Микро- наноструктуры и гидродинамические неустойчивости, индуцированные лазерным излучением на поверхности твердых тел, и их диагностика методами лазерной и зондовой микроскопии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.21, доктор физико-математических наук Прокошев, Валерий Григорьевич

• Прокошев, Валерий Григорьевич
• доктор физико-математических наук
• 2009

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Прокошев, Валерий Григорьевич

ВВЕДЕНИЕ

Глава I. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ЛАЗЕРНОЙ ДИАГНОСТИКИ И ЛАЗЕРНЫЕ МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ МИКРОСТРУКТУР.

§1.1. Методы диагностики лазерноиндуцированных процессов

§1.2. Лазерная диагностика при помощи усилителя яркости оптических изображений.

§1.3. Экспериментальная установка и методика измерений.

§1.4. Формирование изображения в лазерном проекционном микроскопе

1.4.1. Дифракционная задача и формирование поля на входе лазерного усилителя.

1.4.2. Образование изображения в лазерном мониторе

1.4.3. Формирование изображения в лазерном усилителе яркости

§1.5. Формирование микроструктур при лазерной термохимической модификации поверхности.

§1.6. Визуализация процесса сварки оптических волокон при помощи лазерного монитора

§1.7. Гидродинамика формирования микроструктур при лазерном воздействии на вещество.

1.7.1. Гидродинамические процессы в ванне расплава.

1.7.2. Математическая модель термокапиллярной конвекции

1.7.3. Математическое моделирование динамических процессов при образовании структур и неустойчивостей на поверхности вещества

1.7.4. Экспериментальные результаты

Выводы к главе 1.

Глава II. ЛАЗЕРНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ПОВЕРХНОСТЬ ГРАФИТА И ДИАГНОСТИКА В РЕАЛЬНОМ МАСШТАБЕ ВРЕМЕНИ ПЛАВЛЕНИЯ ПРИ АТМОСФЕРНОМ ДАВЛЕНИИ.

§2.1. Методика экспериментальных исследований воздействия квазипериодического лазерного излучения на поверхность графита.

§2.2. Экспериментальные результаты и их обсуждение

§2.3. Методика восстановления трехмерного рельефа поверхности по ее двумерным изображениям

§2.4. Плавление углерода, нагреваемого сконцентрированным лазерным излучением в воздухе при атмосферном давлении и температуре, не превышающей 4000 К

§2.5. Исследование поверхности образцов после лазерного воздействия.

2.5.1. Исследование нагреваемой поверхности графита с помощью лазерного монитора и оптического микроскопа

Выводы к главе II.

Глава III.

ГЛАВА III. ФОРМИРОВАНИЕ СУБМИКРОННЫХ И НАНОСТРУКТУР НА ПОВЕРХНОСТИ УГЛЕРОДО

СОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.

§3.1. Наночастицы, нанокластеры и наноструктуры. Методы их получения в поле лазерного излучения.

3.1.1. Классификация

3.1.2. Аллотропные формы углерода. Углеродные нанот-рубки.

3.1.3. Получение нанотрубок и наноструктур

§3.2. Описание экспериментальной методики

§3.3. Объект исследования. Параметры лазерного воздействия

§3.4. Образование микро- и наноструктур на поверхности стеклоуглерода при лазерном воздействии

§3.5. Особенности поверхности углеродосодержащих материалов после кристаллизации, возмущенной лазерным импульсно периодическим излучением.

Выводы к главе III.

Глава IV. ФОРМИРОВАНИЕ УГЛЕРОДНЫХ СУБМИКРОННЫХ И НАНОСТРУКТУР НА ПОВЕРХНОСТИ ХОЛОДНОЙ ПОДЛОЖКИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ПОВЕРХНОСТЬ УГЛЕРОДОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ.

Введение

§4.1. Лазерная абляция. Тепловая и гидродинамическая модели краткий обзор).

§4.2. Экспериментальная методика.

§4.3. Наблюдение процесса лазерной абляции и осаждения частиц на подложку в реальном масштабе времени при помощи лазерного монитора

§4.4. Исследование области осаждения аблированных частиц на подложке при помощи сканирующего зондового микроскопа.

§4.5. Формирование субмикронных и наноструктур в слоистой системе подложка из кварцевого стекла - металл.

§4.6. Результаты экспериментов.

§4.7. Формирование наноструктур на поверхности холодной подложки при воздействии импульсно-периодического излучения с наносекундной длительностью импульсов

§4.8. Экспериментальное сопоставление процессов лазерной абляции твердых мишеней в воде и воздухе при пикосе-кундной длительности импульсов.

§4.9. Способ осаждения частиц из плазменного эрозионного факела управляемым геометрическим макрораспределением.

§4.10. Формирование наноструктур на поверхности холодной подложки при воздействии непрерывного лазерного излучения и изучение их характеристик

Выводы к главе IV.

Глава V. НЕЛИНЕЙНАЯ ДИНАМИКА ПОВЕРХНОСТНЫХ КОЛЕБАНИЙ ЖИДКОСТИ, ВОЗБУЖДАЕМЫХ ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ.

ФРАКТАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТИ. Введение.

§5.1. Пространственные характеристики оптического изображения области лазерного воздействия на поверхность вещества.

§5.2. Распределение энергии по пространственным частотам для гидродинамического процесса в области лазерного воздействия.

§5.3. Количественные характеристики оптических изображений области лазерного воздействия

§5.4. Формирование волновых структур на поверхности расплава при импульсно-периодичном лазерном воздействии

§5.5. Нелинейная динамика поверхностных колебаний жидкости, возбуждаемых лазерным излучением. Фазовые портреты колебаний.

§5.6. Временные характеристики гидродинамических неустой-чивостей, индуцированных мощным лазерным излучением. Восстановление фазового портрета

Выводы к главе V.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Микро- наноструктуры и гидродинамические неустойчивости, индуцированные лазерным излучением на поверхности твердых тел, и их диагностика методами лазерной и зондовой микроскопии»

Актуальность темы

Для лазерной физики и современных лазерных и лазерно-информационных технологий значительный интерес представляет исследование высокотемпературных процессов в области лазерного воздействия на поверхность различных материалов, приводящих к возбуждению пространственно-временных неустойчивостей и образованию микро- и наноструктур на поверхности твердого тела. Развитие таких процессов во времени определяется фундаментальными физическими явлениями, диагностика которых в реальном масштабе времени позволяет расширять область их практических приложений. Несмотря на длительную историю проводимых исследований по данному направлению, начатых практически со времени создания лазеров, проблема модификации заданным образом физико-химических свойств материалов под воздействием лазерного излучения остается приоритетной и на сегодняшний день и требует специальных экспериментальных условий по наблюдению и управлению в реальном масштабе времени развитием лазерно-индуцированных процессов. Особое значение при этом имеет получение новых наноструктурированных материалов при образовании поверхностных микро- и наноструктур. Одним из методов возбуждения таких структур является наноструктуризация поверхности при остывании образца после лазерного нагрева и плавления поверхности материала, а также лазерная абляция вещества образца с его осаждением на поверхности подложки, располагаемой непосредственно над облучаемым образцом. Дальнейшее развитие данных методов связано с возможностью управления параметрами образующихся по таким механизмам микро- и наноструктур в поле лазерного излучения. Принципиально, что с помощью исследуемых гидродинамических нелинейных процессов создаются пространственно протяженные поверхностные области с изменяемой топологией наноструктур в зависимости от конкретных уеловий лазерного эксперимента. Получение таких новых наноструктуриро-ванных материалов с требуемыми поверхностными характеристиками представляет актуальную задачу современного материаловедения и нано-технологий, в которых методы лазерной физики могут играть доминирующую роль.

Динамика развивающихся нелинейных волновых процессов в области лазерного плавления поверхности твердого тела может быть исследована разными методами. Например, определение скорости движения потока расплава - с помощью доплеровской анемометрии, измерение периода испарительно-капиллярных волн — по колебаниям интенсивности эрозионного факела и т.п. Однако, проведение диагностики высокотемпературных процессов, сопровождающихся лазерным расплавом вещества на поверхности исследуемого образца, непосредственно во время лазерного воздействия в самой области взаимодействия затруднена из-за присутствия экранирующего свечения эрозионного факела, возникающего над облучаемой поверхностью, и собственного излучения нагретой до высокой температуры поверхности материала. Это препятствует применению для исследования зоны взаимодействия в реальном масштабе времени прямых и высокоинформативных методов распознавания нелинейных оптических образов с помощью скоростных методов регистрации видеоизображений, которые представляют наибольший интерес в аспекте изучения физических механизмов, ответственных за лазерно-возбуждаемые гидродинамические процессы и неустойчивости при поверхностном плавлении твердых тел, а также для разработки методов прямого управления развитием нелинейных волновых процессов и явлений непосредственно во время лазерного воздействия.

В данной работе впервые эти вопросы рассмотрены в едином комплексе и проведено детальное изучение процессов формирования микро-и наноструктур на поверхности твердого тела под действием лазерного излучения в условиях расплава вещества на основе оригинальных методов лазерной диагностики и распознавания образцов при развитии динамических нелинейных явлений в реальном масштабе времени.

