ЛАЗЕРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ Лекция-9 НИЯУ МИФИ

НИЯУ МИФИ
ФАКУЛЬТЕТ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ
И ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ
Кафедра № 70
ЛАЗЕРНАЯ
ТЕХНОЛОГИЯ
Лекция-9
ТЕСТ 8-я неделя
Принципиальная схема лазерных
технологических установок
Принципы фокусировки лазерного
излучения
а) – распределение
лазерного излучения в
пространстве: ω0 –
радиус перетяжки, ω –
радиус лазерного луча,
θ –угол расходимости.
б) – распределение
лазерного излучения на
поверхности.
Принципы фокусировки лазерного
излучения
Фокусировка меняет коэффициент сосредоточенности лазерного излучения
вокруг оси, не меняя гауссовой функции распределения.
Принципы фокусировки лазерного
излучения
Радиус фокусировки:
rs = f θ
Расширитель пучка:
θ2 = θ1 D1/D2
a)– реальный фокус
b)- мнимый фокус
Глубина резкости:
Δ = ± rs2/λ
Для идеальной
фокусировки rs ≈ λ
иΔ≈ ± λ
Принципы фокусировки лазерного
излучения
Для больших чисел Френеля N = a2/λL >> 1, ход лучей после
фокусирующей системы определяется ее положением
относительно точки пересечения внутренних лучей
лазерного пучка:
Проекционный способ обработки
поверхности
Объект располагается в плоскости изображения.
Коэффициент уменьшения проекционной системы:
βmin < β < βmax
βmin = (qоб/qмаск)1/2; βmax = λf/[(D-D0)dmin - λ f]
С целью получения качественной передачи
изображения рисунка необходимо минимизировать
абберации.
Типы аббераций
Сферическая абберация ~ h2.
Типы аббераций
Абберация комы
~ φw2h2.
Типы аббераций
Астигматизм ~ φ2w2,
где φ – угол наклона
луча к оптической
оси фокусирующей
системы, w- размер
изображения.
Типы аббераций
Дисторсия ~ φ3w3
Типы аббераций
Искривление
поля ~ φ2w2
Фокусирующие системы для лазерной технологии
Зеркальные системы
представляют собой
комбинации либо плоского и
сферического зеркал
(а(III),б(IV),г(VI),д(VII)), либо 2-х
сферических зеркал (в(V),
е(VIII), ж(IX)). Системы а,б,в,е
являются осевыми системами,
а системы г,д,ж внеосевыми
Оптические материалы дальнего
инфракрасного диапазона
(λ = 10.6 мкм)
1. Полупроводники: CdTe, ZnSe, GaAs, Ge
2. Соли: NaCl, KCl, BaF2
3. Алмаз.
Оптические материалы дальнего
инфракрасного диапазона
1. Коэффициент поглощения α [1/см]. Желательны малые величины коэффициента
поглощения.
2. Коэффициент теплопроводности. Характеризует способность материала
рассеивать поглощенную энергию излучения. Желательны большие
величины коэффициента теплопроводности.
3.Твердость и гладкость. Твердость должна быть большой для противостояния
механическому воздействию и получения высококачественной поверхности
при полировке.
4. Химическая стойкость. Должна быть высокой.
5. Коэффициент линейного расширения. Должен быть минимальным, чтобы не
создавать искажения волнового фронта при нагреве.
Характер
истика
CdTe ZnS GaAs Ge
, см-1 0,002
0,002
NaCl KCl
0,002 0,002 0,002
0,001÷
0, 0001
BaF2
алмаз
0,13
0,001
λ,
0,06 0,18 0,48 0,59 0,07 0,07 0,1
β, 106,
град-1
5,9
8,5
5,7
5,7
Стабиль
ность
при
нагреве
о/х
о/х
о/х
плох о/х
о/х
плох
Стоимо умерен
сть
умерен
высокая
низкая
низкая
низкая
Приме
нение
Окна
большого
Для λ =
3÷5
мкм
Вт/см2
До 500Вт
размера
44
низкая
1,4
36
высокая
Окна
малого
размера,
P > 10 кВт
Зеркала для CO2 - лазеров.
Зеркала из Ni-Cu изготовляются из высокочистых монокристаллов меди.
На рабочую поверхность наносят слой никеля и после полировки до
λ/20 наносят слой золота, повышающий коэффициент отражения
до 99\% и обеспечивающий коррозионную стойкость.
Зеркала из Be-Cu: близкие коэффициенты линейного расширения меди и
бериллия и хороший тепловой контакт на границе позволяют избежать
локального нагрева.
Зеркала из молибдена: используются в мощных газодинамических
лазерах, но очень дороги.
Зеркала промышленные из меди с диэлектрическим покрытием. Имеют
высокую коррозионную и механическую стойкость поверхности.
Суперполированные до λ/40 медные зеркала. Имеют наивысшие
энергетические пороги разрушеня: 130 Дж/см2 для импульсного
режима и 200 Вт/см2 для непрерывного излучения, но очень дороги.
Коэф.
отражен
Зеркала ия R, %
Точность обработки
поверхности
сфера
плоскость
Импульсный
Дж/см2
Непрерывный
кВт/см2
98,8
> 99 (Au)
λ/10÷λ/20
98,8
> 99 (Au)
λ/20
Mo
> 98
λ/40
λ/40
35
ti = 0.6мкс
200
t=8с
Cu-пром. с
диэл. покр.
> 98
λ/20
λ/10
до 100
>10
без охл
Cuсуперполированные
> 98
λ/40
λ/40
130
ti = 0.6мкс
>10
200 c охл
-
-
Cu-Ni
Cu-Be
Суперинвар
(32НКД)
~97-98
λ/20
Энергетический порог
повреждения
5
ti = 0.6мкс
λ/20
100
~
λ/5÷10
~
λ/5÷10
1
(с
охлаждением)
-