Автоколебательная неустойчивость в газовых лазерах с поперечным протоком двухкомпонентной активной среды (1102300)
Текст из файла
На правах рукописиКузьминский Леонард СергеевичАВТОКОЛЕБАТЕЛЬНАЯ НЕУСТОЙЧИВОСТЬВ ГАЗОВЫХ ЛАЗЕРАХ С ПОПЕРЕЧНЫМ ПРОТОКОМДВУХКОМПОНЕНТНОЙ АКТИВНОЙ СРЕДЫСпециальности: 01.04.05 - оптика, 01.04.03 - радиофизикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква - 2009Работа выполнена на кафедре оптики и спектроскопии физического факультета Московскогогосударственного университета имени М.В.
ЛомоносоваНаучные руководители:доктор физико-математических наук,доцентОдинцов Анатолий Ивановичдоктор физико-математических наук,профессорФедосеев Анатолий ИвановичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессорМакаров Владимир Анатольевичдоктор физико-математических наук,старший научный сотрудникКузьмин Виктор НиколаевичВедущая организация:Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАНЗащита состоится 18 июня 2009 г. в _______ часов на заседании совета по защите докторских икандидатских диссертаций Д 501.001.67 при Московском государственном университете имениМ.В. Ломоносова по адресу: 119992, г.Москва, ГСП-2, Ленинские горы, д.1, стр.2, физическийфакультет, ауд.
им. Р.В. Хохлова.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ им.М.В.Ломоносова по адресу: 119992, г.Москва, ГСП-2, Ленинские горы, д.1, стр.2, физическийфакультет.Автореферат разослан “__________” мая 2009 годаУченый секретарь совета по защитедокторских и кандидатских диссертацийД 501.001.67 при МГУ имени М.В. Ломоносовакандидат физико-математических наукдоцентА.Ф.Королев2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работыНелинейно-динамические явления в лазерах, такие как автоколебательнаянеустойчивость стационарной генерации, возникновение автопульсаций излученияи различных видов импульсно-периодической и хаотической генерации представляют большой научный интерес для общей проблемы распределенных нелинейнодинамических систем.
Практическая актуальность исследования указанных явлений заключается, с одной стороны, в том, что они при определенных условиях могут сильно влиять на работу лазера, а, с другой стороны, в принципиальной возможности использовать эти явления для создания на их основе новых эффективныхметодов управления динамическими режимами работы лазеров.В лазерах с движущейся активной средой, к которым относятся используемые в промышленности “технологические” лазеры на молекулярных газах(CO2 , CO ) , существуют специфические механизмы неустойчивости, обусловленныенелокальным характером взаимодействия излучения со средой и возникновением впотоке среды инерционной обратной связи между различными пространственнымизонами резонаторной системы.
Физическая картина динамической неустойчивостив таких лазерах усложняется наличием в них разных типов автоколебаний, которыемогут взаимодействовать между собой.В настоящее время механизмы возбуждения различных автоколебаний достаточно полно изучены только для простой модели проточного лазера с неустойчивым резонатором и однокомпонентной активной средой. Между тем во всех существующих типах технологических лазеров в качестве активной среды используютсясмеси газов, компоненты которых обмениваются энергией друг с другом. Имеющиеся в литературе публикации по динамике генерации быстропроточных CO2 − N 2лазеров не выявляют в достаточной степени качественных особенностей механизмов неустойчивости в смесях и роли в них обменных процессов для различных видов автоколебаний.
Поэтому задача исследования явлений автоколебательной неустойчивости в быстропроточных лазерах (БПЛ) на смесях газов остается актуальной.Цель работыЦелью работы являлось выяснение особенностей физических механизмовнеустойчивости для различных видов автоколебаний в БПЛ на смесях газов, качественно моделирующих активную среду CO2 − N 2 лазеров, и анализ роли в них обменных процессов.В работе были поставлены следующие основные задачи:- разработка аналитических и численных расчетных моделей для исследования механизмов автоколебательной неустойчивости в движущихся двухкомпонентных лазерно-активных средах;3- численное моделирование развития релаксационных и пролетных автоколебаний в БПЛ с неустойчивым резонатором в широком диапазоне изменения скоростей обмена энергией между компонентами смеси при различных параметрах системы;- анализ особенностей механизмов автоколебательной неустойчивости генерации в движущихся смесях и выяснение роли обменных процессов в механизмахнеустойчивости;- исследование влияния квазипериодической пространственной структурылазерного поля на возникновение автоколебаний в системе генератор-усилитель сдвижущейся средой.Научная новизна результатовУстановлен механизм влияния обменных процессов в двухкомпонентной активной среде на автоколебательную неустойчивость и изучены его закономерности.
