авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Процессы генерации в движущихся лазерно-активных средах и возмож ности управления динамическими режимами работы лазеров

-- [ Страница 1 ] --
Московский государственный университет им.М.В.Ломоносова Физический факультет

На правах рукописи

Федосеев Анатолий Иванович Процессы генерации в движущихся лазерно-активных средах и возмож ности управления динамическими режимами работы лазеров Специальность 01.04.05 – оптика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва – 2007 2

Работа выполнена на физическом факультете Московского государственного универ ситета им. М.В.Ломоносова

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук профессор В.А.Алешкевич доктор физико-математических наук профессор А.С.Бирюков доктор физико-математических наук профессор А.Ф.Глова Ведущая организация Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН

Защита состоится 14 июня 2007 г. в 16 часов на заседании Дисссертационного совета Д 501.001.67 в Московском государственном университете им. М.В.Ломоносова по адресу: 119992, г.Москва, ГСП-2, Ленинские горы, д.1, стр.2, физический факультет, 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, физический факультет Автореферат разослан 2007 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета Д 501.001. кандидат физико-математических наук доцент А.Ф.Королев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Физическая проблема взаимодействия мощного излуче ния с потоком активной среды в резонаторе лазера относится к числу важных проблем нелинейной оптики движущихся сред. Актуальность этой проблемы определяется по требностями дальнейшей разработки физических основ проточных газовых лазеров, которые находят широкое применение в науке и технике. Электроразрядные лазеры на молекулярных газах (СО2, СО), характеризующиеся высокой энергетической эффек тивностью, составляют в настоящее время основной арсенал “технологических лазе ров”, используемых в современном промышленном производстве. Газодинамические СО2 лазеры со сверхзвуковым потоком рабочей смеси, способные давать рекордно вы сокие мощности непрерывной генерации, также находят ряд важных специальных применений.

В то же время лазеры с движущейся активной средой сами по себе являются интересным объектом физических исследований. Генерация излучения здесь имеет ряд принципиальных особенностей. Одна из них состоит в том, что в механизме обра зования инверсии в оптическом резонаторе существенную, а иногда и главную роль играют процессы вноса и выноса возбужденных молекул. Эти процессы во многом определяют вид пространственного распределения коэффициента усиления внутри резонатора и особенности насыщения усиления.

В отличие от лазеров с неподвижной средой, воздействие на движущуюся сре ду стационарного поля в резонаторе в режиме непрерывной генерации всегда является нестационарным. Взаимодействие поля с движущейся активной средой носит сущест венно нелокальный характер, при этом движение среды создает связь между различ ными пространственными зонами резонатора. Такие особенности взаимодействия по ля с движущейся активной средой при некоторых условиях могут приводить к неус тойчивости стационарной генерации. По своим динамическим свойствам проточные лазеры принадлежат к классу распределенных пространственно-неоднородных нели нейных динамических систем с движущейся средой. Этот класс систем, остающийся до настоящего времени относительно мало изученным, характеризуется весьма слож ным динамическим поведением. Исследование механизмов неустойчивости в таких лазерах и динамических режимов их работы, включая хаотическую генерацию, пред ставляет несомненный интерес для общей теории нелинейных динамических систем.

Естественно, что эффекты движения среды становятся значительными только в лазерах с достаточно быстрым потоком, когда время пролета молекул через резонатор f сравнимо или меньше характерных времен релаксации среды. В этих условиях ки нетические процессы, протекающие с характерными временами, превосходящими f, могут считаться «замороженными». Это обстоятельство позволяет получать стацио нарную генерацию в быстрораспадающихся активных средах, например в переохлаж денном ниже равновесной температуры конденсации углекислом газе. Исследование свойств генерации в таких средах может дать важную информацию о кинетических процессах в колебательно-возбужденных газах в области низких температур. С другой стороны, реализация в движущейся активной среде короткоживущих сильно неравно весных состояний создает принципиальную возможность достижения инверсии на но вых лазерных переходах. В газодинамическом СО2 лазере таким путем удается полу чить генерацию в длинноволновой области ИК спектра, которая представляет интерес для целого ряда практических применений, например в фотохимии, включая разделе ние изотопов, для зондирования атмосферы, исследований полупроводниковых мате риалов.

