Введение к работе
Актуальность темы. Лазерные методы анализа и модификации вещества используются в самых разных областях науки и техники. Развитие и применение этих методов связано с прогрессом физики и іехники перестраиваемых лазеров различных шпон, преобразования длины волны излучения и её контроля. Перестраиваемое в широком диапазоне длин волн лазерное излучение является основой для проведения эксперн.мешов. способствующих совершенствованию теоретических представлений о взаимодействии атомов со световым полем, анализа продуктов их столкновений с объектами, имеющими различную физическую природу и т.д. Получение новой информации, связанной с взаимодействием лазерного излучения с самыми различными средами позволило эффективно реализовать разнообразные практические приложения, например, связанные с процессами кристаллизации и фазообразования на поверхности твёрдых тел при воздействии на них лазерного излучения и созданием новых оптических носителей информации, разработкой новых фоторезистных материалов с высокой чувствительностью и разрешающей способностью, а также лазерным разделением изотопов.
Целью работы было: разработать и создать широкоуниверсаль-ньііі многофункциональный лазерный диагностический комплекс, способный служить основой для проведения исследований по взаимодействию света с веществом.
При выполнении диссертационной работы были поставлены и решены следующие задачи:
-
Проведен обоснованный выбор лазерной системы для энер-1 онапряженных силовых воздействий на различные (в том числе и тугоплавкие) образцы, возможностью расширения диапазона длин волн генерируемых лучистых потоков и формирования узкого спектра излучения.
-
Разработан и аппаратно реализован лазерный комплекс, позволяющий получать излучение на нескольких длинах волн (до 6. из них 2 перестраиваемые) одновременно.
3 Проведен обоснованный выбор необходимого для приложений метода измерения длины волны.
-
Разработан метод измерения длины волны с использованием многоэлементных приемников излучения.
-
Разработан и создан программно-аппаратный комплекс для измерения длины волны и ширины спектра линии световых потоков.
-
Проведена апробация созданного многофункционального лазерного комплекса при исследованиях состава эффузного пучка атомов лития и модификации оксидов переходных металлов в результате воздействия лазерным излучением.
-
Экспериментально исследован процесс селективного возбуждения и фотоионизации атомов Li в зависимости от мощности и длины волны.
-
Экспериментально определены пороги структурной модификации лазерным излучением оксидов переходных металлов и проведена запись оптической информации на носитель на основе ОПМ
Научная новизна работы заключается в том что разработана, создана и апробирована многоканальная схема накачки на основе лазера на иттрий-алюминиевом гранате и ортоалюминате иттрия с последующим преобразованием длины волны нескольких лазеров на красителях, благодаря чему достигается широкий диапазон значений мощности лучистых потоков и широкая полоса перестройки частот излучения, а также возможность совмещения на исследуемом объекте одновременно нескольких потоков.
-изучено влияние характеристик различных элементов оптической схемы на выходные параметры излучения, генерируемого как в отдельных модулях комплекса, так и всего комплекса в целом и найдены оптимальные параметры этих элементов, режимы их эксплуатации и взаимное размещение, обеспечивающие низкие пороги возбуждения генерации, приемлемую пространственно-временную структуру лучистых потоков и достаточную для приложений энергию этих потоков.
-предложен и реализован способ точного измерения длины волны излучения в автоматизированном режиме на основе использования интерферометра Фабри-Перо совместно с источником реперных линий, спектральным прибором предварительного определения длины волны и регистрацией световых потоков на многоэлементных приемниках.
-в приложениях с использованием комплекса показана высокая селективность двухступенчатого возбуждения и фотоионизации в процессе разделения изотопов (Li6 и Li7)
-установлено влияние длины волны лазерного излучения на эффективность модификации ряда аморфных оксидов переходных металлов и определены пороги их структурных преобразований
Практическая ценность работы определяется тем что : -Создан широкоуниверсальный многофункциональный лазерный комплекс (лабораторный макет) для проведения исследований по
лазерной спектроскопии, позволяющий получать излучение на нескольких длинах волн в диапазоне 266-1079 нм одновременно и имеющий возможность дальнейшего расширения полосы генерации, в различных конфигурациях, обеспечивающих потребности эксперимента по лазерной модификации свойств твёрдых тел; лазерному испарению материалов (втом числе и тугоплавких) и нанесения их на подложки, а также потребности работ в системах возбужденных атомов и ионов.
