mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2013-2-11-18mateltech-68Research ArticleМатериаловедение и технология. ДиэлектрикиMATERIALS SCIENCE AND TECHNOLOGY. DIELECTRICSПРОЗРАЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ МОЩНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ СО2-ЛАЗЕРОВTRANSPARENT MATERIALS FOR HIGH-POWER PULSED CO2-LASERSРогалинВ. Е.RogalinV. E.

кандидат физ.−мат. наук, начальник сектора

v-rogalin@mail.ruФГУП «НПО Астрофизика»РоссияFSUE «NPO Astrophysics»Russian Federation201315032015021118Copyright © Рогалин В.Е., 20152015Рогалин В.Е.Rogalin V.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/68

В одном эксперименте при апертуре луча, сопоставимой с размерами образца, проведено сравнение реальной оптической стойкости основных прозрачных материалов для СО2-лазеров: BaF2, NaCl, KCl, KBr, RbI, AgCl, CsI, KРС-5, KPC-6, ZnSe, ZnS, GaAs и Ge. Экспериментально и теоретически сопоставлены нелинейные потери в 13 кристаллах при прохождении излучения в диапазоне 107—4 · 108 Вт/cм2. Обнаружено, что «хвост» импульса практически полностью поглощается плазмой низкопорогового оптического пробоя воздуха, а «пик», лишь частично, — «горячими» неравновесными носителями заряда в кристалле. Установлено, что потери излучения экспоненциально зависят от ширины запрещенной зоны материала. Исследованы особенности поражения монокристаллов германия импульсом мощного СО2-лазера. Впервые разработаны, изготовлены и испытаны окна из Ge диаметром 420 мм. Исследовано влияние на процесс лазерного объемного порообразования в щелочно-галоидных кристаллах параметров кристаллической решетки, примесного состава, структуры радиационных дефектов, варьируемой путем воздействия проникающей радиации и отжига. Выявлена зависимость размера пор от условий воздействия, параметров лазера, энергии кристаллической решетки. Изучена кинетика термического отжига этих пор и предложен механизм их залечивания.

In one experiment, having the aperture of the beam, comparable with dimensions of the sample, we compared the real optical damage of the main transparent materials for CO2-lasers: BaF2, NaCl, KCl, KBr, RbI, AgCl, CsI, KРС-5, KPC-6, ZnSe, ZnS, GaAs и Ge. Experimentally and theoretically we compared the nonlinear losses in 13 crystals, when the radiation in the range of 107—4 × 108 W/сm2 passed through them. The «tail» of the impulse was practically completely absorbed by plasma of optical breakdown of air in TEA CO2-laser, but the «peak» — only partially — by «hot» disbalanced charge carriers in the crystal. The losses of laser radiation exponentially depend on band gap of material. he peculiarities of damage Ge single crystals by high power pulsed CO2-laser were investigated. For the first time windows from Ge (diameter — 420 mm) were elaborated, produced and tested. We looked into, how parameters of crystal lattice, admixtures and structure of point defects, which can be changed by influence X-ray irradiation and annealing, can influence on the process of laser volume pores generation in alkali halides. We revealed dependence of pore dimensions from influence conditions, parameters of high-power laser beam, energy of crystal lattice. We studied kinetics of thermal annealing for to diminish dimensions of this pores.

