lazernaya_tekhnika_uchebnik (863459), страница 26
Текст из файла (страница 26)
4.37.Пробой газов изучается в камере 11, куда фокусируется излучениеимпульсного лазера на красителе родамин 6G, образованного зеркаломс частичным пропусканием 8, кюветой с красителем 7 и дифракционной решеткой 6. Дифракционная решетка выполняет роль диспергирующего элемента, сужающего полосу излучения лазера и осуществляющего перестройку длины волны излучения в пределах 700–850 нмза счет изменения наклона относительно оптической оси. Накачка лазера на красителе производилась рубиновым лазером, работающим врежиме модуляции добротности, осуществляемой ячейкой Поккельса.Спектрограф 9 позволяет контролировать значение длины волны генерируемого излучения, а фотодиод 10 определяет мощность в каждомимпульсе, достигающую значения 20 МВт при длительности импульсаоколо 25·10‒9с.
В результате пробоя газа создавалась и исследоваласьплазма с концентрацией электронов порядка 1020 см‒3.103187421195Рис. 4.37. Схема установки для исследования пороговых характеристикпробоя газов:1 – поляризатор; 2 – ячейка Поккельса; 3 – рубиновый лазер; 4 – фотоприемник;5 – индикаторное устройство; 6 – дифракционная решетка; 7 – лазер на красителе;8 – селективное зеркало; 9 – спектрограф; 10 – фотодиод; 11 – исследовательская камера136Одним из наиболее перспективных направлений использования лазеров является создание высокотемпературной плазмы в твердых мишенях и инициирование управляемой термоядерной реакции. В этомслучае необходимо генерировать лазерные импульсы, способные создать плотность мощности на мишени порядка более 1016 Вт/см2.
Приэтом напряженность электрического поля световой волны становитсясоизмеримой с внутриатомными полями. Температура в области взаимодействия достигает несколько десятков миллионов градусов Кельвина, что достаточно для возникновения термоядерной реакции. Навозможность лазерного инициирования термоядерной реакции былоуказано еще в начале 1960-х гг. Тогда же была достигнута температураплазмы около миллиона градусов при пробое газовой среды. В конце1960-х гг. удалось добиться ионизации твердой мишени из дейтеридалития LiD и генерации нейтронов с помощью лазерного излучения.
Впроцессе бомбардировки твердых мишеней мощный лазерный импульсвыполняет одновременно две задачи.Во-первых, твердая мишень в виде шарика, заполненного дейтерием, подвергается воздействию соШвсех сторон, как это видно из рис.4.38, и сжимается под действиемсветового давления.Во-вторых, мощное электриВОческое поле световой волны иониКВзирует вещество и создает плазмус температурой в миллионы граМУдусов.Для реализации схемы термоВОВОядерного реактора, управляемоголазерным излучением, необходимо использовать лазер с энергиейв импульсе порядка 105 –106 Дж срасходимостью пучка, близкой кШдифракционной.
Импульсы такойРис. 4.38. Схема сферическиэнергии не могут быть полученысимметричного облучениятермоядерной мишени:от одноканального лазера, ввидуШ – поворотные зеркала; ВО – входныеразрушения активного элементаокна; МУ – мишень; KB – камеравзаимодействияпри таких плотностях потока. По137этому в исследованиях термоядерного синтеза применяются многоканальные усилительные схемы, такие например, как представленнаяна рис. 4.39.Каждый канал этой установки генерирует импульс на выходе,близкий по мощности к порогу разрушения выходного элемента. Такаясхема позволяет создать установки, генерирующие импульсы общейэнергией, превышающей мегаджоули и длительностью импульсов около 1 нс. Импульсы такой мощности позволяют проводить исследованияявлений вынужденного рассеяния света на плазменных колебаниях, параметрическое взаимодействие плазменных волн и другие нелинейныеэффекты в плазме в присутствии сильных световых полей.
На установке может быть получено импульсное давление до 1017 Па, которое возможно лишь в центре звезд.В настоящее время проводятся интенсивные исследования физических процессов в области проблем термоядерного синтеза с использованием базовой установки «Мишень», которая включает в себядвухлучевой лазер на неодимовом стекле, камеру взаимодействия идиагностический комплекс. Энергия лазерного излучения составляет100 Дж в основном пучке диаметром 10 см на длине волны 1,054 мкм идлительностью 2,5 нс и 15 Дж в диагностическом пучке с длиной волныизлучения 0,53 мкм и длительностью импульса 0,3 нс.В других областях применения различных типов лазеров и лазерных установок следует учитывать следующие моменты.
При использовании в научных исследованиях полупроводниковых лазеров надо учи-Рис. 4.39. Схема лазерной установки для изучения управляемойтермоядерной реакции138тывать возможности лазеров с электронно-лучевой накачкой, генерирующих практически на любой частоте видимого диапазона импульсыбольшой мощности. В этих лазерах электронный пучок может сканировать на поверхности полупроводника, вызывая генерацию излучениязаданной конфигурации. При соответствующей модуляции и растровойразвертке луча накачки можно воспроизводить изображения на экранеплощадью до 100 м2. При этом такое проекционное или телевизионноеустройство обладает в десятки раз большей светоотдачей, чем применяемые до настоящего времени.