Целью диссертационной работы являлось решение крупной научной проблемы - установление закономерностей направленного формирования микро- и наноструктур на поверхности твердых тел в результате их расплава в лазерном поле в условиях возбуждения лазерно-индуцированных гидродинамических и термохимических процессов, ответственных за развитие пространственно-временных неустойчивостей и за последующее образование микро- и наноструктур с управляемой топологией на поверхности различных веществ.

Для достижения данной общей цели были решены следующие конкретные задачи:

1) разработаны оригинальные экспериментальные методы регистрации и распознавания нелинейных оптических изображений, которые позволили проводить исследования лазерно-индуцированных нелинейных процессов и неустойчивостей на поверхности твердых тел в реальном масштабе времени в условиях недоступных для стандартных методов измерений из-за экранировки изучаемой поверхности излучением плазменного факела, возникающего непосредственно над облучаемой поверхностью;

2) создана математическая модель формирования оптического изображения в лазерном усилителе яркости, используемого для визуализации в реальном масштабе времени процессов модификации поверхности образца при воздействии лазерного излучения;

3) изучены нестационарные лазерные термохимические процессы на поверхности различных сред в области лазерного воздействия и определены их характеристические параметры;

4) исследованы пространственно-временные гидродинамические неустойчивости, индуцированные лазерным излучением на поверхности различных веществ в условиях их лазерного плавления;

5) разработана математическая модель многовихревой термокапиллярной конвекции на поверхности твердых тел, индуцированной лазерным излучением в ванне расплава;

6) предложены новые методы реконструкции трехмерных структур, образующихся в процессе лазерного воздействия на поверхность твердых тел, на основе двумерных динамических оптических изображений, полученных с помощью лазерного усилителя яркости;

7) впервые надежно зарегистрировано плавление графита в лазерном поле при атмосферном давлении, обнаружено вытекание жидкого углерода из ванны расплава и изучены характерные особенности процесса плавления;

8) исследованы процессы наноструктуризации поверхности углеро-досодержащих материалов в поле лазерного излучения и определены условия направленного формирования микро- и наноструктур из жидкой фазы графита;

9) изучены процессы лазерной абляции с поверхности образцов стеклоуглерода и графита и разработаны методы лазерного напыления пространственно протяженных наноструктурированных объектов на поверхность подложки, располагаемой непосредственно над облучаемым образцом.

Объектами исследования в настоящей работе являлись материалы, представляющие интерес для современных лазерных и лазерно-информационных технологий - металлы (медь, титан, сталь, вольфрам, молибден, золото) и их сплавы, углеродосодержащие материалы (графит разных модификаций, стеклоуглерод), слоистые структуры (хромированные покрытия различных металлов), а также диэлектрические материалы, включая оптические волокна. Отдельные эксперименты были поставлены на биологических тканях. Весь комплекс проведенных исследований с различными объектами показал универсальность разработанных оригинальных экспериментальных подходов.

Достоверность и обоснованность полученных результатов определяется проведением комплексных экспериментальных исследований ла-зерно- индуцированных пространственно- временных неустойчивостей и поверхностных структур при лазерном нагреве и плавлении твердых тел методами оптического лазерного зондирования и измерений микро- нано-параметров изучаемых объектов с помощью сканирующей зондовой и электронной микроскопии. Результаты данных экспериментов сопоставлены с выводами выполненных теоретических исследований, с использованием математического моделирования и подходов нелинейной динамики для распознавания оптических изображений в условиях развития нелинейных волновых процессов и неустойчивостей, индуцированных лазерным излучением в конденсированной среде.

Используемые экспериментальные методики и теоретические подходы:

- поверхности исследуемых твердотельных образцов из различных материалов шлифовались и производилась их оптическая полировка; в отдельных случаях наносились покрытия на поверхность образцов методом вакуумного напыления и химического осаждения;

- эксперименты выполнялись с использованием современных авто- • матизированных лазерных комплексов, работающих в импульсно-периодическом и непрерывном режимах; исследование динамических нелинейных процессов в области воздействия мощного оптического излучения неодимового лазера (излучение накачки) на материалы проводилось в реальном масштабе времени при помощи оригинальной экспериментальной методики с использованием лазерного усилителя яркости (лазер на парах меди) с компьютерной обработкой оптических изображений, регистрируемых скоростной цифровой камерой; изучение морфологии получаемых поверхностных наноструктур осуществлялось при помощи сканирующей электронной и зондовой микроскопии; для изучения скорости лазерно-индуцированных гидродинамических течений применялся допле-ровский анализатор;

- для теоретического описания термохимических и гидродинамических процессов и неустойчивостей, возбуждаемых лазерным излучением в конденсированной среде, применялись методы математического моделирования на основе уравнений нелинейной динамики и численного моделирования; пространственные характеристики возбуждаемых лазерным излучением поверхностных структур, которые регистрировались в виде динамических оптических изображений, моделировались на основе подходов фрактальной геометрии.

Научная новизна работы заключается в получении приоритетных результатов как в фундаментальном, так и в прикладном аспектах при взаимодействии лазерного излучения с поверхностью различных твердых тел в условиях формирования поверхностных микро- и наноструктур при лазерном нагреве и расплаве вещества образцов, а также в разработке физических моделей для описания наблюдаемых нелинейных волновых процессов и неустойчивостей, индуцированных лазерным излучением на поверхности твердых тел. Эти результаты работы могут быть сформулированы следующим образом.

1. Разработан оригинальный экспериментальный метод визуализации в реальном масштабе времени области лазерного воздействия на поверхность твердого тела, недоступной при стандартных методах измерения из-за экранирования области взаимодействия плазменным факелом, возникающим непосредственно над поверхностью облучаемого материала, с использованием лазерного усилителя яркости с компьютерной обработкой получаемых оптических динамических изображений.

2. На основе данного метода впервые обнаружена жидкая фаза графита, образующаяся при его плавлении при внешнем атмосферном давлении 1 атм. и температуре около 4000 К. Процесс образования жидкого углерода при плавлении графита в поле сфокусированного лазерного пучка регистрировался в реальном масштабе времени с фиксацией всех этапов развития пространственно-временных неустойчивостей и нелинейных волновых процессов в расплаве.

3. Впервые экспериментально получены и исследованы методами зондовой и электронной микроскопии микро- и наноструктуры, образующиеся при лазерном воздействии на поверхность стеклоуглерода. Показано, что наноструктуризация поверхности происходит как в условиях кристаллизации жидкой фазы углерода внутри ванны расплава, так и из-за осаждения паров вещества на холодную поверхность за ее пределами. Обнаружены несколько типов пространственных наноструктур с управляемой топологией - нанопики, микропоры, квазидомены — в зависимости от выбираемых параметров лазерного пучка и условий эксперимента.

4. Зарегистрировано новое явление — образование упорядоченных субмикронных структур и наноструктур при воздействии мощного лазерного излучения на слоистую систему: прозрачная среда (стекло), тонкий воздушный слой, поглощающая среда (графит). При использовании микро-и наноструктурированного графита в такой системе в результате процесса лазерной абляции эти микро- наноструктуры переносятся (копируются) на поверхность прозрачной среды. Для данной схемы лазерной фотолитографии определены оптимальные геометрические параметры слоистой системы и критические режимы осаждения, приводящие к образованию упорядоченных структур управляемым образом.

5. Предложен новый способ изучения пространственно-временных характеристик лазерно-индуцированных термохимических процессов на поверхности твердых тел (металлы, сплавы, тонкие пленки и др.) с помощью диагностики области лазерного воздействия в реальном масштабе времени с использованием лазерного проекционного микроскопа с усилителем яркости. Получены пространственные распределения во времени толщины слоя компактного окисла в процессе лазерного воздействия. Показано, что экспериментальные результаты для реально изучаемых поверхностей материалов могут значительно отличаться от ожидаемых теоретических зависимостей, рассчитанных для идеализированных поверхностей. Впервые зарегистрированы в реальном масштабе времени оптические изображения гидродинамических пространственно-временных неустойчивостей и нелинейных волновых процессов, индуцированных лазерным излучением на поверхности различных материалов, и выявлены условия возбуждения и разрушения поверхностных волновых структур при обратном действии паров отдачи, возникающих при лазерном испарении/абляции вещества и приводящих к экранировке излучением возникающего плазменного факела наблюдаемой области лазерного воздействия. Предложен новый способ контроля качества сварки оптических волокон, основанный на визуализации непосредственно в процессе сварки сварного соединения с помощью лазерного усилителя яркости.

6. Впервые на основе подходов нелинейной динамики классифицированы в численных показателях получаемые динамические оптические изображения области лазерного воздействия на вещество в условиях реализации различных режимов/ последовательных стадий лазерно-индуцированных нелинейных процессов и неустойчивостей на поверхности образцов - ламинарное течение, турбулентные потоки, сублимация вещества с поверхности расплава. В условиях выплеска расплава вещества измерен спектр пространственных частот динамического процесса, определяемый характерными размерами поверхностных возмущений течения жидкости и плотностью мощности излучения лазерной накачки.