импульсные СО2−лазерыокнооптическая стойкостьGеGaAsZnSeKPC−5KРС−6NaClKClBaF2монокристаллщелочно−галоидные кристаллыплазмообразованиепримесные центрыоптический пробойпоглощающие микронеоднородностимикроразрушенияпорыTEA CO2−laserswindowoptical damageGеGaAsZnSeKPC−5KРС−6NaClKClBaF2single crystalsalkali halidesplasma generationimpurity centersoptical breakdownabsorbing micro inhomogeneousmicro damageporesReferencesБаранов, Г. А. Мощные импульсные СО2-лазеры высокого давления и их применения / Г. А. Баранов, А. А. Кучинский // Квантовая электроника. – 2005. – Т. 35, № 3. – С. 219—229.Баранов, Г. А. Мощные импульсные СО2-лазеры высокого давления и их применения / Г. А. Баранов, А. А. Кучинский // Квантовая электроника. – 2005. – Т. 35, № 3. – С. 219—229.Ашурлы, З. И. Электроразрядный импульсный СО2-лазер для исследовательских целей / З. И. Ашурлы, Ю. М. Васьковский, И. А. Гордеева, Л. В. Малышев, Р. Е. Ровинский, А. А. Холодилов // Там же. – 1980. – Т. 7, № 7. – С. 1456—1460.Ашурлы, З. И. Электроразрядный импульсный СО2-лазер для исследовательских целей / З. И. Ашурлы, Ю. М. Васьковский, И. А. Гордеева, Л. В. Малышев, Р. Е. Ровинский, А. А. Холодилов // Там же. – 1980. – Т. 7, № 7. – С. 1456—1460.Аполлонов, В. В. Мощный электроразрядный СО2-лазер с добавками в смесь легкоионизуемых веществ / В. В. Аполлонов, Ю. М. Васьковский, М. И. Жаворонков, А. М. Прохоров, Р. Е. Ровинский, В. Е. Рогалин, Н. Д. Устинов, К. Н. Фирсов, И. С. Ценина, В. А. Ямщиков // Там же. – 1985. – Т. 12, № 1. – С. 5—9.Аполлонов, В. В. Мощный электроразрядный СО2-лазер с добавками в смесь легкоионизуемых веществ / В. В. Аполлонов, Ю. М. Васьковский, М. И. Жаворонков, А. М. Прохоров, Р. Е. Ровинский, В. Е. Рогалин, Н. Д. Устинов, К. Н. Фирсов, И. С. Ценина, В. А. Ямщиков // Там же. – 1985. – Т. 12, № 1. – С. 5—9.Шмаков, В. А. Силовая оптика / В. А. Шмаков. – М. : Наука, 2004. – 318 с.Шмаков, В. А. Силовая оптика / В. А. Шмаков. – М. : Наука, 2004. – 318 с.Атаманюк, В. М. Взаимодействие лазерного излучения с материалами оптико-электронной техники / В. М. Атаманюк, О. В. Володин, И. В. Дяченко, Н. С. Захаров, А. Ф. Коваленко, А. В. Козлов, С. А. Комаров, Т. А. Михайлова, А. В. Никонов, В. Е. Рогалин, М. В. Сахаров, И. П. Суханов, Я. А. Суханов, А. В. Федичев. – Сергиев Посад : ЦФТИ МО РФ, 2004. – 176 с.Атаманюк, В. М. Взаимодействие лазерного излучения с материалами оптико-электронной техники / В. М. Атаманюк, О. В. Володин, И. В. Дяченко, Н. С. Захаров, А. Ф. Коваленко, А. В. Козлов, С. А. Комаров, Т. А. Михайлова, А. В. Никонов, В. Е. Рогалин, М. В. Сахаров, И. П. Суханов, Я. А. Суханов, А. В. Федичев. – Сергиев Посад : ЦФТИ МО РФ, 2004. – 176 с.Marsh, J. Infrared optical materials for 8-13 μm / J. Marsh, J. Savage // Infrared Phys. – 1974. – V. 14, N 12. – P. 85—91.Marsh, J. Infrared optical materials for 8-13 μm / J. Marsh, J. Savage // Infrared Phys. – 1974. – V. 14, N 12. – P. 85—91.Yablonovitch, E. Optical dielectric strength of alkali-halide crystals obtained by laser-induced breakdown / E. Yablonovitch // Appl. Phys. Lett. – 1971. – V. 19, N 11. – P. 495—497.Yablonovitch, E. Optical dielectric strength of alkali-halide crystals obtained by laser-induced breakdown / E. Yablonovitch // Appl. Phys. Lett. – 1971. – V. 19, N 11. – P. 495—497.Milam, D. Method and apparatus for determining the mechanism responsible for laser induced damage / D. Milam, R. A. Bradbury, R. H Picard., M. Bass // Pat. USA, 356-239/G01№21/16/, № 3999865; Заявл. 