Эффективность применения мощных быстропроточных лазеров (БПЛ) в облас ти новых технологий нередко ограничивается недостаточной пространственной и временной стабильностью их излучения, обусловленной флуктуациями показателя преломления в турбулентном потоке, колебаниями плазмы газового разряда и другими факторами. Наряду с этим существует и другая причина нестабильности, связанная с динамической неустойчивостью стационарной генерации в движущихся средах и воз буждением автоколебаний. Вместе с тем, для многих технологических операций оп тимальными являются импульсно-периодические режимы генерации различных ви дов, причем в ряде случаев желательно иметь возможность изменять режим генерации лазера в процессе выполнения одной операции. Применение с этой целью импульсно периодических источников питания для возбуждения активной среды, как и использо вание оптических модуляторов, в лазерах большой мощности встречает серьезные трудности. По этой причине наряду с задачей стабилизации стационарной генерации, исследования физических механизмов развития динамической неустойчивости пред ставляет интерес для разработки на их основе новых способов получения автомодули рованной генерации и управления временными характеристиками излучения БПЛ.



Целями диссертационной работы являлись:

1. Выяснение на основе теоретических расчетов и экспериментальных исследо ваний с СО2 лазером физических особенностей генерации в движущихся лазерно активных средах, включая процессы энергосъема и взаимодействия с резонансным из лучением.

2. Выяснение физических механизмов и типов автоколебательной неустойчиво сти, возникающей в движущихся средах, а также характеристик автомодулированной генерации.

3. Разработка на основе проведенных исследований физических основ методов управления динамическими режимами генерации проточных лазеров.

Для достижения этих целей были поставлены следующие задачи:

1. Создать экспериментальный образец газодинамического СО2 лазера с боль шой длиной усиления, который позволял бы исследовать спектральные и энергетиче ские характеристики лазерных сред в широком диапазоне изменения их параметров, включая переходы с малыми коэффициентами усиления.

2. Разработать экспериментальные методы комплексной диагностики сверхзву кового потока активной среды СО2 ГДЛ, которые позволили бы определить все её ос новные параметры (скорость, плотность, колебательную и газовую температуры, на селенности уровней, коэффициенты усиления переходов и др.).

3. Разработать и экспериментально реализовать способ получения активной среды с экстремально высокой степенью колебательной неравновесности связанных мод СО2 и глубоким охлаждением газа. Исследовать генерационные свойства лазер ных переходов, а также особенности резонансного поглощения излучения в такой сре де.

4. Разработать теоретические подходы к изучению автоколебательной неустой чивости в БПЛ на основе анализа свойств мод автоколебательных возмущений. Ис следовать механизмы возбуждения автоколебаний в различных оптических системах БПЛ.

5. Исследовать особенности трансформации автоколебательных возмущений при переходе в нелинейную стадию и характеристики насыщенных установившихся автоколебательных режимов генерации.

Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в том, что в ней впервые:

1. Разработан и реализован способ создания активной среды СО2 ГДЛ с экстре мально высокой степенью колебательной неравновесности, который позволяет полу чать генерацию на целом ряде длинноволновых переходов. Экспериментально иссле дованы характеристики одновременной генерации на переходах с =10,6 мкм и 18, мкм. Показано, что при поглощении резонансного излучения в системе уровней свя занных мод СО2 существует механизм нестационарного кинетического охлаждения газа, обусловленный ангармонизмом уровней.

3. Показано, что в БПЛ имеется несколько различающихся физических меха низмов автоколебательной неустойчивости, которым соответствуют разные по своим свойствам моды возмущений, и дана их классификация. Установлено, что моды раз личных типов могут взаимодействовать между собой, в результате чего происходят изменения частот и инкрементов, а также искажения их пространственных структур.

4. Предложена простая аналитическая модель, позволяющая рассчитать часто ты, инкременты, пространственную структуру мод возмущений, а также эффекты взаимодействия мод различных типов по характеристикам стационарной генерации.

5. Исследованы характеристики режимов автомодулированной хаотической ге нерации в БПЛ. Установлены особенности сценария развития хаоса. Показано, что при изменении управляющего параметра происходит перестройка хаотического ат трактора, сопровождающаяся изменением его размерности.

6. Разработаны физические основы методов управления динамическими режи мами генерации БПЛ с использованием нелинейно-динамических явлений в движу щихся средах.

По ряду разработанных способов и устройств получены патенты. Это относит ся к способу измерения скорости потока [5], к способу получения активной среды с высокой степенью неравновесности и соответствующему устройству [13], к способам получения импульсно-периодической генерации [23], [24], [28].