7. С использованием подходов фрактальной геометрии и теории информации впервые получены характерные численные параметры, определяющие степень хаотизации процесса лазерного плавления вещества на основе обработки регистрируемых динамических оптических изображений области лазерного воздействия. Показана связь этих параметров с состоянием поверхности и определена их зависимость от различных режимов возбуждения гидродинамических неустойчивостей в ванне расплава. Обнаружен хаотический характер низкочастотных гидродинамических колебаний, индуцированных лазерным излучением при плавлении вещества, и показано, что в спектре этих колебаний проявляется механизм субгармонического каскада удвоения периода колебаний.

Практическая значимость исследований. Полученные в диссертации результаты представляют практический интерес для разработки новых физических принципов получения материалов с управляемыми физико-химическими свойствами, определяемыми свойствами поверхности образца, на которой возбуждаются микро- и наноструктуры в поле лазерного излучения. На основе проведенных исследований могут быть созданы новые лазерные и лазерно-информационные технологии с управлением в реальном масштабе времени процессом лазерной обработки материалов. Практическая значимость полученных результатов подтверждена шестью патентами (приведены в конце списка опубликованных работ по теме диссертации).

Выполненные исследования поддержаны грантами Российского фонда фундаментальных исследований, федеральными целевыми программами Министерства образования и науки РФ, федерального Агентства по образованию.

Научные положения и научные результаты, выносимые на защиту:

1. Оригинальный автоматизированный лазерно-информационный комплекс, включающий в себя мощный лазер накачки, зондирующий канал и канал регистрации, позволяющий осуществлять визуализацию в реальном масштабе времени области лазерного воздействия на поверхность твердого тела, недоступной при стандартных методах измерения из-за ее экранировки плазменным факелом, возникающим непосредственно над поверхностью облучаемого материала, с использованием лазерного усилителя яркости с автоматизированной компьютерной регистрацией и обработкой получаемых оптических динамических изображений поверхности образца.

2. Прямая регистрация в реальном масштабе времени жидкой фазы графита, образующейся при его лазерном плавлении при внешнем атмосферном давлении 1 атм. и температуре около 4000 К, с фиксацией всех этапов развития пространственно-временных неустойчивостей и нелинейных волновых процессов во время процесса образования жидкого углерода в расплаве.

3. Методика получения микро- и наноструктур при лазерном воздействии на поверхность стеклоуглерода в условиях его плавления и измерение их характеристик методами зондовой и электронной микроскопии; выяснение механизмов наноструктуризации поверхности, которая происходит как в условиях кристаллизации жидкой фазы углерода внутри ванны расплава, так и из-за осаждения паров вещества на холодную поверхность за ее пределами, и обнаружение нескольких типов пространственных наноструктур с управляемой топологией —нанопиков, микропор, квазидоменов — в зависимости от выбираемых параметров лазерного пучка и условий эксперимента.

4. Новое явление образования упорядоченных субмикронных структур и наноструктур при воздействии мощного лазерного излучения на слоистую систему в схеме лазерной фотолитографии - прозрачная среда (стекло), тонкий воздушный слой, поглощающая среда (графит), — которые в результате процесса лазерной абляции с поверхности микро- и нанострукту-рированного графита в такой системе переносятся (копируются) на поверхность прозрачной среды; определение оптимальных геометрических параметров слоистой системы и критических режимов осаждения вещества для управляемого получения поверхностных структур с заданной топологией.

5. Новые методы измерения пространственно-временных характеристик лазерно-индуцированных термохимических и гидродинамических процессов на поверхности твердых тел (металлы, сплавы, тонкие пленки и др.) на основе диагностики области лазерного воздействия в реальном масштабе времени с использованием лазерного проекционного микроскопа с усилителем яркости, позволяющие получать пространственные распределения во времени толщины слоя компактного окисла в процессе лазерного воздействия, осуществлять регистрацию в реальном масштабе времени динамической картины гидродинамических пространственно-временных неустойчивостей и нелинейных волновых процессов, индуцированных лазерным излучением на поверхности различных материалов, и выявлять условия возбуждения и разрушения поверхностных волновых структур в условиях обратного действия паров отдачи, возникающих при лазерном испарении/абляции вещества, а также новый способ контроля качества сварки оптических волокон, основанный на визуализации непосредственно в процессе сварки сварного соединения с помощью лазерного усилителя яркости.

6. Классификация в численных показателях на основе подходов нелинейной динамики получаемых динамических оптических изображений области лазерного воздействия на вещество в условиях реализации различных режимов/ последовательных стадий лазерно-индуцированных нелинейных процессов и неустойчивостей на поверхности образцов - ламинарного течения, турбулентных потоков, сублимации вещества с поверхности расплава — и измерение в условиях выплеска расплава вещества спектра пространственных частот динамического процесса, определяемого характерными размерами поверхностных возмущений течения и плотностью мощности лазерного излучения накачки.

7. Использование подходов фрактальной геометрии и теории информации для получения характерных численных параметров, определяющих степень хаотизации процесса лазерного плавления вещества на основе обработки регистрируемых динамических оптических изображений области лазерного воздействия, и определение связи этих параметров с состоянием поверхности образца в зависимости от различных режимов возбуждения гидродинамических процессов в ванне расплава; обнаружение хаотического характера низкочастотных гидродинамических колебаний, индуцированных лазерным излучением при плавлении вещества, в условиях проявления механизма субгармонического каскада удвоения периода колебаний.

Личный вклад автора в проведенное исследование

Все результаты, представленные в диссертационной работе, получены автором лично или в соавторстве при непосредственном его участии, либо под его непосредственным руководством.

Апробация работы проведена в ходе выступлений на российских и международных конференциях и симпозиумах, в том числе: International Conference on Industrial Lasers and Laser Applications'95,98 SPIE'95,98 (Shatura, Russia, 1995,1998), VIII International Conference Laser Application Engineering LAE-8 (St.Petersburg, 1996), II International Symposium on Modern Problems of Laser Physics (Akademgorodok, Novosibirsk, Russia, 1997, 2004, 2008), XVI International Conference on Coherent and Nonlinear Optics ICONO'98 (Moscow, 1998), международная конференция «Лазерные техно-логии-98» ILLA-98 (Шатура, Россия, 1998), ILLA-2003 (Смолян, Болгария, 2003), международная конференция LANE'1997, 2001, 2007 (Erlangen, Germany, 1997, 2001, 2007), VII международная конференция «Лазерные и лазерно-информационные технологии: фундаментальные проблемы и приложения» (Владимир-Суздаль, Россия, 2001), II российско-французский лазерный симпозиум «Современные направления в лазерной физике: спектроскопия, квантовые эффекты и атомная оптика, оптические изображения и информация» (Владимир-Суздаль, Россия, 2001), международная конференция LAT-2002, 2005 (Москва, 2002, Санкт - Петербург, 2005), International Conference Laser 0ptics-03 (St.Petersburg, 2003), International Conference on High Power Laser Beams HPLB-2006 (Nizhny Novgorod, 2006), International Conference «Advanced Laser Technologies» ALT'06 (Bra§ov, Romania, 2006), International Conference ICONO/LAT (Minsk, 2007), German-Russian Laser Symposium 2006, 2008 (Nizhniy Novgorod 2006, Luebeck, Rostok and Hamburg, 12-18 April, 2008).

Публикации результатов работы. Материалы диссертации опубликованы в 43 научных статьях, в том числе 25 статей в журналах, из перечня рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки РФ для публикации научных результатов диссертаций; по результатам исследований получено 6 патентов на изобретения. Всего по результатам диссертации опубликовано более 100 работ в различных научных изданиях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 310 страниц, 98 рисунков и 6 таблиц. Список использованных источников содержит 285 наименований.

Заключение диссертации по теме «Лазерная физика», Прокошев, Валерий Григорьевич

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ:

1. Разработан метод непосредственной визуализации в реальном масштабе времени области лазерного воздействия на поверхность различных веществ, экранированной от прямого наблюдения плазменно-эррозионным факелом, возникающим над облучаемой поверхностью образца, с использованием лазерного проекционного микроскопа с автоматизированной компьютерной обработкой регистрируемых динамических оптических изображений в схеме эксперимента, использующей излучение мощного твердотельного лазера (YAGrNd , Л=1,06 мкм) в качестве излучения накачки (с плотностью мощности на образце до

7 9

10' Вт/см в режиме свободной генерации) и слабого зондирующего пучка лазера на парах меди (Л=0,51 мкм), который одновременно используется как усилитель яркости при регистрации динамических оптических изображений (с временным шагом разрешения в 2 не с помощью быстродействующей цифровой камеры). Показана возможность управления реализуемыми лазерными и лазерно-информационными технологическими и плазменными процессами при помощи данного метода. Получены экспериментальные и теоретические распределения толщины модифицированного лазерным излучением поверхностного слоя образцов в зависимости от времени непосредственно во время облучения для ряда материалов (металлы, сплавы, тонкие пленки и др.). Реализован процесс сварки оптических световодов дуговым разрядом при визуализации во времени процесса сварки с помощью лазерного усилителя яркости.

