6.2. НЕСОБСТВЕННЫЕ МЕХАНИЗМЫ ОПТИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ

Многочисленные исследования показывают, что лазерное разрушение кристаллов при их использовании в качестве активных элементов или элементов проходной оптики происходит с участием дефектов кристаллической структуры. Основными дефектами, определяющими лазерную прочность, являются:

а) поверхность кристалла, являющаяся областью с пониженной механической прочностью и повышенным (по сравнении) с объемом)

поглощением света вследствие собственной дефектности и возможности адсорбции на поверхности поглощающих примесей. В частности, такой поглощающей примесью в гигроскопичных ЩГК является вода;

б) поглощающие включения;

в) легко ионизируемые примеси и дефекты, создающие мелкие уровни захвата носителей заряда.

Роль тех или иных дефектов в процессе оптического разрушения зависит не только от типа самого дефекта, но и от вида оптического воздействия. Следует различать воздействие импульсное и непрерывное, воздействие сфокусированных пучков с высокими плотностями мощности (до и воздействие широкоапертурных высокоэнергетических пучков с мощностью излучения до но с относительно низкими плотностями мощности (порядка

Воздействие сфокусированных лазерных лучей зависит от положения каустики пучка: если каустика находится в районе поверхности кристалла, то лучевая прочность кристалла будет определяться прочностью поверхности, но при фокусировке луча в объем определяющую роль в разрушении кристалла начинают играть дефекты, находящиеся в объеме. Таким образом, изменение положения каустики может приводить к смене механизма оптического разрушения и, следовательно, к изменению способов влияния на оптическую прочность элементов проходной оптики.

От длительности воздействия (импульсное или непрерывное) зависят характер и степень нагрева кристалла под действием лазерного луча. При импульсном воздействии нагрев кристалла локализован в области, размер которой можно оценить, как где X - коэффициент температуропроводности их - длительность импульса. При длительности импульса с изменения температуры локализуются в области нескольких микрон. Это означает, что при импульсном воздействии разрушение будет определяться локальным перегревом в области поглощающих микровключений и будет иметь локальный характер с последующим разрастанием трещин, возникающих на микровключениях. При непрерывном излучении или при импульсно-периодическом излучении, близком по характеру воздействия к непрерывному, размеры термически напряженных областей становятся соизмеримыми с размерами кристалла и разрушение кристалла происходит в результате развития макротрещин под действием термических напряжений. Роль примесей и других дефектов кристалла сводится в этом случае к влиянию на коэффициент поглощения кристалла и к участию в процессе разрушения в качестве концентраторов напряжений и мест зарождения трещин.

Следует отметить, что оптическое разрушение - чрезвычайно сложное явление, так как сложными являются и воздействие на кристалл, и реакция кристалла, приводящая в итоге к его разрушению.

Действительно, воздействие света чаще всего является неоднородным по распределению энергии и в апертуре луча, и по кристаллу в целом. Свет избирательно действует на различные участки кристалла, и это действие может не сводиться только к нагреву, но и влиять на электронную подсистему кристалла собственным электромагнитным полем или полем плазмы, возникающей при оптическом разрушении. Реакция кристалла на лучевое воздействие зависит, во-первых, от механизмов перевода электромагнитной энергии лазерного луча в энергию механических напряжений (поглощение локальными центрами или поглощение объемом кристаллической матрицы, которое определяется усредненным по объему коэффициентом поглощения). Во-вторых, реакция кристалла определяется всем комплексом его механических свойств, так как при оптическом разрушении могут работать все механизмы массопереноса, пластической деформации и хрупкого разрушения. Поэтому оптическая прочность не может быть определена какой-то одной характеристикой кристалла, например коэффициентом поглощения или пределом прочности. Поскольку величина оптической прочности зависит от очень многих параметров, характеризующих и луч и кристалл, достаточно надежно определить ее можно только в виде статистического распределения предельных оптических нагрузок на кристалл по данной выборке кристаллов при определенных условиях испытания. Работа по получению таких распределений чрезвычайно трудоемка. В реальных условиях в качестве характеристик лучевой прочности обычно используются величины плотности энергии (для импульсного излучения) или плотности мощности (для непрерывного), для которых вероятность разрушения данной группы кристаллов составляет некоторую величину (обычно 0,5).