Том 22, номер 08, статья № 1

Аннотация:

Представлена физическая модель фазового взрыва оптически прозрачной водной капли в поле интенсивного лазерного излучения фемтосекундной длительности. Теоретически исследована теплофизическая стадия взрыва, связанная с оптическим пробоем жидкости во внутренних областях микронной частицы. Приведены результаты численных расчетов динамики плазмообразования в капле при различной интенсивности облучения, а также выполнены оценки положения и эффективного размера областей пробоя внутри частицы.

Ключевые слова:

фазовый взрыв, оптический пробой, микрочастица, фемтосекундное излучение

Список литературы:

1. Courvoisier F., Boutou V., Favre C., Hill S.C., Wolf J.-P. Plasma formation dynamics within a water microdroplet on femtosecond time scales // Opt. Lett. 2003. V. 28. N 3. P. 206-208.
2. Lindinger A., Hagen J., Socaciu L.D., Bern-hardt T.M., Woste L., Duft D., Leisner T. Time-resolved explosion dynamics of H2O droplets indiced by femtosecond laser pulses // Appl. Opt. 2004. V. 43. N 27. P. 5263-5269.
3. Zuev V.E., Zemlyanov A.A., Kopytin Yu.D., Kuzikovskii A.V. High-power laser radiation in atmospheric aerosols. Holland, Dordrecht: D. Reidel Publ. Corp., 1984. 291 p.
4. Зуев В.Е., Землянов А.А., Копытин Ю.Д. Нелинейная оптика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 256 с.
5. Гейнц Ю.Э., Землянов А.А., Зуев В.Е., Кабанов А.М., Погодаев В.А. Нелинейная оптика атмосферного аэрозоля. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999. 260 с.
6. Кузиковский А.В. Динамика сферической частицы в мощном оптическом поле // Изв. вузов. Физ. 1970. № 5. С. 89-94.
7. Кузиковский А.В., Погодаев В.А., Хмелевцов С.С. Испарение водной капли под действием светового импульса // Инж.- физ. ж. 1971. Т. 20. № 1. С. 21-25.
8. Погодаев В.А., Букатый В.И., Хмелевцов С.С., Чистякова Л.К. Динамика взрывного испарения водных капель под действием оптического излучения // Квант. электрон. 1971. № 4. С. 128-130.
9. Баринов В.В., Сорокин С.А. Взрывы водных капель под действием оптического излучения // Квант. электрон. 1973. № 2. С. 5-11.
10. Kafalas P., Ferdinand A.P. Fog droplet vaporization and fragmentation by 10,6 m laser pulse // Appl. Opt. 1973. V. 12. N 1. P. 29-33.
11. Kafalas P., Herrman I. Dynamics and energetics of the explosive vaporization of fog droplet by 10,6 m laser pulse // Appl. Opt. 1973. V. 12. N 4. P. 772-775.
12. Колосов М.А., Рудаш В.К., Соколов А.В., Стрел-ков Г.М. Экспериментальное изучение воздействия интенсивного ИК-излучения на крупные капли воды // Радиотехн. и электрон. 1974. Т. 19. № 1. С. 45-49.
13. Коровин В.Я., Иванов Е.В. Экспериментальное ис-следование воздействия излучения СО2-лазера на кап-ли воды // III Всесоюзн. симпоз. по распростране-нию лазерного излучения в атмосфере: Тезисы докл. Томск: ИОА СО АН СССР, 1975. С. 93-94.
14. Бункин Ф.В. Новая область лазерной физики - опто-термодинамика // Письма в ЖЭТФ. 1974. Т. 19. Вып. 5. С. 302-305.
15. Мартынюк М.М. Фазовый взрыв метастабильной жидкости // Физ. горения и взрыва. 1977. Т. 13. № 2. С. 213-229.
16. Землянов А.А., Кузиковский А.В., Погодаев В.А., Чистякова Л.К. Микрочастица в интенсивном оптическом поле // Проблемы оптики атмосферы. Новосибирск: Наука, 1982. С. 3-28.
17. Lorazo P., Lewis L.J., Meunier M. Short-pulse laser ablation of solids: From phase explosion to fragmentation // Phys. Rev. Lett. 2003. V. 91. N 22. P. 225502-1 -225502-4.