2. Экспериментально при помощи лазерного усилителя яркости оптических динамических изображений выполнены измерения в реальном масштабе времени гидродинамических процессов, происходящих при плавлении углеродосодержащих материалов (графит, стеклоуглерод) под действием мощного лазерного излучения. Обнаружено образование жидкой фазы графита и стеклоуглерода при внешнем атмосферном давлении в 1 атм. и температуре порядка 4000 К с помощью регистрации в реальном масштабе времени течения жидкого углерода и образования волн на поверхности образца в области лазерного воздействия. Данные результаты позволяют уточнить фазовую диаграмму углерода вблизи тройной точки. Прямые наблюдения течения жидкого углерода подтверждены последующими исследованиями лазерной каверны на поверхности графита и стеклоуглерода после лазерного воздействия методами комбинационного рассеяния, атомно-силовой и электронной микроскопии.

3. Разработана методика получения наноструктур (размером порядка 10 нм) на поверхности углеродосодержащих материалов (графит, стеклоуглерод) под действием лазерного излучения в процессе плавления вещества. Обнаружены зависимости морфологических свойств генерируемых микро- и наноструктур не от параметров лазерного пучка. Показано, что механизмы их образования имеют различную природу. Образование квазидоменов и микропор происходит при кристаллизации жидкой фазы углерода. Образование нанопиков за пределами области лазерного воздействия на образец обусловлено обратным осаждением паров углерода (кластеров) из плазменно-эрозионного факела. Предложен метод управления топологией образующихся наноструктур в зависимости от параметров лазерного пучка накачки и условий эксперимента.

4. Изучено формирование субмикронных и наноструктур при осаждении продуктов лазерной абляции углеродосодержащих материалов на поверхность холодной подложки (в слоистой системе: прозрачная среда (подложка), слой воздуха, поглощающая среда (графит, стеклоуглерод)). Разработан новый метод получения упорядоченных наноструктур, при котором наноструктуры с поверхности облучаемого образца переносятся (копируются) на холодную подложку. В такой схеме лазерной фотолитографии выявлены закономерности изменения морфологических свойств получаемых наноструктур в зависимости от зазора между подложкой и образцом. Определены изменения свойств наноструктур и их характерной формы в зависимости от параметров лазерного пучка и от выбранного материала.

5. Зарегистрированы в реальном масштабе времени при помощи лазерного усилителя яркости и классифицированы в численных параметрах динамические оптические изображения области лазерного воздействия на вещество на различных этапах развития нелинейных волновых процессов, протекающих на поверхности образца под действием лазерного излучения (ламинарное течение, турбулентные потоки, сублимация вещества с поверхности). Определены диапазоны изменений численных значений этих параметров для данных режимов, которые выступают в качестве характеристических показателей этапов развития нелинейных динамических процессов. Для оптических изображений области лазерного воздействия в режиме выплеска расплава получен спектр пространственных частот, имеющий линейный участок. Рассчитаны характерные параметры, определяющие степень хаотизации оптических изображений области лазерного воздействия. Показана зависимость этих параметров от плотности мощности падающего излучения и состояния поверхности — пространственного масштаба поверхностных возмущений. Обнаружен хаотический характер низкочастотных гидродинамических колебаний, индуцированных лазерным излучением. Показано, что в спектре этих колебаний наблюдается субгармонический каскад удвоения периода колебаний.

В заключении хочу выразить искреннюю благодарность профессору С.М. Аракеляну и профессору И.И. Климовскому, многолетнее общение с которыми во многом определило направление диссертационной работы.

Хочу поблагодарить доцента А.Ф. Галкина за помощь и плодотворные обсуждения.

Я особенно хочу поблагодарить, теперь уже бывших аспирантов, С.Ю. Данилова, Д.В. Абрамова, А.О. Кучерика за совместную работу.

Я искренне благодарен Н.С. Прокошевой за постоянную поддержку и интерес к работе.

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Прокошев, Валерий Григорьевич, 2009 год

1. Земсков К.И., Исаев А.А., Казарян М.А., Петраш Г.Г. Исследование основных характеристик лазерного проекционного микроскопа. // Квантовая электроника. 1976. - Т. 3. - № 1. - С. 35-43.

2. Кузнецова Т.И. Распространение светового сигнала с псевдослучайной пространственной модуляцией через усиливающую среду // Квантовая электроника.- 1980.- Т. 7. №6.- С. 1257-1263.

3. Кузнецова Т.И., Кузнецов Д.Ю. Взаимодействие пространственно-модулированной волны сплошной структуры с плоской волной в квантовом усилителе // Квантовая электроника. 1981. - Т. 8. - № 8. - С. 1808-1815.

4. Алимов Д.Т., Атабаев Ш., Бункин Ф.В. и др. Термохимические неустойчивости в гетерогенных процессах, стимулированных лазерным излучением. // Поверхность. Физика, химия, механика. 1982. — № 8. - С. 12-21.

5. Whittaker A. G. The controversial carbon solid-liquid-vapour triple point // Nature. 1978. - V. 276. - № 5689. - P. 695 - 696.

6. Bundy F.P., Basset W.A., Weathers M.S., Hemley R.J., Мао H.K., Goncharov A.F. // Carbon. 1996. - V. 34. - № 2. - P. 141-153.

7. Whittaker A.G., Kintner P.L. Carbon: analysis of spherules and splats formed from the liquid state and of the forms produced by qumching gas and solid // Carbon. 1985. - V. 23. - № 3. - P. 255-262.

8. Асиновский Э.И., Батенин B.M., Климовский И.И., Марковец В.В. Исследование областей замыкания тока на электродах слаботочной угольной дуги атмосферного давления с помощью лазерного монитора. // ТВТ. 2001. — Т. 39.- №5.-С. 794-809.

9. Федер Е. Фракталы: Пер. с англ. М.: Мир, 1991.

10. Рыкалин Н.Н., Углов А.А., Кокора А.Н. Лазерная обработка материалов. М.: Машиностроение, 1975, 296с.

11. Рюэль Д., Такенс Ф. О природе турбулентности. В кн.: Странные аттракторы. М.: Мир, 1981 С. 117-151.

12. Климкин В.Ф., Папырин А.Н., Солоухин В.И. Оптические методы регистрации быстропротекающих процессов. Новосибирск: Наука, 1980, 208с.

13. Кулагин С.В. Аппаратура для научной фоторегистрации и киносъемки. М.: Машиностроение, 1990, 192 с.

14. Дьюли У. Лазерная технология и анализ материалов / М., Мир, 1986. 502с

15. Орехов М.В., Славин Б.С., Тархов Г.Н. Экспериментальное исследование факторов, влияющих на формообразование отверстий при обработке световым лучом. Электрические и электрохимические методы обработки, 1969, № 3, с. 23-26.

16. Golubev V.S. Nonstationary hydrodynamics in processes of laser beam material interaction. Proc. SPIE, 3688, pp. 108-118 (1998).

17. Голубев B.C. Анализ моделей динамики глубокого проплавления материалов лазерным излучением. Препринт ИПЛИТ РАН № 83, Шатура, 1999, 161 с.

18. Ринкевичюс Б.С. Лазерная диагностика потоков. М.: Издательство МЭИ, 1990, 288 с.

19. Ринкевичюс Б.С. Доплеровский метод измерения локальных скоростей с помощью лазера. УФН, 1973, 111, №2, с. 305-330.

20. Дубинищев Ю.Н., Ринкевичюс Б.С. Методы лазерной доплеровской анемометрии. М.: Наука, 1982, 304 с.

21. Головин В.А., Коняева Н.П., Ринкевичюс Б.С., Янина Г.М. Исследование модели двухфазного потока с помощью ОКГ. Теплофизика высоких температур, 1971,9, №3, с. 606-610.

22. Дубинищев Ю.Н., Павлов В.А. Лазерный метод измерения размера частиц. Квантовая электроника, 23, №11, 1996, с. 1051-1055.

23. Гусев В.Э., Карабутов А.А. Лазерная оптоакустика. М.: Наука, 1991,304 с.

24. Бондаренко А.Н. Лазерные методы возбуждения и регистрации акустических сигналов. М.: Стандарты, 1989, 115 с.

25. Арнольд В., Карабутов А.А., Кубышкин А.П., Панченко В.Я., Саватеева Е.В. Новый оптический метод регистрации поверхностных акустических волн, возбуждаемых лазерным излучением. Квантовая электроника, 24, №6, 1997, с. 500-504.

26. Оптико-электронные приборы для научных исследований./ Под. ред. JI.A. Новицкого. М.: Машиностроение, 1986, 432 с.

27. Оптические системы с усилителями яркости. / Труды Физического института им. П.Н. Лебедева, 1991, 206. М.:Наука, 150с.

28. Оптические системы с усилителями яркости. / Под. ред. Беспалова В.И. Горький, ИПФАН СССР, 1988, 172с.

29. Петраш Г.Г. Импульсные газоразрядные лазеры.// УФН, 1971, 105, вып. 4, с. 645-676.

30. Солдатов А.Н., Соломонов В.И. Газоразрядные лазеры на самоограниченных переходах в парах металлов. Новосибирск: Наука, 1985, 250 с.

31. Батенин В.М., Бучанов В.В., Казарян М.А., Климовский И.И., Молодых Э.И. Лазеры на самоограниченных переходах атомов металлов. М.: Научная книга, 1988, 544 с.

