А.А. ПРОТАСОВ Научный руководитель – А.П. КУЗНЕЦОВ, к.ф.-м.н., доцент

УДК 535.14(06) Лазерная физика
А.А. ПРОТАСОВ
Научный руководитель – А.П. КУЗНЕЦОВ, к.ф.-м.н., доцент
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
РАЗРАБОТКА ЛАЗЕРНОГО ПРОЕКЦИОННОГО
МИКРОСКОПА ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ОБЛАСТЕЙ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПЛАЗМЫ И МОЩНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ПОВЕРХНОСТЬЮ
РАЗЛИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ В УСЛОВИЯХ СИЛЬНЫХ ФОНОВЫХ ЗАСВЕТОК
Представлен метод наблюдения областей взаимодействия мощных потоков энергии с поверхностями
различных веществ непосредственно в процессе воздействия. Экспериментально показана возможность динамической визуализации поверхности при наличии перед ней плазмы с линейной плотностью ~ 10 16 см-2 и
толщиной ~3 см.
Развитие практически всех областей науки и техники невозможно представить без использования соответствующих методов измерений. Визуализация динамических процессов при исследованиях в области экстремальных состояний вещества, взаимодействия плазмы с поверхностью, взаимодействия мощного лазерного излучения с веществом требует обеспечения хорошего пространственного разрешения, высокой яркости и контраста изображений.
Актуальной задачей при лазерно-технологических процессах является визуализация зон взаимодействия
мощного лазерного излучения с поверхностью материала. При поглощении лазерного излучения поверхностью вещества происходят сложные гидро- и газодинамическим процессы.
Наблюдение зон взаимодействия методами инструментальной оптики затруднено из-за образования над
ними ярко светящейся плазмы, экранирующей их.
Принципиально новые возможности усиления яркости изображения появилис ь после создания импульсных лазеров на парах металлов, в частности меди, генерация в которых осуществляется на переходах с резонансных уровней атомов на метастабильные [1]. Усиление яркости в таких активных системах
достигается за счет использования когерентного усиления в лазерной активной среде собственного излучения, отраженного от исследуемого объекта [2]. Основное отличие импульсного лазера на парах меди
( = 510,6 и 578,1 нм) (как и других лазеров на самоограниченных переходах атомов металлов) от других
типов лазеров - короткое время существования инверсии населенностей (10 – 50 нc), соизмеримое с временем распространения излучения в активной среде. За счет большого усиления (десятки и сотни децибел)
лазер может работать в режиме сверхсветимости - без зеркал или с одним зеркалом.
В силу высокой частоты следования импульсов ~ 14 кГц возможно наблюдение динамической картины
на поверхности.
Размер рабочего поля на поверхности объекта исследования, увеличение и качество изображения определяются выбором объективов проекционной системы. Так, при использовании в качестве объектива линзы
диаметром 50 мм с фокусным расстоянием f=210 мм поле зрения составляло ~ 6 мм, разрешение ~ 460
штрихов/мм. Максимальное пространственное разрешение проекционного лазерного микроскопа ограничивается дифракционным пределом [3].
В работе исследована возможность наблюдения поверхности объектов, находящихся на расстояниях до
5 м от лазера в условиях сильной фоновой засветки. В качестве источника засветки использовалась плазма
эрозионного капиллярного разряда (ЭКР) в воздухе.
Разработанная проекционная система с усилителем яркости на основе Cu-лазера позволяет исследовать,
в том числе, и области взаимодействия плазменных потоков с поверхностью различных веществ. Изучать
динамические процессы плазмообразования в пространственном и временном масштабах характерном для
многих научных и технологических задач. Лазерный мониторинг может быть использован для контроля состояния внутренних поверхностей плазменных камер непосредственно в течении всего рабочего цикла
установки. В частности, с его помощью можно проводить наблюдения модификации поверхности материалов при электронно-ионной бомбардировке, изучать в режиме реального времени воздействие плазменных
потоков на поверхность конструкционных материалов, диверторных пластин в разрядной камере токамака.
Список литературы
1. Григорьянц
А.Г., Казарян М.А., Лябин Н.А. Лазеры на парах меди: конструкция, характеристики и
применение // М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005.
2. Петраш
Г. Г. Оптические системы с усилителями яркости // М.: Наука, 1991.
3. Земсков
К.И., Исаев А.А., Казарян М.А. и др. // Квантовая электроника. 1974. т.1, С 13