Защищаемые положения 1. Предложенный и реализованный газодинамический СО2 лазер модульной конструкции с большой длиной усиления позволяет исследовать процессы генерации в широком диапазоне параметров рабочих смесей, в том числе на переходах с малыми коэффициентами усиления.

2. Разработанный способ создания активной среды молекул СО2 с экстремально высокой степенью колебательной неравновесности и глубоким охлаждением газа по зволяет получать информацию о молекулярно-кинетических процессах, а также суще ственно расширяет набор лазерных переходов.

3. Результаты экспериментального исследования «комбинированного» лазера с одновременной генерацией на переходах с =10,6 и 18,4 мкм молекулы СО2. Меха низм кинетического охлаждения молекулярного газа при поглощении резонансного излучения, обусловленный ангармонизмом колебательных уровней.

4. В БПЛ с неустойчивым резонатором существуют различные физические ме ханизмы автоколебательной неустойчивости, которые приводят к возбуждению раз ных по своим характеристикам типов автоколебаний. Моды автоколебательных воз мущений могут взаимодействовать между собой, что существенно изменяет их свой ства. Подобные моды возмущений существуют и в системе генератор - многопроход ный усилитель.

5. Раскачка автоколебаний в области неустойчивости приводит к формирова нию различных установившихся автомодуляционных регулярных или хаотических режимов генерации. Сценарий развития хаоса характеризуется перестройкой аттрак тора, сопровождающейся изменением его размерности.

6. Результаты исследований механизмов неустойчивости и нелинейно динамических явлений создают физические основы методов управления динамиче скими режимами генерации лазеров с движущейся средой.

Практическая ценность результатов работы 1. Полный комплекс экспериментальных методов диагностики потоков моле кулярных активных сред может найти применение в разработках технологических ла зеров, в том числе для оптимизации параметров резонаторов.

2. Лазерный источник на длинноволновых переходах в диапазоне 16 – 21 мкм с перестройкой по отдельным колебательно-вращательным линиям может быть исполь зован для диагностики сред, содержащих молекулы СО2, а также в разнообразных приложениях молекулярной спектроскопии, физики полупроводников и лазерной фо тохимии, включая разделение изотопов.

3. Результаты исследований физических механизмов автоколебательной неус тойчивости в быстропроточных лазерах могут использоваться для стабилизации ста ционарной генерации в действующих лазерах и должны учитываться при разработке новых типов БПЛ.

4. Разработанные методы управления временными характеристиками излуче ния мощных БПЛ с различными типами резонаторных системам позволяют эффек тивно переключать режимы генерации, благодаря чему расширяются возможности практических применений таких лазеров.

Апробация работы. Основные результаты исследований, представленных в диссертации, были доложены и обсуждены на следующих научных конференциях и школах-семинарах: VIII Международный коллоквиум по газодинамике взрывов (Нью Йорк., 1981);

XI Всесоюзная конференции по когерентной и нелинейной оптике (Ере ван -1982 );

I-IV Всесоюзные конференции «Кинетические и газодинамические про цессы в неравновесных средах» (Москва, МГУ – 1982, 1984, 1986, 1988);

VIII и IX Международные конференции «Инфракрасные и миллиметровые волны» (Марсель, 1983, Такарацука 1984);

II Всесоюзная конференция "Теоретическая и прикладная оп тика" (Ленинград, 1986);

V Международная конференция по технологическим лазерам и их применениям (Шатура, 1995);

XII, и XV Международные симпозиумы «Проточ ные, химические и мощные лазеры» (Санкт-Петербург 1998;

Прага, 2004);

V Между народная школа “ХАОС-98” (Саратов, 1998);

Международная конференция «Фунда ментальные проблемы физики» (Саратов, 2000);

Международный конгресс “Оптика XXI век”, Санкт-Петербург, 2000);

VII международная конференция «Лазерные и ла зерно-информационные технологии-2001» (Суздаль, 2001);

Международная конфе ренция по лазерам, их применениям и технологиям-2002: усовершенствованные лазе ры и лазерные системы (Москва, 2002), Международная конференция по лазерам, их применениям и технологиям-2005: мощные лазеры и их применения (Санкт Петербург, 2005).