Так, телевизор на полупроводниковыхлазерах, кроме более яркой световой гаммы, будет потреблять энергию не более 1 кВт для создания мощности свечения на экране 1 Вт,в то время как современные телевизоры для этого должны потреблять10 кВт. Такие возможности очень эффективны в рекламной отраслии при использовании демонстрационных табло в спортивных комплексах или при массовых мероприятиях. Перспективно использование полупроводниковых лазеров в вычислительной технике, где ихбыстродействие (10‒10 с) позволяет создать вычислительные машинынового поколения.Перечисленные в данной главе примеры не являются исчерпывающими, охватывающими все области применения лазеров в научныхисследованиях, а отражают лишь те области, где лазерная техника позволяет решать задачи, неразрешимые другими способами.139СПИСОК ПРИНЯТЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙЕ – освещенностьF – сила воздействияG – усиление антенны системы связиН – экспозицияI – сила света; лучистый поток; сила токаJ – момент инерцииL – длина резонатора; лучистость потокаМ – плотность мощностиN –населенность уровняΔN – инверсия населенностейР – мощность лазера; давление окружающей средыQ – световая энергияRЭ – конфокальный параметр резонатораSλ – спектральная чувствительность приемникаdS – единица площадиТ – температура; период импульсаΔТ – разность температурV – скорость движения; спектральный коэффициент относительной видности глазаb – длина кристалла модуляторас – скорость света; удельная теплоемкостьd – постоянная дифракционной решетки; расстояние от плоскости перетяжки вдольоси пучкае – влажность атмосферыf – фокусное расстояниеg – обощенные параметры резонатораh – постоянная Планкаkmn – коэффициент модового составаm – масса; отношение сигнал/шум; порядок интерференции; модовый коэффициентn – показатель преломления среды; модовый коэффициентq – количество электричества; модовый коэффициентr – радиус–вектор пространственных координат; размер сечения лазерного пучкаΔt – время действия излучения; длительность импульсаw – радиус сечения пучках, у, z – пространственные координатыФ – мощность излученияΩ – телесный угол расходимости лазерного пучкаα – коэффициент теплообмена; коэффициент поглощенияγ – угол закручиванияζ – относительная продольная координатаη – квантовая эффективность; КПДθ – угловая расходимость пучкаλ – длина волны излученияρ – коэффициент отраженияτ – время воздействия; коэффициент пропусканияυ – средняя частота излученияΔυ – ширина линии излученияδυ – расстояние между спектральными линиямиφ – угловая величина; распределение плотности потокаχ – показатель усиления; рассеяния; ослабленияω – угловая скорость вращения140Список использованной литературы1.
Рябов С.Г., Торопкин Г.Н., Усольцев И.Ф. Приборы квантовой электроники / Под ред. М.Ф. Стельмаха, – М.: Радио и связь, 1985.2. Климков Ю.М. Основы расчета оптико-электронных приборов с лазерами. – М.: Советское Радио, 1978.3. Климков Ю.М. Прикладная лазерная оптика. – М.: Машиностроение, 1985.4. Лазерные измерительные системы. Под ред. проф.
Д.П. Лукьянова.– М.: Советское радио, 1981.5. Современные лазерно-информационные и лазерные технологии: сб.трудов ИПЛИТ РАН. Под ред. В.Я. Панченко, В.С. Голубева. – М.: «Интерконтакт» Наука, 2005.6. Козинцев В.И. и др. Основы импульсной лазерной локации: учебноепособие / Под ред. В.Н. Рождествина. – М.: МГТУ им.
Э.Н. Баумана,2006.7. Качмарек Ф. Введение в физику лазеров / Пер. с польск., под ред.М.Ф. Бухенского. – М.: Мир, 1981.8. Промышленное применение лазеров. Под ред. Г. Кебнера / Пер. сангл., / под ред. И.В. Зуева – М.: Машиностроение, 1988.9. Справочник по лазерной технике / Пер. с нем., / под ред. А.П. Напартовича. – М.: Энергоатомиздат, 1991.10.Климков Ю.М., Хорошев М.В.
Лазеры: учебное пособие. – М.: МИИГАиК, 1991.11.Каталог-справочник. Лазерные технологические установки, выпускаемые в странах СНГ и Балтии. – М.: НТИУЦ ЛАС, 2013.141СодержаниеВВЕДЕНИЕ.................................................................................................. 31. ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАЗЕРОВ КАКИСТОЧНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ И СПОСОБЫ ИХ ИЗМЕРЕНИЯ....... 51.1. Спектральные (частотные) параметры и характеристикилазерного излучения................................................................................
51.2. Пространственные параметры и характеристикилазерного излучения................................................................................ 71.3. Энергетические параметры и характеристики лазерногоизлучения................................................................................................ 131.4. Временные параметры и характеристикилазерного излучения.............................................................................. 151.5. Режимы работы лазеров (режимы излучения)............................. 161.6. Эксплуатационные параметры и характеристики лазеров.........
191.7. Стабильность параметров и характеристиклазерного излучения.............................................................................. 191.8. Способы измерения параметров ихарактеристик лазерного излучения.................................................... 202. ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.................................................................. 302.1.
Специфика лазерных оптических систем..................................... 302.2. Габаритные расчеты лазерных оптических систем..................... 322.3. Аберрационный расчет лазерных оптических систем................ 462.4. Влияние ограничения на параметры лазерного пучка................ 493. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ЛАЗЕРНЫХ ПРИБОРОВИ СИСТЕМ............................................................................................. 523.1. Ослабление лазерного излучения в атмосфере и воде................
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
