Процессы генерации в движущихся лазерно-активных средах и возможности управления динамическими режимами работы лазеров (1097847)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Московский государственный университетим.М.В.ЛомоносоваФизический факультетНа правах рукописиФедосеев Анатолий ИвановичПроцессы генерации в движущихся лазерно-активных средах и возможности управления динамическими режимами работы лазеровСпециальность 01.04.05 – оптикаАвтореферат диссертации на соискание ученой степенидоктора физико-математических наукМосква – 20072Работа выполнена на физическом факультете Московского государственного университета им.

М.В.ЛомоносоваОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наукпрофессор В.А.Алешкевичдоктор физико-математических наукпрофессор А.С.Бирюковдоктор физико-математических наукпрофессор А.Ф.ГловаВедущая организацияИнститут проблем лазерных иинформационных технологий РАНЗащита состоится 14 июня 2007 г. в 16 часов на заседании Дисссертационного советаД 501.001.67 в Московском государственном университете им. М.В.Ломоносова поадресу: 119992, г.Москва, ГСП-2, Ленинские горы, д.1, стр.2, физический факультет,ауд.

им.Р.В.ХохловаС диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУим.М.В.Ломоносова по адресу: 119992, г.Москва, ГСП-2, Ленинские горы, д.1, стр.2,физический факультетАвтореферат разослан ________________________________2007 г.Ученый секретарьДиссертационного совета Д 501.001.67кандидат физико-математических наукдоцентА.Ф.Королев3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы. Физическая проблема взаимодействия мощного излучения с потоком активной среды в резонаторе лазера относится к числу важных проблемнелинейной оптики движущихся сред. Актуальность этой проблемы определяется потребностями дальнейшей разработки физических основ проточных газовых лазеров,которые находят широкое применение в науке и технике. Электроразрядные лазеры намолекулярных газах (СО2, СО), характеризующиеся высокой энергетической эффективностью, составляют в настоящее время основной арсенал “технологических лазеров”, используемых в современном промышленном производстве.

ГазодинамическиеСО2 лазеры со сверхзвуковым потоком рабочей смеси, способные давать рекордно высокие мощности непрерывной генерации, также находят ряд важных специальныхприменений.В то же время лазеры с движущейся активной средой сами по себе являютсяинтересным объектом физических исследований. Генерация излучения здесь имеетряд принципиальных особенностей. Одна из них состоит в том, что в механизме образования инверсии в оптическом резонаторе существенную, а иногда и главную рольиграют процессы вноса и выноса возбужденных молекул. Эти процессы во многомопределяют вид пространственного распределения коэффициента усиления внутрирезонатора и особенности насыщения усиления.В отличие от лазеров с неподвижной средой, воздействие на движущуюся среду стационарного поля в резонаторе в режиме непрерывной генерации всегда являетсянестационарным.

Взаимодействие поля с движущейся активной средой носит существенно нелокальный характер, при этом движение среды создает связь между различными пространственными зонами резонатора. Такие особенности взаимодействия поля с движущейся активной средой при некоторых условиях могут приводить к неустойчивости стационарной генерации. По своим динамическим свойствам проточныелазеры принадлежат к классу распределенных пространственно-неоднородных нелинейных динамических систем с движущейся средой. Этот класс систем, остающийсядо настоящего времени относительно мало изученным, характеризуется весьма сложным динамическим поведением. Исследование механизмов неустойчивости в такихлазерах и динамических режимов их работы, включая хаотическую генерацию, представляет несомненный интерес для общей теории нелинейных динамических систем.4Естественно, что эффекты движения среды становятся значительными только влазерах с достаточно быстрым потоком, когда время пролета молекул через резонаторτ f сравнимо или меньше характерных времен релаксации среды.

В этих условиях кинетические процессы, протекающие с характерными временами, превосходящими τ f ,могут считаться «замороженными». Это обстоятельство позволяет получать стационарную генерацию в быстрораспадающихся активных средах, например в переохлажденном ниже равновесной температуры конденсации углекислом газе. Исследованиесвойств генерации в таких средах может дать важную информацию о кинетическихпроцессах в колебательно-возбужденных газах в области низких температур. С другойстороны, реализация в движущейся активной среде короткоживущих сильно неравновесных состояний создает принципиальную возможность достижения инверсии на новых лазерных переходах. В газодинамическом СО2 лазере таким путем удается получить генерацию в длинноволновой области ИК спектра, которая представляет интересдля целого ряда практических применений, например в фотохимии, включая разделение изотопов, для зондирования атмосферы, исследований полупроводниковых материалов.Эффективность применения мощных быстропроточных лазеров (БПЛ) в области новых технологий нередко ограничивается недостаточной пространственной ивременной стабильностью их излучения, обусловленной флуктуациями показателяпреломления в турбулентном потоке, колебаниями плазмы газового разряда и другимифакторами.