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 62 пе чатная работа, в том числе 27 статей в реферируемых журналах (Письма в ЖТФ, Квантовая электроника, Оптика и спектроскопия, Журнал прикладной спектроскопии, Вестник Московского университета и др.), 5 авторских свидетельств и патентов опуб ликованы в Бюллетенях изобретений и 30 работ опубликовано в сборниках трудов на учных конференций и препринтах. Более подробное изложение прикладных аспектов исследований содержится в 12 отчетах по договорным научно-исследовательским ра ботам, выполнявшихся при непосредственном участии автора. Основные результаты диссертации опубликованы в работах, список которых приведен в конце автореферата.

Личный вклад автора. Все изложенные в диссертации оригинальные резуль таты получены автором лично или при его непосредственном участии. Автор осуще ствлял выбор объектов исследований, разработку методов измерений, постановку и проведение экспериментов, построение расчетных моделей, анализ результатов.

Структура и состав диссертации. Диссертация состоит из введения и четырех глав. В заключении сформулированы основные выводы работы. Каждая глава снабже на кратким предисловием, в котором характеризуется направление проводимых ис следований и приводится содержание отдельных разделов главы. Первый раздел каж дой главы содержит краткий литературный обзор состояния вопроса на момент иссле дований, в последнем разделе сформулированы основные научные результаты главы.

В конце диссертации приведены списки литературы: список цитируемой литературы (239 ссылок), работы автора по теме диссертации (62 ссылки), перечень отчетов по договорным научно-исследовательским работам (12 наименований). Общий объем диссертации составляет 263 страницы, диссертация содержит 159 рисунков и 8 таб лиц.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во введении обсуждается актуальность темы исследований, сформулированы цели, задачи, научная новизна, практическая ценность работы и защищаемые положе ния, приведена краткая аннотация содержания глав.

Первая глава посвящена экспериментальному изучению влияния движения ак тивной среды на характеристики проточного лазера, включая особенности съема энер гии в резонаторе. В качестве объекта исследования взят газодинамический лазер на смеси СО2-N2, в котором, благодаря малому времени пролета среды через резонатор ( f ~10-4с), эффекты движения среды проявляются наиболее сильно. В литературном обзоре рассматриваются типовые системы ГДЛ, включая варианты с подмешиванием СО2 в поток колебательно-возбужденного азота. Анализируются основные теоретиче ские подходы к расчету характеристик ГДЛ и их оптимизации. Отмечается в частно сти, что многофакторная совместная оптимизация параметров активной среды и резо натора, проводившаяся на основе численных расчетов для конкретных ГДЛ, не позво ляет установить общие закономерности энергосъема в резонаторе и выявить влияние его отдельных параметров.

Приводится описание созданного экспериментального образца СО2 ГДЛ с им пульсным электродуговым нагревом газа, предназначенного для диагностических ис следований и моделирующего процессы в мощных ГДЛ. Использована оригинальная модульная конструкция камеры нагрева и сопловых блоков, состоящая из набора сек ций, последовательно расположенных вдоль оптического канала. Увеличение числа секций позволяет получать, в принципе, любую длину усиления, что дает возможность исследовать характери стики переходов с малыми коэффициентами усиления. В экспериментах использовались, как правило, 4 секции с общей длиной усиления 40 см. Установка работала как в обычном варианте, так и в схеме с подмешиванием СО2 и обеспечивала широкий диапазон возможных изменений параметров активной среды и резонатора. Длительность Рис.1 Давление газа в фор камере (вверху, 4,5 атм/дел.) квазистационарной генерации составляла ~10 мс (см. ос и мощность генерации (вни зу, 140 Вт/дел). Горизон- циллограмму на рис.1). С устойчивым резонатором лазер тальный масштаб 2, работал в многомодовом режиме генерации с максималь мс/дел.

ным значением выходной мощности ~1 кВт. На рис.2 показан отпе чаток пучка излучения непосредственно за выходным полупрозрач ным зеркалом.

С использованием данной установки решались задачи разра ботки достаточно полного комплекса методов экспериментальной диагностики потока активной среды. Измерения скорости сверхзву кового потока проводилось с помощью разработанного оригиналь ного метода «оптической метки». Метод основан на насыщении среды коротким импульсом генерации в режиме модуляции доб ротности резонатора и регистрации изменений усиления на некото Рис.2. Сечение ром расстоянии ниже по потоку. Для определения плотности и ко пучка выходно го излучения.

