Автоколебательная неустойчивость в газовых лазерах с поперечным протоком двухкомпонентной активной среды (1102300), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Однако в условиях данного расчета пучки в усилителе имелиразличную интенсивность, поэтому резонансные условия могли выполняться лишьприближенно. Характерный вид кривой g (x ) указывает на имеющее место рассогласование фаз ВКВ.Нарастание возмущений в многоходовой кювете усиливает обратную связьмежду генератором и кюветой, что должно способствовать развитию неустойчивости генерации. Используя результаты расчетов характеристик пролетных колебаний в НР (гл.3), можно получить соотношения, устанавливающие связь частот иинкрементов мод возмущений с амплитудой и фазой входного возмущения g ( xc ) .Для инкремента Γ находим19()Γ = Γ 0 + (1 / 2) ln 1 + ζ 2 + 2ζ cos δ .(31)Здесь ζ = g ( xc ) / ge ( xc ) - отношение амплитуд входного возмущения и возникающегов НР краевого возмущения − ge ( xc ) , δ - разность фаз указанных возмущений, Γ0 величина инкремента в автономно работающем генераторе с g ( xc ) = 0 при том жезначении стационарного входного усиления Gs ( xc ) .
В случае сфазированности обоих названных возмущений (δ = 0) имеем Γ = Γ0 + ln(1 + ζ ) . Для условий рис.10аΓ0 = −0.2 , то есть стационарная генерация в НР без усилителя является устойчивой.Отношение амплитуд возмущений ζ ≈ 1.5 , что дает значение инкремента Γ = 0.7 .На рис.10б показаны результаты численного расчета величин Ω и Γ в зависимости от длины h2 промежуточной зоны между генератором и усилительной кюветой.
Видно, что размер h2 , определяющий фазу возмущений на входе в генератор, существенно влияет на частоту и инкремент автоколебаний. При h2 = D , чтосоответствует рис.10а, расчет дает значение инкремента Γ = 0.75 , которое согласуется с приведенной выше теоретической оценкой. Изменяя протяженность промежуточной зоны, можно переходить из области раскачки автоколебаний Γ > 0 в область устойчивой стационарной генерации Γ < 0 .Рис. 10. Данные полного расчета системы генератор-усилитель.(а) - распределение амплитуды возмущения g ( x ) активной среды (1) и профили стационарного поля Ws ( x ) в усилителе (2) и генераторе (3).(б) – зависимости инкремента (1) и частоты (2) возмущений от длины промежуточной зоныЗначительный интерес представляет исследование насыщенных режимов автомодулированной генерации, которые возникают в результате развития неустойчивости. Проведенное нами прямое численное моделирование системы генераторусилитель с периодической структурой поля показывает возможность полученияразличных видов импульсно-периодической генерации.
Подобные режимы наблюдаются также в системе, в которой в качестве генератора используется устойчивыйрезонатор.20В Приложении 1 рассмотрен предельный случай бесконечно быстрого обмена. Выводятся уравнения для коэффициента усиления эквивалентной однокомпонентной среды и мод возмущений. Приведены соотношения для эффективных параметров такой среды, а также для предельных величин стационарного потокаэнергии и потока возмущений между компонентами смеси.В Приложении 2 более подробно изложен метод расчета мод возмущенийсмеси для пролетных автоколебаний. Приводятся общие выражения для элементовматрицы, описывающей распространение возмущений в резонаторе с неоднородным полем с учетом перемешивания мод. Дан вывод ряда соотношений, используемых в расчетах характеристик возмущений.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ1.
Разработаны теоретические модели релаксационной и пролетной автоколебательной неустойчивости в проточном лазере с двухкомпонентной активнойсредой, позволяющие рассчитывать частоты и инкременты автоколебаний и определять их пороги самовозбуждения по характеристикам стационарной генерации.2. Показано, что процессы обмена возмущениями между компонентами активной среды вызывают эффективное подавление релаксационных колебаний. Последние могут возбуждаться только при очень быстром обмене ( γ ik >> Ω 0 , где Ω 0 релаксационная частота), что в типичных условиях CO2 : N 2 лазера соответствуетдавлениям смеси выше 100 Тор.
Механизм подавления связан с дополнительнымсдвигом фаз между колебаниями поля и усиления, возникающим в приосевой области резонатора вследствие передачи колебательного возмущения от активнойкомпоненты к неактивной.3. Найдено, что при высоких скоростях обмена (γ 23 ≥ Ω 0 ) частота релаксационных колебаний Ω R зависит от состава смеси согласно соотношению Ω R = Ω 0 ξ 2 ,где ξ 2 - молярная доля активной компоненты в смеси.4.
Дано количественное объяснение механизма пролетных автоколебаний внеустойчивом резонаторе проточного лазера с двухкомпонентной активной средой.Показано, что неустойчивость возникает за счет возбуждения на входе потока в резонатор волны краевого возмущения с синфазными колебаниями населенностейкомпонент, которая обладает малым затуханием и достигает оптической оси резонатора.5. Обнаружено явление резонансного усиления автоколебательных возмущений при движении активной среды через периодическую структуру поля в лазерной системе генератор – многопучковая усилительная кювета. Дано теоретическоеобъяснение данного явления как результата интерференции сфазированных волнвозмущений, возникающих на краях пучков. Показана возможность переключениярежимов генерации при изменении параметров системы.21СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ1.
Ануфриева А.А., Кузьминский Л.С., Одинцов А.И., Федосеев А.И. Автоколебания мощности генерации быстропроточного лазера в неустойчивом резонатореи в системе неустойчивый резонатор - многоходовая усилительная кювета.//Препринт физического факультета МГУ №13/2006, М., ООП физического факультета МГУ, 2006, 50 с.2. Ануфриева А.А., Кузьминский Л.С., Федосеев А.И. Автомодуляционныережимы генерации в быстропроточном СО2 лазере.
//Вестник Московского университета. Сер.3 - физика, астрономия, 2007, т.48, №2, с.66-68.3. Кузьминский Л.С., Лужинская Ю.В., Одинцов А.И., Федосеев А.И. Автоколебательная неустойчивость в лазерах с движущейся двухкомпонентной активной средой. //В сб. тезисов докладов научной конференции «Ломоносовские чтения», М., МГУ, 2008, с.27-30.4. Кузьминский Л.С., Лужинская Ю.В., Одинцов А.И., Федосеев А.И..
Механизм подавления релаксационных колебаний в быстропроточном лазере на смесигазов. //Вестник Московского университета, Сер.3 - физика, астрономия, 2008, №6,c.15-19.5. Kouzminsky L.S., Odintsov A.I. and Fedoseev A.I. Self-pulsing instabilities infast-flow gas lasers. //XVII Int. Symp. on Gas Flow and Chemical lasers & High Powerlasers 2008, Book of extended abstracts, p.AP-5.6. Кузьминский Л.С., Одинцов А.И., Саркаров Н.Э., Федосеев А.И. Особенности возбуждения пролетных автоколебаний в двухкомпонентной активной средебыстропроточного газового лазера.
//Вестник Московского университета, Сер.3 физика, астрономия, 2009, №2, с.44-48.7. Кузьминский Л.С., Одинцов А.И., Саркаров Н.Э., Федосеев А.И. Автоколебательная неустойчивость в лазерных системах с движением активной среды впространственно-периодическом поле. //Оптический журнал 2009, т.76, №6, с.2430.22.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