18. Perez D., Lewis L.J. Thermodynamic evolution of materials during laser ablation under pico and femtosecond pulses // Appl. Phys. A. 2004. V. 79. N 4-6. P. 987-990.
19. Carls J.C., Brock J.R. Explosion of a water droplet by pulsed laser heating // Aerosol Sci. and Technol. 1987. V. 7. N 1. P. 79-90.
20. Caressa J.P., Autric M., Dufresne D., Vigliano P., Bournot Ph. Pulsed CO2 laser-induced effects on water droplets // AIAA J. 1988. V. 26. N 1. P. 65-71.
21. Гейнц Ю.Э., Землянов А.А. Взрывное вскипание крупных водных капель под действием интенсивного лазерного излучения // Оптика атмосф. и океана. 1993. Т. 6. № 11. С. 1426-1434.
22. Лоскутов В.С., Стрелков Г.М. О взрывном испаре-нии водяной капли под воздействием лазерных импульсов на = 1,06 и 2,36 мкм // Оптика и спектро-скопия. 1982. Т. 53. Вып. 5. С. 888-892.
23. Zeng Y., Lee C. F. Modeling droplet breakup processes under micro-explosion conditions // Proc. Combustion Inst. 2007. V. 31. N 2. P. 2185-2193.
24. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987. 592 с.
25. Sacchi C.A. Laser-induced electric breakdown in wa-ter// J. Opt. Soc. Amer. B. 1991. V. 8. Iss. 2. P. 337-345.
26. Vogel A., Noack J., Huttman G., Paltauf G. Mecha-nisms of femtosecond laser nanosurgery of cells and tis-sues // Appl. Phys. B. 2005. V. 81. N 8. P. 1015-1047.
27. Vogel A., Noack J., Nahen K., Theisen D., Bush S., Parlitz U., Hammer D.X., Noodjin G.D., Rock-well B.A., Birngruber R. Energy balance of optical breakdown in water at nanosecond to femtosecond time scales // Appl. Phys. B. 1999. V. 68. N 2. P. 271-280.
28. Sun Q., Jiang H., Liu Y., Wu Z., Yang H., Gong Q. Measurement of the collision time of dense electronic plasma induced by a femtosecond laser in fused silica // Opt. Lett. 2005. V. 30. Iss. 3. P. 320-322.
29. Землянов А.А., Гейнц Ю.Э. Пороги оптического про-боя прозрачной микрочастицы в нано-, пико- и фемтосекундном диапазонах длительностей лазерных импульсов // Оптика атмосф. и океана. 2004. Т. 17. № 4. С. 306-311.
30. Fan C.H., Sun J., Longtin J.P. Breakdown threshold and localized electron density in water induced by ul-trashort laser pulses // J. Appl. Phys. 2002. V. 91. N 4. P. 2530-2536.
31. Rethfeld B. Unified model for the free-electron ava-lanche in laser-irradiated dielectrics // Phys. Rev. Lett. 2004. V. 92. P. 187401-1-4.
32. Келдыш Л.В. Ионизация в поле сильной электромаг-нитной волны // Ж. эксперим. и теор. физ. 1964. Т. 47. С. 1945-1956.
33. Van der Hart H.W., Burnett K. Recollision model for double ionization of atoms in strong laser fields // Phys. Rev. A. 2000. V. 62. P. 013407-1-10.
34. Liu W., Luo Q., Chin S.L. Competition between mul-tiphoton/tunnel ionization and filamentation induced by powerful femtosecond laser pulses in air // Chin. Opt. Lett. 2003. V. 1. N 1. P. 56-59.
35. Пришивалко А.П. Оптические и тепловые поля внут-ри светорассеивающих частиц. Минск: Наука и техни-ка, 1983. 190 с.
36. Землянов А.А., Гейнц Ю.Э. Внутренняя и внешняя фокусировка оптического поля фемтосекундного им-пульса при дифракции на сферической частице // Оптика атмосф. и океана. 2003. Т. 16. № 10. С. 898-902.
37. Shifrin K.S., Zolotov I.G. Nonstationary scattering of electromagnetic pulses by spherical particles // Appl. Opt. 1995. V. 34. N 3. P. 552-558.