лебательной температуры возбужденных молекул азота использо ван метод комбинационного рассеяния (КР), который потребовал значительных разра боток с целью приспособления к задачам диагностики разреженного сверхзвукового потока активной среды. Для эффективного возбуждения КР при невысокой плотности газа применялась многоходовая фокусирующая кювета, позволявшая свести в объеме измерений (~ 1 см3) до 50 проходов луча. Для бесшумовой регистрации компонент КР использовались стробируемые ФЭУ и наборы узкополосных интерференционных све тофильтров, включающих антибликовые элементы. Точность измерений колебатель ной температуры составила ~50 К. Наряду с известным методом калиброванных по терь для исследования характеристик насыщения усиления в работе использован так же метод, основанный на измерении «остаточного» коэффициента усиления на выходе потока из резонатора. Найдено, что в режиме стационарной генерации значения по следнего оказываются существенно ниже величины потерь резонатора, что говорит о более полном съеме энергии с потока по сравнению с неподвижной средой при той же добротности резонатора.





В качестве примера в табл.1 представлены измеренные параметры активной среды в резонаторе для типовых ре- Табл. жимов работы двух вариантов лазе- Параметры активной среды ГДЛ (I) ГДЛ(II) ра – обычного (I) и с селективным Оптимальная смесь СО2:N2:Не 1:2,5:2 1:4: нагревом азота и последующим под- 1,65·105 1,5· Скорость потока газа (см/с) мешиванием СО2 вблизи критиче- Статическое давление (атм.) 0,03 0, ского сечения сопла (II). Приведен- Температура газа (К) 330 Плотность N2 в смеси (см-3) 3·1017 6· ные в таблице значения параметров Колеб. температура, (К) 950 относятся к моменту максимума -1 - 1·10- Коэффициент усиления, (см ) 0,7· мощности генерации ( Pпред - пре 1,45 3, Запас. колеб. мощн. Ркол (кВт) дельная мощность генерации, дости 0,7 0, Отношение Рпред /Ркол гаемая при полном насыщении ин версии полем излучения). Представленные данные показывают преимущества метода селективного термического возбуждения.

Анализ экспериментальных результатов проводился в рамках простой аналити ческой модели, в которой активная среда на входе в резонатор характеризуется мини мальным числом параметров. Полученные расчетные соотношения позволили исполь зовать измеренные величины параметров насыще ния для диагностики потока активной среды. Ре зультаты такой диагностики дают значения пара метров потока, хорошо согласующиеся с измерен ными прямыми методами.

Приводятся результаты расчетов оптималь ных значений пропускания зеркал и протяженности апертуры резонатора вдоль потока, а также дости Рис.3. Зависимость коэффициента гаемых величин энергосъема для заданных пара- полезного съема от величины про пускания выходного зеркала для раз метров потока на входе в резонатор при разных ве- личных диссипативных потерь а/к°l.

Точки – данные эксперимента, пунк личинах диссипативных потерь резонатора. В каче- тирная линия – расчет для непод вижной среды для а/к°l=0,1.

стве примера на рис.3 показана зависимость вели чины = Pвых / Рпред от нормированной величины пропускания выходного зеркала t / k 0 l для оптимальной протяженности зеркал вдоль потока Н=Нопт ( k 0 - коэффици енту усиления на входе потока в резонатор, l - длина активной среды). Каждая из приведенных кривых соответствует определенной величине диссипативных потерь a / k 0 l (цифры у кривых). Из графиков, в частности, видно, что абсолютное уменьше ние пропускания по сравнению с оптимальным значением более сильно влияет на ве личину выходной мощности, чем такое же увеличение пропускания. Методика опти мизации резонатора по результатам экспериментальной диагностики активной среды с использованием расчетных соотношений была многократно апробирована на нашей экспериментальной установке и показала свою эффективность.

Вторая глава посвящена разработке и экспериментальному исследованию длинноволнового СО2 лазера, генерирующего на колебательных переходах в системе уровней связанных мод. Данный тип лазера, расширяющий диапазон работы СО2 ла зеров в область ИК спектра с 10 мкм, представляет собой уникальный объект фи зических исследований, в котором реализуется экстремально высокая степень колеба тельной неравновесности в области температур, меньших равновесной температуры конденсации СО2 По сравнению с традиционными СО2-N2 лазерами с =10,6 мкм теоретический анализ механизма образования инверсии на уровнях связанных мод яв ляется значительно более сложным и, как правило, требует проведения подробных численных расчетов. Моделирование динамики формирования квазистационарного распределения, выполненное с учетом поуровневой кинетики шести нижних мульти плетов связанных мод, показало высокую скорость этого процесса - характерный пи лообразный вид распределение приобретает уже после нескольких десятков газокине тических столкновений. Для оценки эффективности длинноволнового лазера нами выполнялись также расчеты мощности генерации на одном из переходов (0310-1000).