Наряду с этим существует и другая причина нестабильности, связанная сдинамической неустойчивостью стационарной генерации в движущихся средах и возбуждением автоколебаний. Вместе с тем, для многих технологических операций оптимальными являются импульсно-периодические режимы генерации различных видов, причем в ряде случаев желательно иметь возможность изменять режим генерациилазера в процессе выполнения одной операции. Применение с этой целью импульснопериодических источников питания для возбуждения активной среды, как и использование оптических модуляторов, в лазерах большой мощности встречает серьезныетрудности.

По этой причине наряду с задачей стабилизации стационарной генерации,исследования физических механизмов развития динамической неустойчивости представляет интерес для разработки на их основе новых способов получения автомодулированной генерации и управления временными характеристиками излучения БПЛ.5Целями диссертационной работы являлись:1. Выяснение на основе теоретических расчетов и экспериментальных исследований с СО2 лазером физических особенностей генерации в движущихся лазерноактивных средах, включая процессы энергосъема и взаимодействия с резонансным излучением.2. Выяснение физических механизмов и типов автоколебательной неустойчивости, возникающей в движущихся средах, а также характеристик автомодулированнойгенерации.3.

Разработка на основе проведенных исследований физических основ методовуправления динамическими режимами генерации проточных лазеров.Для достижения этих целей были поставлены следующие задачи:1. Создать экспериментальный образец газодинамического СО2 лазера с большой длиной усиления, который позволял бы исследовать спектральные и энергетические характеристики лазерных сред в широком диапазоне изменения их параметров,включая переходы с малыми коэффициентами усиления.2.

Разработать экспериментальные методы комплексной диагностики сверхзвукового потока активной среды СО2 ГДЛ, которые позволили бы определить все её основные параметры (скорость, плотность, колебательную и газовую температуры, населенности уровней, коэффициенты усиления переходов и др.).3. Разработать и экспериментально реализовать способ получения активнойсреды с экстремально высокой степенью колебательной неравновесности связанныхмод СО2 и глубоким охлаждением газа.

Исследовать генерационные свойства лазерных переходов, а также особенности резонансного поглощения излучения в такой среде.4. Разработать теоретические подходы к изучению автоколебательной неустойчивости в БПЛ на основе анализа свойств мод автоколебательных возмущений. Исследовать механизмы возбуждения автоколебаний в различных оптических системахБПЛ.5. Исследовать особенности трансформации автоколебательных возмущенийпри переходе в нелинейную стадию и характеристики насыщенных установившихсяавтоколебательных режимов генерации.Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в том, чтов ней впервые:61.

Разработан и реализован способ создания активной среды СО2 ГДЛ с экстремально высокой степенью колебательной неравновесности, который позволяет получать генерацию на целом ряде длинноволновых переходов. Экспериментально исследованы характеристики одновременной генерации на переходах с λ=10,6 мкм и 18,4мкм. Показано, что при поглощении резонансного излучения в системе уровней связанных мод СО2 существует механизм нестационарного кинетического охлаждениягаза, обусловленный ангармонизмом уровней.3. Показано, что в БПЛ имеется несколько различающихся физических механизмов автоколебательной неустойчивости, которым соответствуют разные по своимсвойствам моды возмущений, и дана их классификация.

Установлено, что моды различных типов могут взаимодействовать между собой, в результате чего происходятизменения частот и инкрементов, а также искажения их пространственных структур.4. Предложена простая аналитическая модель, позволяющая рассчитать частоты, инкременты, пространственную структуру мод возмущений, а также эффектывзаимодействия мод различных типов по характеристикам стационарной генерации.5. Исследованы характеристики режимов автомодулированной хаотической генерации в БПЛ. Установлены особенности сценария развития хаоса. Показано, чтопри изменении управляющего параметра происходит перестройка хаотического аттрактора, сопровождающаяся изменением его размерности.6.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации