Порядок выполнения работы

Порядок действий при работе с лазерной установкой «ЛКЗ» приведён в описании к установке.

3.1 Измерение параметров лазерного излучения

3.1.1 Измерение энергии лазерного излучения

Так как в управляющих программах лазерных комплексов не задаются напрямую значения выходной энергии, а встроенного измерителя в установке ЛКЗ не предусмотрено, то для сопоставления размеров трещины с энергетическими параметрами излучения необходимо измерить энергию в импульсе для каждого значения тока накачки. Измерения энергии лазерного излучения для установки ОЛКЗ целесообразно производить при помощи пироэлектрического сенсора.

(!) Замечание. Перед началом измерений удостоверьтесь, что сенсор не будет повреждён лазерным пучком.

Заполните таблицу 1.

Таблица 1 – Значения энергии лазерного импульса при разных токах накачки

3.1.2 Измерение расходимости лазерного излучения

Для определения интенсивности воздействующего на образцы лазерного излучения кроме энергии в импульсе необходимо оценить размер фокального пучка. В данной работе оценка диаметра пучка в фокусе осуществлялась из следующего соотношения:

где df – диаметра пучка в фокусе;

с – полный угол расходимости лазерного излучения;

– фокусное расстояние линзы.

Измерьте расходимость (по уровню 0,5) согласно п.2 практической части данной работы.

Рассчитайте значение диаметра пучка в фокусе.

В случае, если облучается образец с коэффициентом преломления не равным 1, то необходимо вводить поправку на размер пучка с учётом удлинения фокусного расстояния. Рассчитать удлинение можно зная, что диаметр пучка до фокусирующей линзы составляет 10 мм, а также руководствуясь положениями геометрической оптики.

3.2 Определение порогов оптического пробоя исследуемых материалов

Для определения порога оптического пробоя среды необходимо выполнить следующие действия:

- установить исследуемый образец в зону обработки лазерного комплекса;

- рассчитать диаметр пучка лазерного излучения в фокусе с учётом толщины облучаемого образца (см. п.3.1.2 практической части данной работы);

- найти минимальное значение энергии лазерного импульса, при котором происходит пробой среды, рассчитать пороговую интенсивность

- заполнить таблицу 2.

Таблица 2 – Пороги оптического пробоя различных сред

3.3 Установление зависимости размера трещины от интенсивности лазерного излучения

Для выполнения данного пункта необходимо провести обработку образцов (стекла или ПММА) на 10 режимах облучения, при которых в образце в области воздействия наблюдаются трещины, начиная с интенсивности немногим превышающей порог оптического пробоя среды (на 1 А тока накачки).

Затем при помощи микроскопа измеряется максимальных размер трещин (выборка из 4-х измерений) на каждом режиме. После статистической обработки полученных результатов заполняется таблица 3.

Таблица 3 – Размеры получаемых трещин при различных режимах обработки

3.4 Установление зависимости размера трещины от диаметра пучка лазерного излучения

Для того чтобы изменить диаметр пучка в фокусе, можно удлинить фокусное расстояние расположив поверх обрабатываемого образца прозрачный объект коэффициентом преломления не равным 1. В данной работе предлагается использовать параллелепипеды из оптического стекла различных размеров.

Выполните обработку образцов с разными диаметрами пучка лазерного излучения аналогично п.3.3. При этом в каждом режиме обработки ток накачки выбирается таким образом, чтобы интенсивность излучения во всех опытах была одинаковой.

Заполните таблицу 4.

Таблица 4 – Размеры получаемых трещин при различных диаметрах пучка в фокусе

3.5 Определение критических параметров хрупкого разрушения исследуемых материалов

Рассчитайте по выражению (12) минимальный размер трещины уровней интенсивности, использованных в п. 3.3 и заполните таблицу 5

Таблица 5 – Критические размеры трещин

Сопоставьте эти значения с диаметром пучка в фокусе.

Требования к отчётам

1. Сформулируйте цель работы

2. Выполните практическую часть работы, по данным таблиц 1,3 и 4 постройте графические зависимости.

3. Приведи примеры фотографий получаемых разрушений в исследуемых средах

4. Сделайте выводы

Контрольные вопросы

1. Какие типы сенсоров используются для измерений параметров лазерного излучения, на каких физических явлениях они основаны?

2. Объясните методику измерений энергии импульсного лазерного излучения

3. Объясните методику измерений расходимости лазерного излучения

4. Опишите методы измерений диаметра пучка лазерного излучения

5. Опишите явление оптического пробоя в оптически прозрачных средах

6. Опишите причины разрушения прозрачных диэлектриков под действием лазерного излучения

7. Какие критерии хрупкого разрушения прозрачных диэлектриков Вы знаете?

8. Какие параметры определяют фокальный размер пучка лазерного излучения?