Способ определения состава поглощающих включений

 

Изобретение относится к квантовой электронике и предназначено для определения состава материала поглощающих включений, ограничивающих оптическую прочность прозрачных материалов, покрытий, зеркал, используемых в лазерной технике. Цель изобретения - повышение достоверности определения состава включений, ограничивающих оптическую прочность материала, на длине волны лазерного излучения λ при длительности импульса Τ и сокращение затрат на проведение измерений. Материал последовательно облучают серией лазерных импульсов с нарастающей интенсивностью Q<SB POS="POST">1</SB>(λ,Τ) ...Q<SB POS="POST">N</SB>(λ,Τ) и определяют порог визуализации включений Q<SP POS="POST">*</SP> (λ<SB POS="POST">1</SB>Τ), соответствующий образованию в материале микроразрушений. Исследуемую область материала облучают с интенсивностью, околопороговой для визуализации этих включений, и определяют состав включений, анализируя спектр свечения, сопровождающий образование микроразрушений.

СОО3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСтИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

{51) 4 G 01 И 21/39! !

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И О1ИРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4232771/24-25 (22) 22.04.87 (46) 15.11 89. Бюл. В 42 (72) В.П.Крутякова и В.Н.Смирнов (53) 543.42(088.8) (56) Имас Л.А, и др. Электронномикроскопическое исследование поглощающих неоднородностей в щелочно-галоидных кристаллах. — Письма в ЖТФ, 1983, т.9, P 3, с. 129-133.

Доладугина В.С., Королев H.Á.

О включениях в неодимовых стеклах.—

Оптико-механич.пром. 1968, 8 2, с. 38-42. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА ПОГЛО"

ЩИЩИХ ВКЛЮЧЕНИЙ (5?) Изобретение относится к квантовой электронике и предназначено для определения состава материала поглощакицих включений, ограничивающих оптиИзобретение относится к квантовой электронике и предназначено для определения состава материала поглощающих включений, ограничивающих оптическую прочность прозрачных материалов,покрытий, зеркал, используемых в лазерной технике.

Целью является повышение достоверкости при объемном распределении включений, ограничивающих оптическую прочность материала на длине волны лазерного излучения Л при длительности импульса и сокращение трудозатрат на проведение измерений в условиях неразру, шающего кок роля.

„„SU„„1522082 А 1

2 ческую прочность прозрачных материалов, покрытий, зеркал, используемьи в лазерной технике. Цель изобретения - повышение достоверности определения состава включений, ограничивающих оптическую прочность материала, на длине волны лазерного излучения Я при длительности импульса и сокращение затрат на проведение измерений.

Материал последовательно облучают серией лазерных импульсов с нарастающей интенсивностью q, (Я, i )... q (Л, ? и определяют порог визуализации включений ("($q), соответствующий образованию в матеоиале микроразрушений.

Исследуемую область материала облучают: а с интенсивностью, околопороговой для визуализации этих включений, и определяют состав включений, анализируя спектр свечения, сопровождающий обра- С„ зование микрораэрутений.

Среди поглощающих вк почений (ПВ) с одним и тем же значением коэ фици- ( ента поглощения к концу лазерного им- QQ пульса длительностью, температура нагрева достигает максимального значения у ПВ, размер которых — а - удовлетворяет соотношению а где k — коэффициент темнературопроводности. В зависимости от указанных параметров ПВ, содержащиеся в прозрач- ном материале, могут быть более илн менее опасны. Наиболее опасны ПВ, для которых комбинацией указанных параметров обеспечивается наибольшая тем" пература нагрева. Именно такие, наибо1522082 сивности q (AЯ возникают .катастро- . иьк фические иакроразрувения инллииетро- и вых размеров в виде областей раздроб- в ленного, расплавленного и вновь за- в стывшего материала матрицы. э

Образованию разрушений в матерна- в .ле сопутствует в6зникновение вспышек: и свечения. На стадии образования микрораэрушений спектр свечения линейча- ч тый и содержит линии элементов, вхо- нйи дящих в состав включений. Рост ин- З5 к тенсивности лазерного излучения,при- и водящий к росту размеров области раз-, р рушения и формированию макроразруше- ме ния сопровождается ростом интенсив- в

Ф

40 ности континуума и снижечиеи контраст- и ности линий элементов включения. Кро- с ме того, рост размеров области разру- д шенин приводит к попаданию в ее пре- и дели менее опасных ПВ и появлению

Щ в спектре линий элементов, входящих в состав этих, менее опасных,ПВ. т

В способе образец последователь- н но облучают серией лазерных импульсов щих с длиной волны il и длительностью, ч с нарастающим значением интенсивнос- л

50 ти „(, 1) ° . ° q„,(i„„) и определяют такое минимальйое значение инн тенсивности q" (Л, „) (порог), при котором в образце образуется микроразрушение. Это микроразрушение обус- 5 ; ловлено сверхпороговым нагревом включения, наиболее опасного для данного режима воздействия. Если диаметр пучлее опасные ПВ, ограничивают величину оптической прочности на уровне интенсивности излучения q (A,С,). Если бы такие включения удалось выявить

5 и удалить, то оптическая прочность повысилась бы до значения с (М,2,) и определялась бы другими ПВ, н-р, с более низким значением коэффициента поглощения. Размеры наиболее опас- 10 ных включений для A 10,6 мкм прн микросекундных длительностях составляют несколько микрон.