32. Насибов А.С., Мельник Н.Н., Пономарев И.В. и др. Лазеры на парах меди и золота для спектроскопии. Квантовая электроника, 25, №5, 1998, с. 416-418.

33. Петраш Г.Г. Усилители яркости для оптических приборов / Вестник АН СССР, 1982, 2, с. 66-75.

34. Петраш Г.Г., Казарян М.А. Лазерный проекционный микроскоп. / Природа, 1979, № 4, с.54-60.

35. Беляев В.П., Бармакин В.А., Былкин В.И. и др. Установка визуального контроля ИС с лазерным проектором. / Электронная промышленность, 1976, №5, с. 39-40.

36. Блинов И.Г., Валиев К.А., Петраш Г.Г. и др. Лазерный проекционный микроскоп. / Электронная промышленность, 1976, № 3, с.28-32.

37. Бункин Ф.В., Земсков К.И., Казарян М.А. и др. Проекционная система с усилителями яркости для целей биологии и медицины. / ДАН СССР, 1978, 243, №6, с. 1569-1570.

38. Prokoshev V.G., Klimovsky I.I., Galkin A.F., Abramov D.V., Arakelian S.M. Visualization of the laser treatment processes of materials by the brightness amplifier on basis of the copper laser. // SPIE. 1997. - V. 3091. - P. 29-33.

39. Батенин В.М., Климовский И.И., Калинин С.В., Галкин А.Ф., Данилов С.Ю., Прокошев В.Г., Абрамов Д.В., Аракелян С.М. Лазерный проекционный микроскоп. // Патент РФ на изобретение № 9810644510 зарегистрирован 27.02.2000 г.

40. Прокошев В.Г., Климовский И.И., Абрамов Д.В., Тараненко М.А., Аракелян С.М. Микроскоп с усилителем яркости. // Патент РФ на изобретение № 98111965 зарегистрирован 10.03.2000 г.

41. Прокошев В.Г., Климовский И.И., Абрамов Д.В., Аракелян С.М., Галкин А.Ф., Григорьев А.В. Лазерный проекционный микроскоп. // Патент РФ на изобретение № 96122043 зарегистрирован 20.01.1999 г.

42. Абрамов Д.В., Бухаров Н.Н., Буяров С.А., Прокошев В.Г., Аракелян С.М. Численное моделирование лазерного термохимического окисления металлов. Международная конференция молодых ученых и специалистов «Оптика'99», 19-21.10. 99, Санкт-Петербург, с. 108.

43. Вейко В.П., Метев С.М. Лазерные технологии в микроэлектронике / София, Изд. БАЛ, 1991.361 с.

44. Вейко В.П., Дорофеев И.А., Либенсон М.Н. и др. Образование периодических структур на поверхности кремния под действием импульса неодимо-вого лазера миллисекундной длительности // Письма в ЖТФ, 1984, т.10, вып. 1, с. 15-20.

45. Вейко В.П., Либенсон М.Н., Яковлев Е.Б, и др. Формирование регулярных структур на поверхности кремния под действием миллисекундного импульса неодимового лазера // Известия АН СССР, сер. физ., 1985, т.49, №6, с.1236-1242.

46. Денисенко В.И., Прокошев В.Г., Абрамов Д.В., Галкин А.Ф., Климовский И.И., Аракелян С.М. Динамические процессы при лазерном упрочнении покрытий из хрома. // Теплофизика высоких температур (ТВТ). 1998. — Т. 36. - № 4. - С. 674-684.

47. Борн M., Вольф Э. "Основы оптики" — M.: Наука, 1970.

48. Васильева М. А., Казарян М. А., Петраш Г. Г., Кузнецова Т. И. Об искажениях изображений в квантовых усилителях // Квантовая электроника. 1978. Т. 5. № 3. с. 666-669.

49. Прокошев В.Г., Данилов С.Ю.,Мишина М.В. Математическое моделирование формирования изображения в лазерном усилителе яркостиТезисы докладов Международной конференции молодых ученых и специалистов «Оп-тика-99», С-Птб, 19-21.10.1999, с. 104

50. Abramov D.V., Denisenko V.I., Prokoshev V.G. Dynamical processes under laser strengthening of coating. // Proceedings of the International Conference on Laser Assisted Net Shape Engineering LANE'97. 1997. - Erlangen, Germany. -P. 687-692.

51. Прокошев В.Г., Климовский И.И., Галкин А.Ф., Абрамов Д.В., Аракелян С.М. Визуализация процессов лазерной обработки материалов при помощи усилителя яркости на основе лазера на парах меди. // Известия РАН. Сер. Физ. 1997. - № 8. - С. 1560-1564.

52. Углов А.А., Смуров И.Ю., Лашин A.M., Гуськов А.Г. Моделирование те-плофизических процессов импульсного лазерного воздействия на металлы. М.: Наука, 1991.

53. Аратюнян Р.В., Баранов В.Ю.,Болынов Л.А., Малюта Д.Д.,Сербант А.Ю. Воздействие лазерного излучения на материалы / М.: Наука, 1989, 366с.

54. Веденов А.А., Гладуш Г.Г. Физические процессы при лазерной обработке материалов / М., Энергоатомиздат, 1985, 207с.

55. Ахманов С.А., Емельянов В.И., Коротеев Н.Н., Семиногов В.Н. Воздействие мощного лазерного излучения на поверхность полупроводников и металлов// УФН, 1985, т. 147, №4, с.675-701.

56. Конов В.И., Прохоров A.M., Сычугов В.А., Тищенко А.В.,Токарев В.Н. Временная и пространственная эволюция периодических структур, возникающих на поверхности облучаемых лазером твердых тел // ЖТФ, 1983, т.53, с.2283-2288.

57. Абрамов Д.В., Галкин А.Ф., Климовский И.И., Прокошев В.Г., Трубицын С.Ф., Аракелян С.М. Визуализация процесса сварки оптических волокон при помощи лазерного усилителя яркости. // Письма в ЖТФ. 1996. - Т.22. — №17.-С. 6-10.

58. Прокошев В.Г., Климовский И.И., Абрамов Д.В., Аракелян С.М., Галкин А.Ф., Григорьев А.В. Способ контроля соосности волоконных световодов. // Патент РФ на изобретение №96122044 зарегистрирован 20.01.1999 г.

59. Саночкин Ю.В. ТВТ 27. 1029 1989г.

60. Саночкин Ю. В. Термокапиллярная конвекция в тонком слое жидкости, локально нагреваемом сверху //ПМТФ.- 1983.- № 6. -С. 134-137.

61. Саночкин Ю. В. Установившееся термокапиллярное движение в горизонтальном слое жидкого металла, локально нагреваемом сверху // Изв. АН СССР. -МЖГ.- 1984.- № 6.- С. 146-152.

62. Аракелян С.М., Прокошев В.Г., Орлов В.Н., Сатов В.А., Алавердян Р.Б., Дрноян В.Э. Принцип оптической обработки информации на основе свето-индуцированных решеток анизотропии. // Изв. ВУЗов. Приборостроение, 1996.- Т. 36.-№2.-С. 7-12.

63. Прокошев В.Г, Абрамов Д.В, Данилов С.Ю., Аракелян С.М. Лазерная диагностическая система для мониторинга биологических процессов в реальном времени// Биомедицинская радиоэлектроника.-2000г.-№6.-С.11-15.

64. Prokoshev V.G., Kucherik Al.O., Arakelian S.M. Fractal optical images under the laser action on the substance surface. // International conference on laser assisted net shape engineering LANE'2001Erlangen,Germany,2001 -P.717-722.

65. Prokoshev V.G., Abramov D.V., Danilov S.Yu., Kucherik A.O., Arakelian S.M. Laser diagnostic of spatial-time hydrodynamic instabilities on melted metal surface. // SPIE. -2001. V. 4429. - P. 96-100.

66. Galkin A.F., Abramov D.V., Savina L.D., Fedotova O.Yu., Prokoshev V.G., Arakelian S.M. Laser-induced hydrodynamics waves on the surface of melt. // SPIE. 2001. - V. 4429. - P. 101-104.

67. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Механика сплошных сред. М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1954, 796 с.

68. Физические величины: Справочник. // Под. Ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991, 1232 с.

69. Прокошев В.Г., Столбов М.С., Аракелян С.М. Способ лазерной маркировки // Патент РФ на изобретение № 98105810 зарегистрирован 20.12.1999 г.

70. Давыдов Н.Н., Кудаев С.В., Прокошев В.Г. Способ цветной художественно-графической отделки поверхности стеклоизделий. // Патент на изобретение № 98105811 зарегистрирован 27.12.1999 г.

71. Батенин В.М., Глина В.Ю., Климовский И.И., Селезнева Л.А. ТВТ, 29, № 6, 1204-1210(1991).

72. Асиновский Э.И., Батенин В.М., Климовский И.И., Марковец В.В. Докл. РАН, 369, № 5, 614 616 (1999).

73. Whittaker A. G. Carbon: A New View of Its High-Temperature Behavior // Science. 1978. V. 200. № 4343. P. 763-764.

74. Касаточкин В.И., Казаков M.E., Савранский B.B., Набатников, А.П., Ра-димов Н.П. Доклады АН СССР, 205, № 5, 1104 1105 (1971).