09.12.74; Опубл. 28.12.76.Milam, D. Method and apparatus for determining the mechanism responsible for laser induced damage / D. Milam, R. A. Bradbury, R. H Picard., M. Bass // Pat. USA, 356-239/G01№21/16/, № 3999865; Заявл. 09.12.74; Опубл. 28.12.76.Горшков, Б. Г. Размерный эффект и статистика лазерного разрушения ЩГК на длине волны 10,6 мкм. / Б. Г. Горшков, Ю. К. Данилейко, А. А. Маненков, А. М. Прохоров, А. В. Сидорин // Квантовая электроника. – 1981. – Т. 8, № 1. – С. 148—154.Горшков, Б. Г. Размерный эффект и статистика лазерного разрушения ЩГК на длине волны 10,6 мкм. / Б. Г. Горшков, Ю. К. Данилейко, А. А. Маненков, А. М. Прохоров, А. В. Сидорин // Квантовая электроника. – 1981. – Т. 8, № 1. – С. 148—154.Дацкевич, Н. П. Оптическая прочность ИК−материалов для импульсных СО2-лазеров при больших пятнах облучения. / Н. П. Дацкевич, Н. В. Карлов, Г. П. Кузьмин, А. А. Нестеренко, Е. В. Сисакян // Краткие сообщения по физике. – 1983. – № 6. – C. 3—7.Дацкевич, Н. П. Оптическая прочность ИК−материалов для импульсных СО2-лазеров при больших пятнах облучения. / Н. П. Дацкевич, Н. В. Карлов, Г. П. Кузьмин, А. А. Нестеренко, Е. В. Сисакян // Краткие сообщения по физике. – 1983. – № 6. – C. 3—7.Казанцев, С. Г. Проходная оптика мощных широкоапертурных импульсных лазеров среднего ИК-диапазона / С. Г. Казанцев. Автореф. дисс. … докт. техн. наук. – М. : МИСиС, 2002. – 49 с.Казанцев, С. Г. Проходная оптика мощных широкоапертурных импульсных лазеров среднего ИК-диапазона / С. Г. Казанцев. Автореф. дисс. … докт. техн. наук. – М. : МИСиС, 2002. – 49 с.Смирнов, Ю. М. Взаимодействие термических условий при росте монокристаллов с диаметрами до 600 мм / Ю. М. Смирнов, И. А. Каплунов // Физика кристаллизации. – Тверь, 1994.Смирнов, Ю. М. Взаимодействие термических условий при росте монокристаллов с диаметрами до 600 мм / Ю. М. Смирнов, И. А. Каплунов // Физика кристаллизации. – Тверь, 1994.Левинзон, Д. И. Поглощение ИК−излучения в германии / Д. И. Левинзон, Р. Е. Ровинский., В. Е. Рогалин, Е. П. Рыкун, И. С. Ценина, В. А. Шершель // Материалы ІХ совещания по получению профилированных кристаллов и изделий способом Степанова и их применению в народном хозяйстве. – Л., 1982. – С. 123—126.Левинзон, Д. И. Поглощение ИК−излучения в германии / Д. И. Левинзон, Р. Е. Ровинский., В. Е. Рогалин, Е. П. Рыкун, И. С. Ценина, В. А. Шершель // Материалы ІХ совещания по получению профилированных кристаллов и изделий способом Степанова и их применению в народном хозяйстве. – Л., 1982. – С. 123—126.Ровинский, Р. Е. Оптические свойства и области применения полупроводниковых монокристаллов германия / Р. Е. Ровинский, В. Е. Рогалин, В. А. Шершель // Изв. АН СССР. Сер. физическая. – 1983. – Т. 47, № 2. – С. 432—435.Ровинский, Р. Е. Оптические свойства и области применения полупроводниковых монокристаллов германия / Р. Е. Ровинский, В. Е. Рогалин, В. А. Шершель // Изв. АН СССР. Сер. физическая. – 1983. – Т. 47, № 2. – С. 432—435.Артюшенко, В. Г. Кристаллы галогенидов таллия с малыми оптическими потерями / В. Г. Артюшенко, Э. П. Бочкарев, С. А. Воронина, Г. Г. Главин, В. Ф. Голованов, Т. И. Дарвойт, Е. И. Дианов, Ю. В. Кормилицин // Квантовая электроника. – 1980. – Т. 7, № 8. – С. 2037—2039.