Построены аналитические модели явлений автоколебательной неустойчивостирелаксационного и пролетного типов в двухкомпонентных движущихся активныхсредах. Обнаружен и исследован эффект резонансного усиления автоколебательных возмущений при движении активной среды через пространственнопериодическое поле в лазерной системе генератор-усилитель.Практическая значимостьРезультаты диссертации могут быть использованы в разработках проточныхлазеров на смесях газов для целей повышения временной стабильности излученияи создания новых перспективных способов управления режимами генерации.Защищаемые положения1. Аналитические модели автоколебательной неустойчивости пролетного ирелаксационного типов в проточных лазерах с двухкомпонентной активной средойи соотношения, позволяющие определять пороги возбуждения автоколебаний, ихчастоты и инкременты по характеристикам стационарной генерации.2.
Установление важной роли процессов обмена возмущениями между компонентами активной среды в механизмах релаксационной и пролетной неустойчивостей.3. Специфический механизм подавления релаксационных колебаний в неустойчивом резонаторе в смесях с неполным обменом, который связан с передачейколебательного возмущения от лазерно-активной компоненты к неактивной и возникающим в результате этого дополнительным сдвигом фаз между колебаниямиполя и усиления на оптической оси резонатора.4.
Механизм пролетных автоколебаний в проточном лазере с неустойчивымрезонатором связан с возбуждением на краю апертуры резонатора волны возмущений смеси с синфазными колебаниями населенностей компонент.5. Обнаруженный эффект резонансного усиления автоколебательных возмущений при движении активной среды через периодическую структуру поля в лазерной системе генератор-усилитель и его теоретическая интерпретация.4Достоверность результатов обеспечивается тщательной проработкой методик вычислений, многократным проведением расчетов в широком диапазоне параметров систем, согласием результатов аналитических и численных расчетов, а также сопоставлением с имеющимися в литературе данными других работ.Апробация работыРезультаты работы были представлены на следующих конференциях: Научная конференция “Ломоносовские чтения” (Москва, апрель 2008г.); Международная конференция “XVII International Symposium on Gas Flow and Chemical Lasers &High Power Lasers” (Лиссабон, Португалия, сентябрь 2008г.).ПубликацииПо теме диссертации опубликовано 7 научных работ, в том числе 4 статьи вжурналах, рекомендованных ВАК, 2 тезисов докладов на конференциях.Структура и объем диссертацииДиссертация состоит из введения, литературного обзора, трех содержательных глав, заключения, двух приложений, списка литературы из 103 наименований.Работа изложена на 132 страницах машинописного текста, включая 35 рисунков играфиков.Личный вкладВсе изложенные в диссертации результаты получены автором лично или приопределяющем вкладе с его стороны.СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИВо введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачиработы, новизна полученных результатов и их практическая значимость.Глава 1 В первой главе диссертации представлен литературный обзор, посвященный исследованиям автоколебательной неустойчивости излучения в проточных газовых лазерах.
Рассмотрены теоретические модели возникновения неустойчивости генерации в движущихся активных средах лазеров. Обсуждаются физические механизмы возникновения различных типов автоколебаний в БПЛ с однокомпонентной активной средой. Приведены основные характеристики автоколебательных режимов генерации и условий их возбуждения в различных резонаторных системах. Дан обзор экспериментальных работ по исследованию автоколебаний в проточных молекулярных лазерах.Глава 2 Во второй главе исследуется механизм релаксационных колебаний внеустойчивом резонаторе (НР) с поперечным протоком двухкомпонентной активной среды, качественно моделирующей рабочую смесь CO2 − N 2 лазера.
Анализируется роль обменных процессов в механизме релаксационной неустойчивости.В п.2.1 дано описание физической модели лазера с поперечным протоком активной среды через НР и приводятся основные уравнения. В расчетах использовалась одномерная геометрооптическая модель НР с цилиндрическими зеркалами.5Полагалось, что все величины зависят от координаты x вдоль потока (рис.1). Значение x = 0 соответствует оптической оси резонатора.
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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
