Экспериментальное исследование лазерной абляции каменных поликристаллических мишеней

Аннотация: Приведены результаты экспериментов по исследованию абляции каменных поликристаллических мишеней сложного многокомпонентного состава, имитирующих вещество астероидов. Облучение мишеней проводилось наносекундными импульсами излучения неодимового лазера при плотности энергии Ф_L до 5 × 10⁴ Дж/см². Эксперименты продемонстрировали наличие двух режимов абляции, граница между которыми лежит при Ф_L ≈ 4000 Дж/см². Смена режимов характеризуется изменением вида зависимости поверхностной плотности массы удаленного вещества мишени от плотности энергии лазерного излучения и появлением минимума в зависимости удельной энергии разрушения от Ф_L, что, вероятно, связано с переходом от режима одномерного разлета плазмы факела к режиму трехмерного разлета и, соответственно, с падением эффективности передачи энергии от лазерного пучка к мишени вследствие уменьшения плотности лазерной плазмы. Эксперименты показали также наличие максимума в зависимости удельного импульса отдачи C_m от плотности энергии лазерного излучения (C_m ≈ 6.3 × 10^-5 Н/Вт при Ф_L = Ф_opt ≈ 25 Дж/см²). Максимумы зарегистрированы и в зависимостях от Ф_L эффективности абляции и средней скорости абляционного потока. При Ф_L > Ф_opt спад зависимости C_m(Ф_L) оказывается существенно более крутым, чем для металлов и полимерных материалов. По-видимому, такое отличие вызвано меньшей прочностью и меньшей пластичностью поликристаллических каменных мишеней.

Ключевые слова: лазерная абляция, плазменный факел, каменные мишени, удельный импульс отдачи, отклонение астероидов.

Поступила в редакцию: 10.02.2020
Исправленный вариант: 10.03.2020

Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2020, 50:8, 763–769