-Найдены научные и технические решения, использование которых позволит реализовать на основе созданного базового комплекса ряд его проблемно-ориентированных модификаций с оптимальными для конкретных приложений параметрами излучения;
-Созданы методика и аппаратура для её реализации, позволяющие контролировать длину волны световых потоков, а также измерять спектральную ширину линии;
-С использованием комплекса показана высокая эффективность разделения изотопов методом селективного фотовозбуждения и последующей фотоионизации;
-На примере лазерной модификации оксидов переходных металлов показана целесообразность использования такой технологии создания структур с новыми свойствами для микроэлектронной техники, техники оптической записи информации;
-Совокупность научно-технических решений и реализация её в действующем лабораторном макете лазерного комплекса создали базу для научно-исследовательских работ и учебно- методическую основу для учебного процесса по таким учебным дисциплинам как; "Физика и техника лазеров", "Нелинейная оптика", "Квантовые генераторы и усилители", "Лазерная спектроскопия"(как самостоятельный курс и как раздел курса " Методы оптической диагностики" или "Современные методы спектрального анализа") и многих разделов дисциплин специальностей, бакалавриата и магистратуры на физическом факультете Петрозаводского университета и, в частности на кафедре информационно-измерительных систем и физической электроники.
Положения, выносимые на защиту.
-Разработана, реализована и апробирована оптическая схема базового многофункционального лазерного комплекса и его некоторых модификаций, отличающаяся гибкостью и простотой перестройки структуры с целью достижения широкой полосы перестройки длин волн, приемлемого уровня энергии лучистых потоков, возможностью комбинирования их количеством и составом в заданном объёме облучаемого объекта.
-Результаты исследований эффективности различных физико-технических решений формирования состава и свойств лучистых потоков в модулях лазерного комплекса, характеристик физической среды и рабочих режимов для оптимального использования в конкретных приложениях этого комплекса, в частности низкопорогового ВКР преобразователя на Ш,
-Метод определения длины волны излучения в автоматизированном режиме измерений и обработки данных на основе использования ИФП с реперами частоты, прибором предварительного измерения длины волны и многоэлементными приёмниками световых потоков.
-Результаты экспериментальной проверки метода измерения длины волны.
-Результаты измерений зависимости выхода ионного тока изотопов Li от мощности и длины волны возбуждающего излучения в схеме двухступенчатого селективного возбуждения и фотоионизации.
-Результаты экспериментальных исследований по лазерной модификации поверхностей оксидов переходных металлов (ОПМ), из которых следует:
в ряду ОПМ V,Ti,Nb,Ta низшая пороговая энергия преобразования соответствует V.
обнаружен эффект селективного химического травления исходных и подвергнутых лазерному воздействию образцов.
показана возможность записи оптической информации на носителях на основе плёнок с ОПМ.
Апробация работы.
Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на Первом Международном семинаре "Экология и Спектроскопия. Мониторинг окружающей среды."(Петрозаводск,1991), Международном симпозиуме по передовым материалам для оптики и опто-электроники ALT'95 (Praque,1995), Второй Международной конференции по проблемам физической метрологии ФИЗМЕТ-96 (Санкт-Петербург, 1996), 28 конференции европейской группы по атомной спектроскопии 28 EGAS Conference (Graz,1996), 15 Международной конференции по атомной физике ZICAP (Amsterdam, 1996), 15 Конференции " Фундаментальная атомная спектроскопия. ФАС-15."(Звенигород,1996).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ, 9 тезисов указанных конференций список, которых приведен в конце автореферата.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения и списка литературы. Содержит 135 стр., включая 103 стр основного текста, 20 рисунков и 4 таблиц. Список литературы содержит 162 наименование.