Расчеты показали, что по своим удельным характеристикам такой лазер близок к тра диционному с длиной волны =10,6 мкм и в его активной среде достигается почти такой же удельный энергозапас, но при значительно более низких температурах тор можения. В то же время из-за невысокой плотности газа в оптическом канале абсо лютные значения мощности могут оказаться более низкими. Достоверную информа цию о характеристиках длинноволнового СО2 лазера дают экспериментальные иссле дования.

Экспериментальное получение активной среды с указанными характеристика ми в газодинамическом лазере представляет весьма сложную проблему, относящуюся к смежным областям газодинамики, молекулярной кинетики, физике лазеров и опти ческой спектроскопии. Для достижения глубокого охлаждения газа в сопловых блоках ГДЛ использованы профилированные короткие сопла с высокой степенью раскрытия (~100) и полууглом раскрытия, близким к критическому ( 400). Простые оценки, подтвержденные нашими расчетами, показали, что инверсия на переходах связанных мод очень чувствительна к наличию в потоке скачков уплотнений. В связи с этим осо бое внимание уделялось тщательной отработке всех элементов газодинамического тракта. Проводилась прецизионная юстировка деталей сопловых блоков с применени ем оптических методов контроля. Для устранения вредного влияния примесей, в пер вую очередь, паров воды, ускоряющих V-T релаксацию связанных мод, производилась тщательная очистка и осушка рабочих газов. Эксперименты проводились на смесях СО2 с инертными газами, что позволило дополнительно снизить температуру газа за счет увеличения показателя адиабаты.

Для регистрации длинноволновых переходов был разработан быстродейст вующий дифракционный ИК спектрометр, включающий неселективный приемник из лучения с линейной характеристикой в широкой полосе радиочастот, устройство градуировки по длинам волн, схему синхронизации с экспери ментальной установкой. Спектрометр позволял проводить быстрое (~ 1мс) сканирование широ ких участков ИК спектра с разрешением отдель ных колебательно-вращательных линий. Экспе риментально регистрировалась генерация на колебательных переходах в диапазоне длин волн 16,4-21,2 мкм с лазерных уровней связанных мод до мультиплета с v=6 включительно.

Спектры генерации в высокодобротном неселективном резонаторе в различных рабочих смесях показаны на рис.4. Максимальная вы Рис. 4. Спектры генерации в различных смесях (неселективный резонатор): а) ходная мощность ~10 Вт достигается на Q-ветви СО2:Nе=1:9, б) СО2:Nе=1:2, в) перехода 0310-1000 с =18,4 мкм в смеси СО2:Nе=2:1, г) в чистом СО2.

СО2:Ne=1:1. Для ряда переходов (0310-1000, 0420-1110, 0510–1200) в условиях эксперимента реализуется полная колебательная ин версия. При превышении порога генерации на этих переходах последняя идет на линиях Q вет ви, поскольку вероятности оптических переходов для них выше, чем для Р и R ветвей.

На осциллограмме (рис. 5) представлена вращательная структура Р ветвей переходов 0310-0220 (16,74 мкм) и 0420-0330 (17,2 мкм) в не селективном резонаторе. Наличие в генерации Рис.5.Спектр генерации в неселектив нескольких вращательных линий указывает на ном резонаторе в диапазоне 16,7 17,4 мкм. Развертка 100 мкс/дел. то, что вращательный обмен является неполным.

Масштаб по длинам волн 0,1 мкм/дел.

Интересной особенностью перехода 0310- Смесь СО2-Ne=1:3. Внизу градуиро вочная метка спектрометра 17,2 мкм является разреженный спектр вращательных ли ний, что объясняется наличием сильного конкурирующего перехода 0310-1000 с =18,4 мкм, имеющего общий верхний уровень с рассматриваемым переходом. В дан ных условиях на переходе =18,4 мкм возбуждаются линии Q-ветви, для которых воз можны только четные значения вращательного квантового числа J. Поэтому линии перехода (0310-0220) с четными значениями J верхнего состояния оказываются замет но ослабленными.

