Зависимость выхода порошка от энергии лазерного импульса

Эксперименты с мишенями из AlиCeO₂/Gd₂O₃. Мишень находится в фокусе. Установили диафрагму прямоугольной формы перед линзой, чтобы убрать боковые области пятна, которые создают фон, но мало влияют на производительность. Размер диафрагмы 25 х 10 мм. Расстояние между выходным окном лазера и линзой - 114 см, расстояние от выходного окна до диафрагмы 60 см. Энергия импульса измеряется после диафрагмы.

Таблица 5

Материал мишени	Масса порошка, г	Удельная поверхность, м2/г	Энергия импульса, мДж
Al	0,026	146	70
Al	0,011	125	50
Al	0,003	--	30
Al	0,060	133	132
CeO2/Gd2O3	0,128	86	135
CeO2/Gd2O3	0,085	93	105
Al	0,045	125	95
CeO2/Gd2O3	0,050	95	75
Al	0,037	128	70
CeO2/Gd2O3	0.020	89	52
CeO2/Gd2O3	0.003	--	31

Рисунок 24. Выход порошка для Al и CeO₂/Gd₂O₃ в зависимости от энергии лазерного импульса.

Рисунок 25. Удельная поверхность для Al и CeO₂/Gd₂O₃ в зависимости от энергии импульса.

Из рис.24 видно, что выход порошка линейно растет с увеличением энергии импульса. Энергия импульса изменяется в четыре раза и примерно также меняется выход порошка, т.е. количество пара, частиц, плазмы на пути излучения растет, а нелинейности связанной с этим нет.

Вообще, такой ход зависимости, полностью противоречит данным, приведенным на рис.23, если их привести в одинаковых координатах. Объяснение этому расхождению пока только одно - изменение плотности энергии за счет изменения площади пятна приводит к тому, что периферийная область пятна перестает работать на испарение.

Зависимость выхода порошка от частоты лазера

Мишень CeO₂/Gd₂O₃находится в фокусе, стоит диафрагма, энергия импульса измеряется после диафрагмы в начале эксперимента и в конце - из этих значений берется средняя величина. Время наработки от 3-х часов (17 Гц) до 40 мин (133 Гц).

Таблица 6

Частота, Гц	Производительность, г/час	Энергия импульса, мДж
17	0,02	161
33	0,049	149
50	0.057	142
133	0.078	87
112	0.062	93
85	0.067	105
54	0.034	94

Рисунок 26. Зависимость выхода порошка от частоты импульсов.

График не очень показателен, так как меняется не только частота импульсов, но и их энергия. Чтобы привести его к зависимости от одного параметра используем данные Рис. 24 для мишени CeO₂/Gd₂O₃ и аппроксимируем их линейной зависимостью:

P= 0,0012E- 0,039,

где P- выход порошка [г/час];

E- энергия импульса [мДж].

Приведем данные по выходу порошка к одной энергии импульса, взяв за базовый, режим с минимальным выходом порошка (Е=161 мДж),

Тогда таблица будет выглядеть следующим образом:

Рисунок 27. Зависимость выхода порошка от частоты следования импульсов, если данные привести к одной энергии импульса.

Таблица 7

Частота, Гц	Производительность, г/час
17	0,02
33	0,054
50	0.067
133	0.183
112	0.132
85	0.119
54	0.071

В результате этой обработки уменьшился разброс точек на графике, зависимость стала прямо пропорциональной, что может служить косвенным подтверждением того, что в этом диапазоне частот процессы у поверхности мишени (плазма, пар, частицы) и на ее поверхности не изменяют процесс абляции (количество испаренного материала) последовательности импульсов.

Рисунок 28. Зависимость производительности порошка от плотности энергии излучения на мишени

Из графика видно, что оптимальный диапазон плотностей энергии составляет 60 – 90 Джсм³. Оптимальная площадь взаимодействия излучения с веществом составляет 0,2 мм². При фокусировке излучения на меньшую площадь, снижение производительности порошка, можно объяснить поглощением падающего излучения в плазме. При увеличении площади контакта более 5 мм²не достигаются необходимые для эффективного производства порошка плотности энергии.