Е.Д. ФИЛИППОВ Научный руководитель – А.С. САВЁЛОВ, д.ф.

Е.Д. ФИЛИППОВ
Научный руководитель – А.С. САВЁЛОВ, д.ф.-м.н., профессор
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
СОЗДАНИЕ ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ
ИНТЕРФЕРОМЕТРА МАХА-ЦЕНДЕРА ДЛЯ ВЫБОРА
МАТЕРИАЛА МИШЕНИ И ИССЛЕДОВАНИЯ
МОДИЦИФИРОВАННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Создана установка для исследования модифицированных поверхностей
различных материалов на основе интерферометра Маха-Цендера и маломощного
азотного лазера. Отработана методика исследования на различных материалах:
алюминий, медь, железо. Выполнено исследование и оценка использования медной
мишени с модифицированной поверхностью. Показано значительное увеличение
плотности плазмы.
Абляции вещества под воздействием мощного импульсного лазерного
излучения широко используется в научных и технологических целях:
обработка поверхности материалов; создание неравновесной плазмы;
осаждение пленок; создание высокого разряда ионов; создание
электрического поля высокой интенсивности; исследования лазерного
термоядерного синтеза и других [1-5]. Так, один из основных методов
выравнивания неоднородностей интенсивности лазерного излучения
основан на использовании динамической плазменной фазовой пластины
(ДПФП), представлявшей собой облако нестационарной лазерной плазмы,
через которое пропускался лазерный пучок с целью его пространственновременного сглаживания. Цель данной работы заключается в
исследовании такой лазерной плазмы от различных мишеней. Кроме того,
исследование профиля плотности плазмы является основополагающим для
понимания физических процессов в лазерной плазме.
Мощный Nd-лазер (длина волны 1.054 мкм, энергия в импульсе порядка
20 Дж, длительность импульса ≈ 15 нс) использовался для создания
лазерной плазмы. Импульс зондирующего лазера проходил через лазериндуцированной плазмы с задержкой td ≈5÷50 нс. Плотность лазерной
мощности на мишени q ≈ 1012 Вт/см2. Лазерный луч был сфокусирован на
мишень, которая была помещена в вакуумную камеру с остаточным
давлением ≈10-3Па. Для анализа лазерной плазмы в данной работе
применена
схема с интерферометром Маха-Цендера, конструкция
которого позволяет гибко изменять размеры и геометрию оптической
схемы измерений. В качестве осветителя (зондирующего пучка) выбрана
коммерческая модель ультрафиолетового азотного лазера (длина волны
337 нм, энергия ~ 150 мкДж, длительность ~ 5 нс). Система регистрации
построена на основе цифровой фотокамеры, для которой была успешно
опробована технология удаления всех защитных фильтров перед ПЗС
матрицей. Перед ПЗС матрицей устанавливался интерференционный
фильтр (λ ~ 337 нм, FWHM Δλ = 6 нм, Т = 40%) и оптическая линза с f=50
mm.
Получена достаточно равномерная пространственная структура поля
излучения азотного лазера в распределении интенсивности с
преобладанием наиболее интенсивного излучения в центральной области и
монотонным спадом в периферийных областях изображения. Получены
теневые и интерферометрические изображения начальной стадии лазерной
плазмы в режиме слабого поглощения материала мишени.
Исследована лазерная плазма при взаимодействии лазерного излучения
с мишенью из поликарбоната при различных задержках азотного лазера.
Хорошо наблюдаются малые возмущения с линейной плотностью плазмы
порядка Nе∙l ≈ (1‒2)∙10‒17 см‒2. Небольшие плотности свидетельствуют о
слабом поглощении мишенью «греющего» лазерного импульса и
формировании достаточно разреженной плазмы, соответствующей
концепции модели динамической плазменной фазовой пластины.
Исследована лазерная плазма при взаимодействии лазерного излучения с
мишенью из железа. При использовании железной мишени видно гораздо
более
выраженную
(порядка
четырех)
искривленность
интерференционных полос с линейной плотностью плазмы порядка N е∙l
≈ (4‒5)∙10‒17 см‒2
Представлены
результаты
интерферометрических
измерений
плотности электронов в лазерно-индуцированной плазмы из медной
мишени и медной мишени с модифицированной поверхностью, на которой
были выращены конусы. Показано повышение температурных и
плотностных характеристик плазмы в зависимости от эмиссионных
параметров материала.
Список литературы
1. V.I. Mazhukin, V.V. Nossov, I. Smurov, Applied Surface Science. 253 (2007) p.7686
2. N.M. Bulgakova, A.B. Evtushenkoa, Yu.G. Shukhova et al, Applied Surface Science, 257
(2011) 10876– 10882.
3. N. Gambino, P. Hayden, D. Mascali et al, Applied Surface Science, 272 (2013) 69– 75.
4. N.G. Borisenko, A.E. Bugrov, I.N. Burdonskiy et al, Laser and Particle Beams 26, № 4
(2008) 537‒543.
5. S.G. Garanin, Phys. Usp., 54 (2011) 415–421.