Использование селективного резонатора, в котором одно из зеркал заменено дифракционной решеткой, позволило получить ге нерацию, перестраиваемую по колебательно вращательным линиям различных колебательных переходов. Благодаря устранению конкуренции переходов в селективном резонаторе спектр гене рации обогащается новыми линиями. В частности, для наиболее сильного колебательного перехода 0310-1000, наряду с линиями P и Q ветвей появля ются линии R ветви (см. рис.6). Благодаря процес Рис. 6. Осциллограмма спектра сам колебательного обмена интенсивности Q генерации в селективном резона торе в диапазоне 16,6 - 18,6 мкм.

ветвей переходов с неразрешенной вращательной Развертка 200 мкс/дел. Масштаб по длинам волн 0,2 мкм/дел. Смесь структурой в селективном резонаторе оказываются СО2:Ne=1:5.

более высокими.

Населенности лазерных уровней определялись путем измерения коэффициен тов усиления колебательно-вращательных линий при различной величине потерь ре зонатора. Для определения газовой температуры использованы экспериментальные распределения усиления по линиям Р и R ветвей перехода 0310-1000 с полной колеба тельной инверсией. Колебательные населенности рассчитывались по распределению коэффициентов усилений в Р- ветвях переходов с частичной инверсией. Измерялись также интегральные интенсивности генерации на переходах 0310-1000 и 0420–0330 в режиме модулированной добротности, когда длительность импульса генерации (в экспериментах ~2 мкс) меньше времени колебательного обмена VV (в наших усло виях VV10-5с) и в то же время заметно превосходит время вращательной релаксации RT и время нарастания поля в усиливающей среде g = ( c 0 )1. В таком режиме усиление успевает отслеживать изменение потерь ре зонатора, а остаточная величина усиления близка к ми нимальному значению потерь при съюстированных зеркалах резонатора. В этих условиях мгновенная ин тенсивность внутреннего поля I(t) несет информацию о насыщении инверсии. Оба применявшихся в работе ме тода позволили с точностью ~ 15-20% измерить коле бательные населенности ряда уровней и дали согла сующиеся результаты. Пример колебательного распре Рис.7. Населенности колеба тельных уровней. Сплошные деления для типового режима работы в смеси линии – триноровское распре СО2:Ar=1:2 показан на рис. 7. Наблюдаемое в экспери- деление для Т2=650 К, Т=80 К.

Точки большого диаметра ментах распределение колебательных населенностей экспериментальные данные.

Волнистыми линиями показаны N v vl v = близко к распределению Тринора: лазерные переходы.

N 00 0 0 gl exp[ v2 / T2 + ( v2 - E v v l v ) / T ] вплоть до мультиплета с v =5 включи l тельно (здесь v - номер мультиплета, E v v l v - энергия уровня v1 v2 v3, gl -кратность вырождения). Результаты комплексной диагностики потока активной среды показали, что в разработанном типе лазера на связанных модах СО2 достигается экстремально высокая степень колебательной неравновесности с отношением колебательной и газо вой температур T2 / T ~10.

Рассмотрены также некоторые особенности взаимодействия среды с резонанс ным излучением на внутримодовых и межмодовых переходах. Расчеты, выполненные для перехода с =18,4 мкм, показали, что благодаря большой скорости колебательно го обмена уровней связанных мод, поглощение резонансного излучения на внутримо довом переходе (оптическая накачка) приводит к эффективному заселению всей сис темы уровней связанных мод. При достаточно высокой мощности импульсного излу чения может быть достигнут «разогрев» моды до колебательной температуры Т2~ К. Показано, что процесс поглощения излучения на данном переходе приводит не только к росту колебательной температуры, но также сопровождается значительным нестационарным охлаждением газа. Механизм охлаждения связан с большим ангар монизмом колебательных уровней связанных мод и ранее не изучался. Величина по глощаемого оптического кванта заметно меньше средней величины колебательного кванта связанных мод ( 2 ~960 К). В этих условиях в процессе перераспределения квантов по другим уровням связанных мод благодаря нерезонансному колебательному обмену и быстрой V-T релаксации внутри мультиплетов происходит охлаждение газа, поскольку недостающая энергия черпается из поступательных степеней свободы. Ох лаждение газа имеет место на временах VV t VT, после чего сменяется на греванием. Расчеты показали, что глубина охлаждения углекислого газа может дос тигать нескольких десятков градусов за время ~10-5 с (рис.8). Указанный механизм кинетического охлаждения отличается от Рис.8. Изменение температуры газа Т (1 и 1’) и колебательной температуры Т2 связанных описанного в литературе, который имеет мод (2 и 2’) при оптической накачке на пере ходе 0310-1000. Начальное давление газа 1 место при поглощении молекулами СО атм, интенсивность поля на входе в среду излучения на межмодовом переходе 1000 МВт/см2, расстояние от границы среды x= м. Штриховые кривые соответствуют бес 0001 (=10,6 мкм) и обусловлен разницей конечно-быстрому вращательному обмену.

