высокая пиковая мощность требует спец, мер для зашиты оптич. элементов (линз, зеркал, фильтров и др.) от разрушения. Если объектом голографич. изображения является человек, то предельно допустимая плотность энергии импульса, ещё безоиаспая для сетчатки глаза, 10 2 Дж/см (для кожи 0,07 Дж/см ). [c.132]

Пиковая мощность (в скол-лимированиом пучке), Вт Пиковая плотность мощности (в фокусе), Вт/см Энергия в импульсе, Дж Средняя мощность, Вт Длительность имиульса (непрерывное излучение), с [c.231]

Лазеры с импульсно-периодической накачкой характеризуются, как правило, меньшей величиной термоонтических искажений АЭ рт 2 дп) и более высокой плотностью мощности излучения, нежели лазеры с непрерывной накачкой. Эти особенности имеют существенное значение при разработке схемы резонатора. Во-первых, умеренный уровень термооптических искажений АЭ приводит к тому, что оптимальный размер основной моды в АЭ определяется не величиной паведеппой анизотропии или аберрациями АЭ, а поперечным размером АЭ уоо (0,5 -г 0,7)Ло- Поскольку обычно радиус АЭ Ло 2,5 мм, то оптимальный размер перетяжки основной моды гио > 1,5 мм, что существенно больше, чем в резонаторах с высоким уровнем термооптических искажений АЭ. Таким образом, резонатор твердотельного лазера с импульсной накачкой должен обеспечивать сравнительно большой размер основной моды в АЭ. Во-вторых, необходимо избегать сильной фокусировки излучения на внутрирезонаторных элементах, в частности па зеркалах. Это связано с высокой пиковой мощностью излучения импульсных лазеров, особенно работающих в режиме генерации гигантских импульсов и конечной лучевой стойкостью оптических элементов. Поэтому при построении схемы резонатора, с учетом требуемых мощностных характеристик лазера, приходится вводить ограничения на предельно допустимый размер перетяжки основной моды на элементах резонатора. Так, если предельно допустимая плотность мощности излучения, определяемая лучевой стойкостью элементов, [c.226]

В то же время тангенциальное облучение заставляет суш,ественно изменить стратегию оптимальной имплозии по сравнению с обш,епри-нятой. Основной фактор потерь, с которым приходится иметь дело, состоит в эффекте просветления слоёв абсорбера по мере облучения ионным пучком по мере того, как плотность в абсорбере ра падает в ходе его радиального расширения, его массовая толш,ина раАг в осевом направлении (т.е. вдоль траекторий ионов) падает в той же пропорции. В результате, доля энергии, оставляемая ионами в рабочей части мишени, становится всё меньше и меньше (мы предполагаем, что энергия ионов фиксирована на протяжении всего импульса). Ясно, что для тонких оболочек потери энергии пучка за счёт этого эффекта могут стать неприемлемо высокими. Главная задача оптимизации — минимизировать полную энергию сжимаюш.его пучка и его пиковую мощность. На практике это равносильно минимизации энтропии сжимаемого топлива и минимизации потерь за счёт эффекта просветления. [c.63]

Инициирование с похмощью мощных лазеров плазменных образований в воздушной среде представляет большой интерес для решения задач дистанционного атомного анализа вещества аэрозолей и инертных газов, оптико-акустического зондирования атмосферы с целью определения некоторых метеопараметров [24] и использования ионизованных каналов, например, в качестве управляемых антенн, переотражателей электромагнитного излучения, направляющих стриммеров разрядов грозового электричества и сильноточных коммутаторов [43]. Кроме этого, оптический пробой вызывает нелинейное энергетическое ослабление, которое накладывает принципиальные ограничения на пиковые плотности мощности лазерного излучения, которые выдерживает атмосфера как среда распространения [23]. [c.151]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...