Abstract
The phenomenon of optical breakdown has been studied experimentally for KCl single crystals exposed to laser emission focused on the neodymium glass with modulated quality-factor, pulse duration 5·10-8 s, wavelength λ= 1054 nm, and pulse energy of the order 1 J in the regime of local intrinsic absorption of the laser emission by the single crystal. Evaluations of local heat flash energetic constituents and characteristic durations for both local area heating and relaxation processes and following comparison with experimental results have shown that the relaxation process takes place in two stages: the first is fast phasefollowed by crowdion mass transfer with shock wave participation, and the second is slow phase with participation also dislocation mass transfer. The energy losses for heat radiation and thermal conductivity are found to be by orders of value less than the absorption energy flux Iabs that provides fast local heating and plasma formation. From the viewpoint of the mechanics of continua the process under study where the pressure achieves value exceeding the theoretical strength limit for the time less 10-6 s, should be considered as explosion-like or shock process. The general scheme of plastic deformation arising from abovementioned estimations and observations is seemed as follows. In the beginning, under action of the shock wave the crowdions are generated which carry the substance from the high pressure area and move along close-packed atomic rows (<110> type directions in KCl crystals); the void is formed almost completely during the shock wave passing the relaxation zone crosssection. This time is of the order of τrel, i. e. 10-9…10-8 s. After falling temperature and pressure and vapor condensation into liquid, at the end of relaxation process, the void boundaries expand already under liquid melt pressure, and the mass transfer dislocation mechanism comes into action providing additionally some enlarging the void volume. This process continues also after stopping the laser emission, during the crystal cooling down to the melt crystallization in the void and formation of a pore with size observed.
Highlights
Експериментально досліджено явище оптичного пробою монокристалів KCl сфокусованим випромінюванням лазера на неодимовому склі з модульованою добротністю, тривалістю імпульсу 5·10-8с, довжиною хвилі λ = 1054 нм та енергією імпульсу порядку 1 Дж у режимі локального власного поглинання випромінювання лазера монокристалом
The phenomenon of optical breakdown has been studied experimentally for KCl single crystals exposed to laser emission focused on the neodymium glass with modulated quality-factor, pulse duration 5·10-8 s, wavelength λ= 1054 nm, and pulse energy of the order 1 J in the regime of local intrinsic absorption of the laser emission by the single crystal
Evaluations of local heat flash energetic constituents and characteristic durations for both local area heating and relaxation processes and following comparison with experimental results have shown that the relaxation process takes place in two stages: the first is fast phasefollowed by crowdion mass transfer with shock wave participation, and the second is slow phase with participation dislocation mass transfer
Summary
Лазер з інфрачервоним випромінюванням і коротким імпульсом обраний для того, щоб зменшити втрати випромінювання на поглинання і розсіювання, в тому числі і на неполірованих поверхнях кристалу, і отримати високу щільність потоку енергії, достатню для оптичного пробою за рахунок власного поглинання кристала в фокальній площині лінзи. Враховуючи величину потоку поглинання (Iпогл = 6,37·102 Вт) і отримане значення енергії Ероз, оцінимо час розігріву τроз, який, по суті, і визначає динаміку ходу всього процесу релаксації та складає: τроз = Ероз/Iпогл≈ 1,57·1014 с. Кінцевий розмір плазмової хмари виявляється того ж порядку [15, 23, 24], що і розмір пори, що утворюється, тому, якщо припустити її форму так саме кубічною, але з ребром порядку 10-6 м, то розмір розігріваємої області збільшується на три порядки, а потік поглинання збільшується лише на два порядки, що, в свою чергу, призведе до зростання на порядок часу розігріву: τроз ≈ 1,57·10-13 с. Час утворення і розігріву плазми на порядки величини менше тривалості лазерного імпульсу, яка дорівнює 5·10-8 с, причому зміна величини плазмової хмари практично не змінює співвідношення між потоком поглинання і потоком втрат енергії і, отже, практично не впливає на час розігріву плазми
Talk to us
Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have
More From: The Journal of V. N. Karazin Kharkiv National University, Series "Physics"
Disclaimer: All third-party content on this website/platform is and will remain the property of their respective owners and is provided on "as is" basis without any warranties, express or implied. Use of third-party content does not indicate any affiliation, sponsorship with or endorsement by them. Any references to third-party content is to identify the corresponding services and shall be considered fair use under The CopyrightLaw.