Экспериментально обнаружно, что если прозрачный материал с ПВ облучать имнульсами лазерного излучения с нарастающей интенсивностью, то начиная с некоторого значения интенсивности q (3 i,), aиатериале обнаруживаются вначале микроразрушения в виде очагов растрескивания матрицы вблизи нагреваемых ПВ. При этом размеры микроразрущений сопоставимы с разиерами вкюйочений. Нри значительном (в 5-30 раз) превышении интен- 2 2 ка лазерного излучения d » 1 (1 расстояние между ПВ, которое можно определить, зная концентрацию включений С, как 1 7/ с, то при о" (Л, 8) возникнет несколько микроразрушений, каждое из которых будет обусловлено нагревом наиболее опасных включений.

Возникновение микроразрушений позволяет надежно и однозначно визуализировать включения, наиболее опасные с точки зрения оптической прочности при данном режиме облучения.

Далее облучают ту область материа-ла„ которую хотят исследовать, с интенсивностью, околопороговой для визуализации наиболее опасных включений, т.е. (М-5) q (Л,i„) = q (М„с,„) регистрируют спектр свечения, сопровождающий образование микроразрушений, и, поскольку спектр свечения в таком режиме облучения отражает элементный состав включений, определяют состав материала включений. Предлагаемое условие облучения является необходии. достаточным. Действительно, при нтенсивности облучения ниже норогоой проведение анализа невозможно виду отсутствия свечения, а при начительном его превьииении более чем

5 раз — из-за преобладания фонового злучения матрицы.

Способ позволяет исследовать вклюения, расположенные на любом расстояот поверхности материала, поскольу положение области облучения с оиощью перефокусировкн можно регулиовать по глубине образца. Следует оттить, что методов, нозволяющих достоерно выделять и исследовать включеия, наиболее онаеные с точки зрения ннжения оптической прочности нри заанных условиях воздействия лазерного злучения, в настоящее время, не суествует.

Сказанное выше об определении сосава поглощающих включений в прозрачых средах применимо и для поглощаювключений, ограничивающих опти» ескую прочность зеркал и покрытий.Отичие состоит лишь в том, что в прозрачном материале ПВ распределены рав- омерно во всем объеме образца, в случае просветляющих покрытий - локазованы в пределах толщины слоя покрытия, а в случае металлических зеркал - в его поверхностном слое толщиной, практически равной размеру включения.

Формула изобретения

Составитель О.Бадтиева

Техред N.Õîäàíè÷ Корректор В. Гири як ь

Редактор Н.Горват

Заказ 6952/40

Тираж 789

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент ", r.Óæãoðoä, ул. Гагарина, 101

5 15220

Предлагаемый способ опробован на образцах промышленных щелочногалоидных кристаллов NaC1 и KCl. Облучение образцов проводилось импульсами с длиной волны 10,6 мкм, длительностью

1,5 мкс. Радиус пятна воздействия составлял 0,5 мм. Концентрация ПВ, н-.р, в КС1 составляла 10 см З, 1 1/ Wc э

1 2

:,10 см, т. е. выполнялось условие

d » 3. Минимальное значение интенсивности, при котором в объеме образца под микроскопом фиксировались микрораэрушения, составляло 5 . 10 Вт/с

Спектр свечения регистрировался при

/ интенсивности 10 Вт/см . При такой

7 2 интенсивности возникал трек из

10-20 микроразрушений, каждое размером 10-30 мкм. Анализ спектральных зависимостей свечения, сопровождающе- 20 го разрушение, показал, что в состав наиболее опасных включений в NaCl и КС1 входит ряд элементов - Ni,Ñà, Р, 3, Ы, среди которых наиболее часто встречается Ы. Исходя из этого можно утверждать, что для повышения оптической прочности NaCI и КС1 ва длине волны 1О,6 мкм при длительности импульса воздействия 1,5 мкс прежде всего необходимо избавиться от попадания кремяия в материал.

Сопоставление полученных данных и результатов исследования элементного состава ПВ и очагов лазерного разрушения, проведенных с помощью рг сканирующего электронного микроскопа с рентгеновским зондовым анализатором фирмы "ХОРИБЛ" показало, что состав очагов разрешения идентичен составу включений, инициирующих разрушение, определенных нредлагаемым

40 способом.

Следовательно, последовательное облучение материала импульсами лазерного излучения с нарастающей ин45

82 6 тенсивностью q (Л, i,)...q „(Д,Q ) и определение порога визуализации включений, соответствующего возникнове;нию в материале микроразрушений q""(Л,".,) облучение исследуемой области материала. импульсами с интенсивностью околопороговой для визуализации включений ц (Л, с„) (q (Л,Г.)

5q (3,<„) и определение состава включений путем анализа спектра свечения, сопровождающего образование мик.роразрушений, приводит к повышению надежности определения состава поглощающих включений, ограничивающих оптическую прочность материала на длине волны лазерного излучения 3, при длительности импульса С, и сокращает затраты на проведение измерений, Способ определения состава поглощающих включений, включающий обнаружение включений в исследуемом материале, облучение исследуемого материала импульсами лазерного излучения и регистрацию спектров свечения, по которым определяют состав включений, отличающийся тем, что, с целью цовышения достоверности при объемном распределения включений„ ограничиваню1их оптическую прочность материала, и сокращения трудозатрат в условиях нераэрушающего контроля, предварительно облучжот материал импульсами излучения с нарастщещей интенсивнктью, определяют значение интенсивностк, при которой в объеме образца фиксируются микрораэрушения от включений и для получения спектра свечения облучают исследуемую область материала импульсами с интенсивностью, околопороговой дпя образования микроразрушений.