Артюшенко, В. Г. Кристаллы галогенидов таллия с малыми оптическими потерями / В. Г. Артюшенко, Э. П. Бочкарев, С. А. Воронина, Г. Г. Главин, В. Ф. Голованов, Т. И. Дарвойт, Е. И. Дианов, Ю. В. Кормилицин // Квантовая электроника. – 1980. – Т. 7, № 8. – С. 2037—2039.Горилецкий, В. И. Автоматизированное вытягивание из расплава крупногабаритных щелочно-галоидных монокристаллов / В. И. Горилецкий, В. А. Неменов. В. Г. Проценко, А. В. Радкевич, Л. Г. Эйдельман // Расширенные тез. VІ Межд. конф. по росту кристаллов. – М., 1980. – T. 3. – C. 17—19.Горилецкий, В. И. Автоматизированное вытягивание из расплава крупногабаритных щелочно-галоидных монокристаллов / В. И. Горилецкий, В. А. Неменов. В. Г. Проценко, А. В. Радкевич, Л. Г. Эйдельман // Расширенные тез. VІ Межд. конф. по росту кристаллов. – М., 1980. – T. 3. – C. 17—19.Рогалин, В. Е. Моделирование процессов проскальзывания на границе на бикристаллах хлористого серебра / В. Е. Рогалин, А. В. Шалимова, М. П. Шаскольская // Изв. АН СССР. Сер. физическая. – 1976. – Т. 41, № 7. – С. 1537—1541.Рогалин, В. Е. Моделирование процессов проскальзывания на границе на бикристаллах хлористого серебра / В. Е. Рогалин, А. В. Шалимова, М. П. Шаскольская // Изв. АН СССР. Сер. физическая. – 1976. – Т. 41, № 7. – С. 1537—1541.Конов, В. И. Оптический пробой газов вблизи поверхности твердых тел / В. И. Конов: Автореф. дисс. … докт. физ.-мат. наук. – М. : ФИАН, 1982. – 48 с.Конов, В. И. Оптический пробой газов вблизи поверхности твердых тел / В. И. Конов: Автореф. дисс. … докт. физ.-мат. наук. – М. : ФИАН, 1982. – 48 с.Куликов, В. Г. Прохождение излучения импульсного СО2-лазера через полупроводниковые кристаллы / В. Г. Куликов, Р. Е. Ровинский, В. Е. Рогалин, А. А. Холодилов // Тез. докл. ІV Всесоюз. совещания по нерезонансному взаимодействию оптического излучения с веществом. – Л. : Наука, 1978. – С. 243—244.Куликов, В. Г. Прохождение излучения импульсного СО2-лазера через полупроводниковые кристаллы / В. Г. Куликов, Р. Е. Ровинский, В. Е. Рогалин, А. А. Холодилов // Тез. докл. ІV Всесоюз. совещания по нерезонансному взаимодействию оптического излучения с веществом. – Л. : Наука, 1978. – С. 243—244.Ровинский, Р. Е. Прохождение излучения импульсного СО2-лазера через диэлектрические кристаллы / Р. Е. Ровинский, В. Е. Рогалин, А. А. Холодилов, В. М. Чутко // Там же. – Л. : Наука, 1978. – С. 321—322.Ровинский, Р. Е. Прохождение излучения импульсного СО2-лазера через диэлектрические кристаллы / Р. Е. Ровинский, В. Е. Рогалин, А. А. Холодилов, В. М. Чутко // Там же. – Л. : Наука, 1978. – С. 321—322.Ровинский, Р. Е. О нелинейном поглощении импульса излучения СО2-лазера при его прохождении через оптические материалы / Р. Е. Ровинский, В. Е. Рогалин // Там же. – Л. : Наука, 1981. – С. 346—347.Ровинский, Р. Е. О нелинейном поглощении импульса излучения СО2-лазера при его прохождении через оптические материалы / Р. Е. Ровинский, В. Е. Рогалин // Там же. – Л. : Наука, 1981. – С. 346—347.Райзер, Ю. П. Лазерная искра и распространение разрядов / Ю. П. Райзер. – M. : Наука, 1974. – 308 с.Райзер, Ю. П. Лазерная искра и распространение разрядов / Ю. П. Райзер. – M. : Наука, 1974. – 308 с.