MODELLING OF THE DIRECT LASER-INDUCED OPTICAL BREAKDOWN IN SOLID

Анотація

The problem of modeling the laser-induced optical breakdown is represented as creation universal method for all media – from gases to solid. It is the first attempt of observation this problem in main details in whole. Level of complexity of this problem is shown. From physical-chemical point of point of view the optical breakdown is the regime of fool breakage of all chemical bonds in irradiated matter in zone of laser irradiation. In this case we can determine the threshold of breakdown of irradiated matters with help methods of Relaxed Optics. This regime may be received with help three ways. First is thermal. In this case the basic relaxation of first order processes of optical excitation are thermal. Examples of these process are regimes by continuous and millisecond laser irradiation of matter. Second is plasma. In this case the main role of the optical breakdown has process of formation “collective” electromagnetic (electron-ionic) process.  The examples of this process are the irradiation in the millisecond or nanosecond regimes of irradiation. In this case laser-induced plasma radiated continuum optical spectra in all direction (star effect). Third is directing optical. In this case we have direct multiphotonic ionization and these processes have oriental nature. The second order irradiation has Cherenkov nature. The experimental data were received for nanosecond, picosecond and femtosecond regimes of irradiation. This differentiation is connected with various nature of relaxation of first-order optical excitations. The comparative analysis of three types modeling is represented. We show that third direct laser-induced breakdown is companioned by the nonlinear optical transformation of initial radiation (diffraction stratification, Cherenkov radiation and interference of its radiation). The chain of corresponding models for various media are represented and discussed. Thus we show that large value for the laser-induced optical breakdown has nonlinear optical processes and therefore this process has complex chain nature this fact must be included for the modeling these processes.

Задача моделювання лазерно-індукованого оптичного пробою представляється як створення універсального методу для всіх середовищ – від газів до твердого тіла. Це перша спроба детального дослідження цієї проблеми в цілому. Показаний рівень складності цієї проблеми. З фізико-хімічної точки зору оптичний пробій є режимом повного розриву всіх хімічних зв'язків в опромінюється речовині в області лазерного опромінення. У цьому випадку ми можемо визначити поріг руйнування опромінених речовин за допомогою методів релаксаційної оптики. Режим оптичного пробою можна отримати за допомогою трьох способів. Перший –  тепловий. У цьому випадку основна релаксація первинних процесів оптичного збудження є теплова. Прикладами цього процесу можуть бути імпульсне мілісекундне та неперервне лазерне опромінення речовини. Другий – плазмовий. В цьому випадку основну роль в оптичному пробої має формування «колективного» електромагнітного (електронно-іонного) процесу. Прикладами цього процесу є лазерне опромінення імпульсами мілісекундної або наносекундної тривалості. При цьому лазерно-індукована плазма випромінює неперервне випромінювання у всіх напрямках (ефект зірки). Третій – прямий оптичний. У цьому випадку ми маємо пряму багатофотонну іонізацію, і ці процеси носять орієнтаційний характер. Вторинне випромінювання (перевипромінюсвання) це черенковське випромінювання з оптичним збудженням. Цей факт підтверджений експериментальними даними для наносекундного, пікосекундного таі фемтосекундного режимів опромінення. Це відмінність пов'язана з різною природою релаксації первинних оптичних збуджень. Представлено порівняльний аналіз моделювання цих трьох типів процесів. Показано, що третій процес, прямий лазерний пробій, супроводжується нелінійно-оптичними перетвореннями вихідного випромінювання (дифракційна стратифікація, черенковське випромінювання та інтерференція цього випромінювання). Представлено та обговорено ланцюжок відповідних моделей для різних середовищ. Таким чином, показано, що велике значення для лазерного оптичного пробою мають нелінійно-оптичні процеси., Ці процеси мають складну ланцюгову природу і це необхідно враховувати при їх моделюванні.