Процессы взаимодействия лазерного излучения с пористыми прозрачными материалами при их абляции

Теоретически исследовано воздействие излучения волоконного иттербиевого лазера с λ = 1.07 мкм на прессованные микропорошки из прозрачных оксидов и фторидов (CaF₂, Y₂O₃, Al₂O₃, YSZ и др.), имеющих низкие показатели поглощения (10^-3–10^-4 см^-1). Путём численного моделирования установлено, что рассеяние излучения в среде из частиц диаметром 0.5–4.6 мкм приводит к его концентрированию в локальных участках среды до уровня интенсивности, превышающей интенсивность падающего излучения (0.46 МВт/см²) во много раз. Показано, что с ростом показателя преломления n материала частиц с 1.38 (MgF₂) до 2.12 (YSZ) интенсивность излучения в области самого сильного локального максимума увеличивается с 3.8 до 31 МВт/см². По нашему мнению, данный фактор может оказывать решающее влияние на возможность достижения абляции такой среды с помощью излучения с интенсивностью не более 1МВт/см². Это предположение было проверено экспериментально на примере получения нанопорошка из CaF₂ (n = 1.43) и 1% Nd : Y₂O₃ (n = 1.91) путём испарения прессованной мишени с пористостью 50% непрерывным излучением волоконного иттербиевого лазера с мощностью 600 Вт и интенсивностью 0.4 МВт/см². Внутри мишени из CaF₂ интенсивность рассеянного излучения была меньше порога оптического разрушения, и мишень не испарялась. При тех же условиях мишень из более тугоплавкого 1% Nd : Y₂O₃ хорошо испарялась, а производительность получения нанопорошка составляла 23 г/ч.