75. Багаев С.Н., Прокошев В.Г., Кучерик А.О., Аракелян С.М., Климовский И.И. Гидродинамика расплава поверхности металла при лазерном воздействии; наблюдение смены режимов в реальном времени. // ДАН. 2004. - Т. 395.-№2.- С. 183-186.

76. Principles of 3D Image Analysis and Synthesis. Edited by B. Girod, G. Greiner, H. (Niemann, Kluwer Academic Publishers, 2002)

77. Шикин E.B., Боресков A.B. Компьютерная графика. Полигональные модели. М., Диалог МИФИ, 2000, с. 16-22.

78. Абрамов Д.В., Аракелян С.М., Климовский И.И., Кучерик А.О., Прокошев В.Г. Визуализация и восстановление рельефа области лазерного воздействия на поверхность графита. // Известия РАН. Сер.Физ. — 2006. — Т. 70. —№ 3.- С. 422-425.

79. Abramov D.V., Arakelian S.M., Galkin A.F., Klimovsky I.I., Kucherik А.О., Prokoshev V.G. A Laser-induced process on the surface of a substance and their laser diagnostics in real time // Laser Physics. 2005. - V. 15. - №. 9. - P. 13131318.

80. Abramov D.V., Arakelian S.M., Kucherik А.О., Prokoshev V.G., Tarasov R.E. Reconstruction and analysis of surface micro-relief of laser action area. // Proceedings of Conference LANE-2007. V. 2. - 25-28 September, Erlangen, Germany. -P. 921-928.

81. Abramov D.V., Arakelian S.M., Kucherik A.O., Prokoshev V.G., Tarasov R.E. Reconstruction and analysis of surface micro-relief of laser action area. // SPIE. 2007. - V. 6732, 67320A.

82. Мандельброт Б.Б. «Фрактальная геометрия природы» М.: Институт компьютерных исследований, 2002

83. Асиновский Э.И., Асиновский С.Э., Бородина Т.И., Кириллин А.В., Кос-тановский А.В. Карбин на фазовой диаграмме углерода // Препринт ОИВТ РАН. М., 2000, № 1-449.

84. Банишев А.Ф., Голубев B.C., Кремнев А.Ю. Квантовая электроника. 5, 941 (1998).

85. Банишев А.Ф., Голубев B.C., Кремнев А.Ю. Известия РАН, Сер.физ., 63, 1964(1999).

86. Leider H.R.,Krikorian О.Н.,Young D.A //Carbon. 1973.V. 11.№3.P.555 563.

87. Евсеев В.Н. Кириллин А.В., Шейндлин М.А. // Промышленная теплотехника. 1982. Т. 4. № 3. С. 87-91.

88. Кириллин А.В., Коваленко М.Д., Шейндлин М.А., Живописцев B.C. // ТВТ. 1985. Т. 23. № 4. С. 699-706.

89. Lummer О. Verflussing der Kohle und Herstellung der Sonnentemperatur. Druck und Verlag von Friedr. Vieweg und Sohn, Braunschweig, 1914.

90. Alterhum H., Fehse W., Pirani M. // Zeitscrift fur Elektrochemie. 1925. Band 31. Heft 6. S. 313-316.

91. Асиновский Э.И., Кириллин A.B., Костановский A.B., Фортов В.Е. // ТВТ. 1998. Т. 36. № 5. С. 740-745.

92. Абрамов Д.В., Аракелян С.М., Галкин А.Ф., Климовский И.И., Кучерик А.О., Прокошев В.Г. Лазерная диагностика эволюции поверхности углерода под воздействием мощных лазерных импульсов. // ПТЭ. 2006. - Т. 2. -С. 137-143.

93. Финкельбург В., Меккер Г. Электрические дуги и термическая плазма / Пер. с нем. под ред. В.А. Фабриканта. М.: Издательство иностранной литературы, 1961.370 с.

94. F. Tuinstra, J.L. Koenig. J. Chem. Phys. 53, 1126, 1970.

95. Касаточкин В.И.,,Савранский В.В., Смирнов Б.Н., Мельниченко В.М. //. Докл. АН СССР, 1974. Т.217, №4. С .796-798.

96. Абрамов Д.В, Аракелян С.М, Климовский И.И, Кучерик А.О, Прокошев В.Г. Структурные изменения графита в области лазерного нагрева, как следствие фазового перехода графит-карбин. // Краткие сообщения по физике. 2006. -№ 10.

97. Андриевский Р.А, Рагуля А.В. Наноструктурнные материалы: М.: Издательский центр «Академия», 2005.-192с.

98. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. - 416 с.

99. Суздалев И.П. Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. -М.: КомКнига, 2006. — 592 с.

100. Пул Ч, Оуэне Ф. Нанотехнология. Техносфера. Москва.2005.

101. Елецкий А. В, Смирнов Б.М. Фуллерены и структуры углерода// УФН, т. 165 (9), с.977, 1995.127. http://shungit.into//fullerenes.

102. Dresselhaus M.S., Dresselhaus G. and Eklund P.S. Science of fullerens and carbon nanotubes. Academic press, San Diego, 1995.

103. Золотухин И.В. Фуллерит новая форма углерода. //СОЖ №2, с.51, 1996

104. Соколов В. И, Станкевич И. В. Фуллерены-новые аллотропные формы углерода: структура, электронное строение и химические свойст-ва//Успехи химии, т.62 (5), с.455, 1993.

105. Лозовик Ю.В, Попов A.M. Образование и рост углеродных наноструктур фуллеренов, наночастиц, нанотрубок и конусов//УФН, т. 167 (7), с. 151, 1997132. http://scientificpage.nety/fulleren.

106. Елецкий А. В. Сорбционные свойства углеродных нанотрубок//УФН, т. 174(11), с.1191, 2004.

107. Ajayan P.M. "Carbon Nanotrubes", Handbook of nanostructed materials and nanotechnology, H.S. Nslwa, ed.,Academic press, San Diego,2000, vol 5, Chapter 6,p.375

108. Елецкий А. В. Углеродные нанотрубки и их эмиссионные свойст-ва//УФН, т. 172 (4), с.401, 2002.

109. Ebbesen T.W., "Carbon nanotubes", Phys.Today, 26 (June 1996)

110. Collins P.G. and Avouris P., "Carbon nanotubes", Sci.Am., (Dec 2000)

111. Saito R., Dresselhaus G., Dresselhaus M.S. Physical properties of carbon nanotubes, Imperial College press, London, 1999.

112. Елецкий А. В. Углеродные нанотрубки //УФН,т.167(9),с.945, 1997.

113. Абрамов Д.В., Герке М.Н., Кучерик А.О., Кутровская С.В., Прокошев

114. B.Г., Аракелян С.М. Образование наноструктур на поверхности стеклоуглерода при лазерном воздействии. // Квантовая электроника. 2007. - Т. 37. — №11.- С. 1051-1055.

115. S.Eliezer, N.Eliaz, Е. Grossman, D. Fisher, I. Gouzman, Z. Henis, S. Pecker, Y. Horovits, M. Fraenkel, S. Maman, V.Ezersky and D. Eliezer. Nanoparticles and nanotrubes induced by femtosecond laser. Laser and Particle Beams (2005), 23, 15.

116. Dresselhaus M.S., Dresselhaus G. and Saito R. "Nanotechnology in Carbon Materials", in Nanotechnology, ed. G. Timp, Springer-Verlag, 1998, Chapter 7, p.285.

117. Вуль А.Я., Удовиченко A.C. Разработка технологии получения многофункциональных материалов на основе наноуглерода// Российские нанотех-нологии Т. 2., №7-8, 2007 г., стр 63-64.

118. Mikheev G.M., Zonov R.G., Obraztsov A.N., Svirko Yu. P. Giant opticarecti-fication effect in nanocarbon films //Applied Physics Letters. 2004. - V.84. -№24. - P.4854-4856.

119. Михеев Г.М., Зонов Р.Г., Образцов A.H., Свирко Ю.П. Оптическое вы-прямлени в углеродных нанопленках // ЖЭТФ. 2004. - Т. 126. -Вып.5(11).1. C.1083-1088.

120. Образцов А.Н., Волков А.П., Михеев Г.М., Шаховской А.Г., Роддатис В.В., Гаршев А.В. Влияние лазерного облучения на морфологию и эмиссионные свойства наноуглеродных пленок /ЖТФ.- 2005.- Т.75.- В.6.- С. 136-139.

121. Baturin A.S., Chadaev N.N., Leshukov M.Yu., Sheshin E.P. Characterizations of light sources with carbon fiber cathodes // Applied Surface Science, 2003. Volume 215, Issue 1, p. 260-264

122. Батурин A.C., Лешуков М.Ю., Труфанов А.И., Чадаев Н.Н., Шешин Е.П. Эмиссионные характеристики источников света с автокатодом на основе пучка углеродных волокон //Микросистемная техника, 2004, №3, стр. 32-35

123. Koskinen J., Ronkainen Н., Varjus S., Muukkonen Т., Holmberg К., Sa-javaara T. Diamond Related Mater., 10, 1030 (2001).

124. Симакин A.B., Воронов B.B., Шафеев Г.А. Образование наночастиц при лазерной абляции твердых тел в жидкостях// Труды института общей физики им. A.M. Прохорова, Т. 60, 2004г. стр 83-107.