Левинзон, Д. И. Исследование монокристаллов профильного германия, облученных импульсным СО2-лазером / Д. И. Левинзон, Р. Е. Ровинский, В. Е. Рогалин, Е. П. Рыкун, А. Л. Трайнин, И. С. Ценина, Э. Г. Шейхет // Изв. АН СССР. Сер. физическая. – 1979. – Т. 43, № 9. – С. 2001—2005.Левинзон, Д. И. Исследование монокристаллов профильного германия, облученных импульсным СО2-лазером / Д. И. Левинзон, Р. Е. Ровинский, В. Е. Рогалин, Е. П. Рыкун, А. Л. Трайнин, И. С. Ценина, Э. Г. Шейхет // Изв. АН СССР. Сер. физическая. – 1979. – Т. 43, № 9. – С. 2001—2005.Рогалин, В. Е. О порообразовании в щелочно-галоидных монокристаллах под действием импульса электромагнитного излучения / В. Е. Рогалин, Т. И. Самойлова, Н. А. Тищенко, М. П. Шаскольская // ФТТ. – 1980. – Т. 22, № 12. – С. 3549—3554.Рогалин, В. Е. О порообразовании в щелочно-галоидных монокристаллах под действием импульса электромагнитного излучения / В. Е. Рогалин, Т. И. Самойлова, Н. А. Тищенко, М. П. Шаскольская // ФТТ. – 1980. – Т. 22, № 12. – С. 3549—3554.Рогалин, В. Е. О взаимодействии импульса ИК-излуче ния с центрами окраски в NaCl / В. Е. Рогалин, Н. А. Тищенко, М. П. Шаскольская // ЖТФ. – 1980. – Т. 50, № 5. – С. 1077—1079.Рогалин, В. Е. О взаимодействии импульса ИК-излуче ния с центрами окраски в NaCl / В. Е. Рогалин, Н. А. Тищенко, М. П. Шаскольская // ЖТФ. – 1980. – Т. 50, № 5. – С. 1077—1079.Рогалин, В. Е. Кинетика отжига пор, возникающих при точечном микровзрыве в объеме кристалла/ В. Е. Рогалин, Т. И. Самойлова, М. П. Шаскольская // Кристаллография. – 1980. – Т. 25, № 5. – С. 1100—1101.Рогалин, В. Е. Кинетика отжига пор, возникающих при точечном микровзрыве в объеме кристалла/ В. Е. Рогалин, Т. И. Самойлова, М. П. Шаскольская // Кристаллография. – 1980. – Т. 25, № 5. – С. 1100—1101.Поюровская, И. Е. О волне ионизации, поддерживаемой мощным лазерным излучением / И. Е. Поюровская, М. И. Трибельский, В. И. Фишер // ЖЭТФ. – 1982. – Т. 82, вып. 6. – С. 1840—1852.Поюровская, И. Е. О волне ионизации, поддерживаемой мощным лазерным излучением / И. Е. Поюровская, М. И. Трибельский, В. И. Фишер // ЖЭТФ. – 1982. – Т. 82, вып. 6. – С. 1840—1852.Voszka, R. Growth of single crystals at the research laboratory for crystal physics / Voszka R. // Acta Physica Acad. Sci. Hung. – 1979. – V. 47, N 1 – 3. – P. 5—11.Voszka, R. Growth of single crystals at the research laboratory for crystal physics / Voszka R. // Acta Physica Acad. Sci. Hung. – 1979. – V. 47, N 1 – 3. – P. 5—11.Савостьянова, М. В. О природе окрашенной каменной соли / М. В. Савостьянова // Изв. физ.-мат. ин-та им. В. А. Стеклова АН СССР. – 1929. – № 3. – С. 169.; Z. Physik. – 1930. – N 64. – С. 262.Савостьянова, М. В. О природе окрашенной каменной соли / М. В. Савостьянова // Изв. физ.-мат. ин-та им. В. А. Стеклова АН СССР. – 1929. – № 3. – С. 169.; Z. Physik. – 1930. – N 64. – С. 262.Рогалин, В. Е. Поликристаллические алмазы – новый конструкционный материал для силовой оптики и электроники / В. Е. Рогалин // Матер. конф. V Междунар. форума «Лазерные и оптические системы и технологии». – М., 2009. – С. 12—18.Рогалин, В. Е. Поликристаллические алмазы – новый конструкционный материал для силовой оптики и электроники / В. Е. Рогалин // Матер. конф. V Междунар. форума «Лазерные и оптические системы и технологии». – М., 2009. – С. 12—18.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.