Повышение лучевой прочности многополосных зеркал для непрерывных лазеровНИР

Increasing the radiation resistance of multi-band mirrors for continuous lasers

Источник финансирования НИР

Хоздоговор, НИР с АО «НИИ НПО «ЛУЧ»

Этапы НИР

# Сроки Название
1 9 июля 2024 г.-23 сентября 2024 г. Повышение лучевой прочности многополосных зеркал для непрерывных лазеров
Результаты этапа: При квантовомеханическом моделировании поверхности раздела аморфных оксидов Ta2O5 и SiO2 обнаружен эффект резкого сужения ширины запрещенной зоны в случае нагрева поверхности раздела до 2500 К, последующей стабилизации расплава и охлаждения при моделировании получения аморфного состояния. Для того, чтобы убедиться в том, что обнаруженный эффект не является артефактом проведены дополнительные суперкомпьютерные расчеты с большей точностью и длительностью вычислений. Доказано, что получаемая близкая к нулю ширина запрещенной зоны связана с образованием в процессе стабилизации расплава немостикового атома кислорода в слое диоксида кремния при получении аморфного состояния. В полученной структуре данный атом находится на большом расстояния от ближайшего к нему атома Ta. Поэтому в полученной структуре возможность низкоэнергетических оптических электронных переходов из состояний немостикового атома кислорода на дно зоны проводимости аморфного Ta2O5, которое формируется состояниями атомов Ta, мала из-за большого расстояния между этими атомами. Однако, если немостиковый атом кислорода в материале SiO2 образуется вблизи границы с Ta2O5, то в результате электронных переходов с немостикового атома кислорода на дно зоны проводимости атомов Ta, может наблюдаться оптическое поглощение с низкими энергиями фотонов в области ближнего ИК. При исследовании нагрева слоев покрытия на основе решения уравнения теплопроводности в слоистой среде рассматривается дефект, малый по радиусу и толщине по сравнению с толщинами слоев и подложки. Такой дефект нанометровых размеров для краткости называется точечным. Таким образом, в отличие от наиболее детально исследованных осесимметричных дефектов микронных размеров, рассматривается ранее не исследованный случай, когда выделение тепла происходит в очень малой области по сравнению с характерными размерами слоев покрытия. Такая постановка задачи наиболее полно соответствует исследованию причин возникновения лазерного пробоя, связанных с физическими эффектами на атомарном уровне. Показано, что в области дефекта происходит очень быстрый нагрев с одновременным “стоком” тепла во все стороны от дефекта. В результате этого максимальная температура в малой окрестности дефекта быстро выходит на стационарное значение. При последующем нагреве максимальное значение температуры в области дефекта остается постоянным, а в остальном многослойном покрытии происходит медленное увеличение температуры. Установлено, что чем ближе расположен дефект к внешней границе многослойного покрытия, тем выше “стационарная” температура в области локализации дефекта при одной и той же энергии тепловыделения. Поскольку в многослойных диэлектрических зеркалах напряжённость поля резко падает от внешних слоев зеркала к близким к подложке слоям, то в случае точечных дефектов нанометрового размера наиболее вероятным следует считать пробой во внешних слоях покрытия. На основе анализа большого числа работ по молекулярно-динамическому моделированию с помощью классических потенциалов (силовых полей) возможных точечных дефектов в переходных областях между слоями, сформированными различными пленкообразующими материалами, дана классификация различных типов точечных дефектов. При этом оказывается, что моделирование переходных областей в многослойных оптических покрытиях в литературе представлено слабо, что связно с трудностями, возникающими в связи с необходимостью использования молекулярных кластеров больших размеров. С помощью разработанного ранее подхода проведено моделирование методом классической молекулярной динамики переходной области между диоксидом титана и диоксидом кремния. Оценена толщина переходной области между слоями разного состава и показано, что в переходной области наблюдается существенное увеличение концентрации точечных дефектов на основе атомов кислорода. Проведенный анализ литературных данных по исследованию механизмов возникновения лазерно-индуцированных повреждений при воздействии на тонкие пленки непрерывного и импульсно-периодического лазерного излучения показал, что в большом числе работ предполагается, что лазерное повреждение начинает развиваться на дефектах «субмикронных» размеров в терминах, используемых в некоторых из этих работ. Эти предположения полностью соответствуют результатам настоящей работы.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".