125. Козлов Г.И. Образование углеродной паутины при синтезе одностенных нанотрубок в струе продуктов лазерной абляции, расширяющейся в электрическом поле// Письма в ЖТФ, 2003, том 29, вып. 18, стр. 88-94

126. Кононенко Т.В., Конов В.И., Лубнин Е.Н.,.Даусингер Ф. Импульсное лазерное напыление твердого углеродного покрытия при атмосферном давлении// «Квантовая электроника», 33, № 3 (2003) стр. 189-191

127. Макарова Т.Л., Сахаров В.И., Серенков И. Т., Вуль А .Я. Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. 3, стр. 554-560.

128. Гусев А.И. Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства. Екатеринбург УроРАН, 1998г, 199с.

129. Копьев В.А., Коссый И.А., Магунов А.Н., Тарасова Н.М. Термометрия по распределению интенсивности в спектре теплового излучения. Приборы и техника эксперимента. - 2006. -№3. -С. 1-4.

130. Свет Д.Я. Оптические методы измерения истинных температур. М.: Наука, 1982.

131. Михляев С.В., Мухин Ю.Д, Невеженко Е.С.//Автометрия. 1998, .№1, с.39.

132. Леонов А.С., Русин СИЛ Теплофизика и аэромеханика. 2001, №3, с.475.

133. Gerke M.N., Kutrovskaya S.V., Kucherik А.О., Prokoshev V.G., Arakelian S.M. Nanostructuriztion of the carbon material surface at laser action. //Proceedings of Conference LANE-2007. V. 2. - 25-28 September, Erlangen, Germany. - P. 1177-1185.

134. Абрамов Д.В., Аракелян C.M., Галкин А.Ф., Климовский И.И., Кучерик А.О., Прокошев В.Г. Наноструктуры на поверхности графитовых образцов в поле лазерного излучения. //Нано- и микросистемная техника—2007 № 4.— С.39-40.

135. Dolgaev S.I., Lavrishchev S.V., Lyalin А.А., Simakin A.V., Yoronov V.V., Shafeev G.A. Formation of conical microstructures upon laser evaporation of solids // Appl.Phys., 2001, A 73, p.177-181.

136. Voronov Y.V., Dolgaev S.I., Lavrishchev S.V., Lyalin A.A., Simakin A.V., Shafeev G.A. Formation of conic microstructures upon pulsed laser evaporation of solids // Quantum Electron., 2000, v.30, №8, p. 710-714.

137. Simakin A.V, Voronov V.V., Shafeev G.A. Self-organized 3D structures under laser evaporation of solids: formation and properties. Proc. Of SPIE, V# 5121, 2003, pp. 103-109.

138. Асиновский Э.И., Кириллин А.В., Костановский А.В. Экспериментальное исследование термических свойств углерода при высоких температурах и умеренных давлениях//УФН, т. 172 (8), с.931, 2002.

139. Чивель Ю.А. Гидродинамическая неустойчивость поверхности расплава в условиях интенсивного лазерного приповерхностного плазмообразования// Квантовая электроника. -1991. -В. 18. -№10.

140. Саранин В.А. Равновесие жидкостей и его устойчивость. М: Институт компьютерных исследований, 2002, 146 с.

141. Бункин Ф.В., Трибельский М.И. Нерезонансное взаимодействие мощного оптического излучения с жидкостью // УФН. 1980. -Т. 130. - С.193-215.

142. Laser Ablation for Materials Synthesis (MRS Symp. Proc., Vol. 191,Eds D С Paine, J С Bravman) (Pittsburgh, Pa.: Materials Res. Soc., 1990).

143. Laser Ablation: Mechanisms and Applications (Lecture Notes in Physics, Vol. 389, Eds J С Miller, R F Haglund, Jr) (Berlin: Springer-Verlag, 1991).

144. Laser Ablation of Electronic Materials: Basic Mechanisms and Applications (Proc. European Materials Res., Vol. 4, Eds E Fogarassy, S Lazare) (Amsterdam: North-Holland, 1992).

145. Laser Ablation: Principles and Applications (Springer Series in Mater. Sci., Vol. 28, Ed. J С Miller) (Berlin: Springer-Verlag, 1994).

146. Анисимов С.И., Лукьянчук Б.С. Избранные задачи теории лазерной абляции.-УФН.-2002.- т.172. №3.- С.301-333.

147. Афанасьев Ю.В, Крохин О.Н. Газодинамическая теория воздействия излучения лазера на конденсированные среды // Труды ФИ АН СССР. 1970. -52.- с.118-170.

148. Ельяшевич М.А. и др. Разрушение металлов под действием излучения оптического квантового генератора. Отчет Ин-та физики АН БССР № КЭ-14, (Минск, 1963).

149. Анисимов С.И. и др. Действие излучения большой мощности на металлы./Под ред. A.M. Бонч-Бруевича, М.А. Ельяшевича, М.:Наука,1970.

150. Ready J. F. Effects of High-Power Laser Radiation. /New York: Academic Press, 1971).

151. Любов Б.Я, Соболь Э.Н. в кн. Действие концентрированных потоков энергии на материалы. / под ред. Н.Н. Рыкалина. М.: Наука, 1985, с.226.

152. Roy S, Papakonstantinou Р, Mccann R, Mclaughlin J, Klini A, Papa-dogiannis N.// Appl.Phys. A, 81, 471 (2004).

153. Henley S.J, Carey J.D, Silva S.R.P, F.uge G.M., Ashfold M.N.R, Anglos D. // Phys.Rev. B, 72, 205413-1 (2005).

154. Haglund R. F. (Jr), in Laser Ablation and Desorption (Experimental Methods in the Physical Sciences, Vol. 30, Eds J. C. Miller, R. F. Haglund (Jr)) (San Diego: Academic Press, 1998), p. 15.

155. Luk'yanchukB et al, in Excimer Lasers (NATO ASI Series, Ser. E, Vol. 265, Ed. L. D. Laude) (Dordrecht: Kluwer Academic Publ, 1994), p. 59.

156. Arnold N., Luk'yanchuk В., BityurinN. Appl. Surf. Sci.,127-129, 184,(1998).

157. Мирзоев Ф.Х., Панченко В .Я., Шелепин J1.A. Лазерное управление процессами в твердом теле // УФН, 1995, т.166, №1, с.3-32.

158. Анисимов С.И. и др. ЖТФ 49 512 1979.

159. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. — М.: Наука, 1966.

160. Аксахалян А.Д. и др. Препринт ИПФ АН СССР. Горький: ИПФ АН СССР, 1981.

161. Venkatesan Т. et al. Appl. Phys. Lett. 52 1193 (1998)

162. Afonso C. N. et al. Appl. Sci. 46 249 (1990)

163. Kools J С S et al. J. Appl. Phys. 71 4547 (1992)

164. Miotello A et al. Appl. Phys. Lett. 61 2784 (1992)

165. Anisimov S I, Bauerle D, Luk'yanchuk В S Phys. Rev. В 48 12076 (1993)

166. Singh R. K., Narayan J. Phys. Rev. В 41 8843 (1990)

167. Басов Н.Г. и др. ЖЭТФ 51 969 (1966).

168. Hansen Т. N., Schou J., Lunney J. G. Appl. Phys. A 69 S601 (1999)

169. Буримов B.H., Жерихин A.H., Попков В.Л. Квантовая электроника.-23.-№1.-1996.-с.73-75.

170. Овсянников Л.В. ДАН СССР 111 47 (1956)

171. Анисимов С.И., Лукьянчук Б.С., Лучес А. ЖЭТФ 108 240 (1995).

172. Tyunina М. et al. Appl. Surf. Sci. 96 98 831 (1996)

173. Werwa E. et al. Appl. Phys. Lett. 64 1821 (1994)

174. Marine W et al., in Advanced Laser Processing of Materials: Fundamentals and Applications (MRS Symp. Proc., Vol. 397, Eds. R. Singh et al.) (Pittsburgh, Pa.: Materials Res. Soc. 1996) p. 365

175. Movtchan A et al. Appl. Surf. Sci. 96 ± 98 251 (1996)

176. Yamada Y et al. Jpn. J. Appl. Phys. Pt. 1 35 1361 (1996)

177. Makimura T, Kunii Y, Murakami К Jpn. J. Appl. Phys. Pt. 1 35 4780 (1996)

178. Li S, Silvers S J, El-ShallMS J. Phys. Chem. В 101 1794 (1996)

179. SernaR, Afonso С N Appl. Phys. Lett. 69 1541 (1996)

180. Muramoto J et al. Jpn. J. Appl. Phys. Pt. 2 36 L563 (1997)

181. Marine W, Luk'yanchuk B, Sentis M Le Vide Sci. Tech. Appl. 288 440 (1998)

182. Geohegan D В et al. Appl. Phys. Lett. 72 2987 (1998); 73 371 (1998)

183. Wood RF etal. Appl. Surf. Sci. 127 ± 129 151 (1998)

184. Muramoto J et al. Appl. Surf. Sci. 127 ± 129 373 (1998)

185. Yoshida T et al. Appl. Phys. Lett. 68 4780 (1999)

186. Lowndress D H et al. J. Mater. Res. 14 359 (1999)

187. Makimura T, Mizuta T, Murakami К Appl. Phys. Lett. 76 1401 2000

188. Muramoto J et al. Appl. Phys. Lett. 77 2334 (2000)

189. Marine Wet al. Appl. Surf. Sci. 154 ± 155 345 (2000)

190. Райзер Ю.П. ЖЭТФ 37 1229 (1960)226. von Becker R, DoE ringWAnn. Phys. (Leipzig) 24 719 (1935)

191. Kramers H A Physica 7 284 (1940)

192. Зельдович Я.Б. ЖЭТФ 12 525 (1942)

193. Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкостей. В кн. Собрание избранных трудов. Т.З, М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1959.

194. Luk'yanchuk В., Marine W., Anisimov S. I. Laser Phys. 8 291 (1998).

195. Luk'yanchuk B. et al. Proc. SPIE 3618 434 (1999)

196. Kuwata M., Luk'yanchuk В., Yabe T. Proc. SPIE 4065 441 (2000)

197. Luk'yanchuk B. S., Marine W. Appl. Surf. Sci. 154 155 314 (2000)

198. Luk'yanchuk B. S., Marine W. Proc. SPIE 3885 182 (2000)

199. Wautelet M. J. Phys. D 24 343 (1991)

200. Kutrovskaya S.V., Kucherik A.O., Prokoshev V.G., Arakelian S.M. Generation of nanostructures on a surface of a cold substrate at laser action on carbon materials in atmospheric airProc.SPIE 6732, 67320A (2007).

201. Kutrovskaya S.V., Kucherik A.O., Prokoshev V.G., Arakelian S.M. . Generation of nanostructures on a surface of a cold substrate at laser action on carbon materials in atmospheric airTechnical Digest ICONO/LAT 2007, Minsk, 28 June-1 July, 2007.

202. Антипов А.А., Кутровская С.В., Кучерик А.О., Прокошев В.Г., Аракелян С.М. Управляемый рост тонких пленок углерода в атмосфере воздуха.ХП Ежегодный Симпозиум «Нанофизика и наноэлектроника», Н.Новгород, 1014.03.2008г.

203. Puretzky A A et al. Phys. Rev. Lett. 83 444 (1999)

204. Luk'yanchuk В S et al. Proc. SPIE 4070 166 (2000)

205. Prokoshev V.G., Kutrovskaya S.V., Arakelian S.M., Gerke M.N., Kucherik A.O. Controlled generation of carbon nanostructures in a laser action. //Сборник трудов Российско-германского лазерного симпозиума^, г.Любек, Германия, 14-17.04.2008г.

206. Кононенко Т.В., Конов В.И., Лубнин Е.Н., Даусингер Ф. Импульсное лазерное напыление твердого углеродного покрытия при атмосферном давлении // Квантовая электроника. -2003. — Т.33. №3. - С.189-191.

207. Антонова Г.Ф., Гладуш Г.Г., Косырев Ф.К., Красюков А.Г., Лизанский В.В., Лобойко А.И., Саяпин В.П. Развитие многовихревого течения нержавеющей стали при лазерном воздействии на поверхность // Квантовая электроника. -1998. №5.- С.443-446.

208. Мирзаде Ф.Х. Волновая неустойчивость слоя расплавленного металла, образующегося при интенсивных лазерных воздействиях // ЖТФ. 2005. -Т.75.-В. 8.

209. Зайкин А.Е., Катулин В.А., Левин А.В., Петров А.Л. Гидродинамические процессы в ванне расплава при лазерно-дуговом воздействии // Квантовая электроника. 1991. - В.18.- №6. - С. 699-703.

210. Аратюнян Р.В., Баранов В.Ю., Болыпов Л.А., Долгов В.А., Малюта Д.Д., Межевов B.C., Семак В.В. Динамика выплеска расплава металлов при облучении одиночными импульсами СОг-лазера / Квантовая электроника. 15, №3 (1988) стр. 638-640.

211. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. М.: Физматлит. 2001.

212. Анищенко B.C., Астахов В.В., Вадивасова Т.Е., Нейман А.Б., Стрелкова Г.И., Шиманский-Гайер Л. Нелинейные эффекты в хаотических и стохастических системах. М.: Институт компьютерных исследований, 2003.

213. Зейтунян Р.Х. Проблема термокапиллярной неустойчивости Бенара-Марангони / УФН. -Т.168. -№3. 1998. - С.260-264.

214. Dimensions and entropies in chaotic systems / Ed. G. Mayer-Kress. Berlin, Heideiberg, Springer. 1986.

215. Mandelbrot B. The Fractal Geometiy of Nature. New-York: Freeman. 1977.

216. Geisel M., Otto A., Nonlinear Time Series Analysis for the Characterization of Laser Welding Processes // Proceedings of the International Conference on Laser Assisted Net Shape Engineering LANE'97. 1997. P. 521 526.

217. Берже П., Помо И., Видаль К. Порядок в хаосе. М.: Мир, 1991

218. Потапов А.А. Фракталы в радиофизике и радиолокации: топология выборки — М.: Университетская книга, 2005г.

219. Кадомцев Б.Б. Динамика и информация // УФН—1994.—Т. 164.—№5.— С.451-455.

220. Климонтович Ю.Л. Энтропия и информация открытых систем // УФН — Т. 169-№4. С. 445-447.

221. Афраймович B.C., Рейман A.M. // Размерность и энтропия в многомерных системах. В сб. «Динамический хаос» - С. 239-266.

222. Веденов А.А., Гладуш Г.Г. Физические процессы при лазерной обработке материалов. М.: Энергоатомиздат, 1985.

223. Лайтхилл Дж. Волны в жидкостях. М.: Мир 1981.

224. Гладуш Г.Г., Дробязко С.В., Лиханский В.В., Лобойко А.И., Сенаторов Ю.М. Термокапиллярная конвекция при лазерном нагреве поверхности. // Квантовая электроника-1998-№5.-С.439-442.

225. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н. Лазерная сварка металлов. М.; Высшая школа, 1988.

226. J.S.Foley, С.М. Banas. Laser Welding Stability Limits // Proc. of the 6th Intern. Congress "ICALEO-87". IFS Publ. Springer Verlag, P. 47-54.

227. Сейдгазов Р.Д. Микроскопическая гидродинамика при плавлении материалов лазерным излучением / Препинт НИЦТЛ РАН.- №35.- Шатура 1987.

228. V.LLedenev, F.Kh.Mirzoev, V.A.Nikolo. On some oscillations build-up mechanisms in thedeep keyhole during CW-CO2 laser welding // Proc. SPIE, 1994, Vol. 2257, P. 10-13.

229. Y.Arata, W.Abe, T.Oda. Beam hole behaviour during laer welding // Proc. ICALEO' 83, 1983,Vol. 38.

230. Bashenko V.V, Gorny S.G, Lopota V.A. Physical and technology mechanism of laser welding //Proc. LAMP'87,1987

231. Миткевич E.A, Лопота В.А, Горный С.Г. Автоматическая сварка. 1982. -№ 2. -С. 22-25.

232. Рабинович М.И, Трубецков Д.И. Введение в теорию колебаний и волн. М.: Наука, 1992

233. Неймарк Ю.И, Ланда П.С. Стохастические и хаотические колебания. — М.: Физматгиз, 1987.

234. Takens F. Detecting strange attractors in turbulence// Warwick 1980. Vol. 898 of Lecture Notes in Mathematics/Eds D.A. Rang, L.S. Young (Springer) Berlin 1981. P. 366.

235. Ланда П.С, Розенблюм М.Г. Об одном методе оценки размерности вложения аттрактора по результатам эксперимента// Журнал технической физики-1989 — Т.59.- №1.

236. Павлов А.Н, Янсон Н.Б. Применение методики реконструкции математической модели к электрокардиограмме// Прикладная нелинейная динамика. 1977.-Т.5.- № 1 .-С. 93-104

237. Донец М.В, Кучерик А.О, Прокошев В.Г, Аракелян С.М. Нелинейный анализ сигналов лазерного доплеровского анализатора микроциркуляции крови. // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника-2004 -№ 1/2.-С. 113-116.

238. Донец М.В, Кучерик А.О, Сорокин С.А, Прокошев В.Г, Аракелян С.М. Математическая модель формирования сигнала лазерного анализатора капиллярного кровотока. // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. -2004.-№3.- С. 51-54.

239. Анищенко B.C., Астахов В.ВН-Вадивасова Т.Е., Нейман А.Б., Стрелкова Г.И., Шиманский-Гайер Л. Нелинейные эффекты в хаотических и стохастических системах М.: Институт компьютерных исследований, 2003.

240. Данилов Ю.А. Лекции по нелинейной динамике. М.: Постмаркет, 2001.

241. Гукенхеймер Дж., Холмс Ф. Нелинейные колебания, динамические системы и бифуркации векторных полей М.: Институт компьютерных исследований, 2002.

242. Данилов Ю.А., Кадомцев Б.Б. Нелинейный волны. Самоорганизация — М. Наука, 1983г.

243. Шустер Г. Детерминированный хаос. Введение, М.: Мир, 1988.