характерных времен колебательно поступательной релаксации VT связанных мод и антисимметричной моды.

Экспериментально продемонстрирована возможность накач ки системы уровней связанных мод СО2 генерацией на межмодо вом переходе 0001-1000 с длиной волны =10,6 мкм в той же актив ной среде (см. рис.9). Генерация на данном переходе обеспечивала в условиях эксперимента накачку системы уровней связанных мод за счет энергии антисимметричной моды. Это позволило реализо вать одновременную квазистационарную генерацию на двух длинах волн – 10,6 и 18,4 мкм. Осциллограмма, представленная на рис.10, Рис.9. Схема переходов показывает, что генерация на =10,6 мкм идет в начале рабочего цикла, т.е. в области достаточно высоких температур и давлений газа в камере нагре ва. Мощность генерации на =18,4 мкм имеет два мак симума. Первый из них близко совпадает по времени с максимумом генерации на =10,6 мкм и наблюдается только в присутствии последней. Это позволяет припи сать его возникновение действию дополнительной на качки уровней связанных мод излучением с =10, мкм. Второй максимум не связан с наличием генерации на =10,6 мкм и соответствует оптимальным условиям образования инверсии на переходе 0310—10°0 (более Рис. 10. Генерация на длинах волн =10,6 мкм (верхний луч) низкие, чем для 10,6 мкм, температура и давление газа). и 18,4 мкм. Горизонтальный масштаб — 2,5 мс/дел Детальные исследования указанных временных зави симостей позволили оценить эффективное время колебательного обмена в условиях эксперимента VV ~10-4 с. Результаты этих опытов показывают, что существует прин ципиальная возможность создания «комбинированных» СО2 ГДЛ, работающих на пе реходах 10,6 и 18,4 мкм (а возможно, и на других переходах между уровнями связан ных мод СО2). При этом, поскольку генерация с =18,4 мкм использует энергию, пе редаваемую блоку уровней связанных мод в процессе генерации с =10,6 мкм, пре дельная квантовая эффективность такой системы достигает кв 0,8.

В целом результаты исследований длинноволновой генерации в СО2 показыва ют, что такой тип лазера может быть положен в основу разработки источников мощ ного перестраиваемого излучения длинноволнового диапазона.

Третья глава посвящена изучению физических механизмов автоколебательной неустойчивости генерации в резонаторных системах быстропроточных лазеров. Ис следуются также характеристики установившихся автоколебательных режимов гене рации, возникающих в результате трансформации возмущений при их переходе в ста дию нелинейного насыщения.

Автоколебательная неустойчивость может возникать благодаря обратной связи, осуществляемой потоком активной среды между отдельными частями резонаторной системы. Ранее было показано, что в БПЛ с неустойчивым резонатором (НР) к разви тию автоколебаний приводит неоднородность поля в резонаторе, в то время как нали чие накачки внутри резонатора и процессы обмена энергией в активной среде способ ствуют стабилизации стационарной генерации. В литературе имеются эксперимен тальные данные, указывающие на возможность возникновения автоколебаний в БПЛ.

В предшествующих работах исследовался только один вид автоколебаний – «пролетные» колебания, частота которых определяется временем пролета среды через резонатор f и равна или кратна пролетной частоте f = 2 / f. Расчеты проводи лись, как правило, в приближении квазистационарной генерации в резонаторе, при этом из рассмотрения выпадал целый класс «релаксационных» колебаний. Эти авто колебания были обнаружены нами при использовании более общей нестационарной модели НР. Для типовых параметров БПЛ частота релаксационных колебаний намно го превышает f. Как показано ниже, возможен еще один вид автоколебаний, часто та которых определяется временем пролета среды через зону неоднородности внутри резонатора («внутренние пролетные» колебания). Таким образом, физическая картина автоколебательной неустойчивости является достаточно сложной. Задачей исследова ний, изложенных в данной главе, являлось детальное изучение механизмов автоколе бательной неустойчивости в БПЛ с учетом возможного взаимодействия автоколеба ний различных видов.

Большинство расчетов выполнено для БПЛ с НР в простейшей модели одно компонентной среды. Рассмотрены особенности автоколебательных возмущений в двухкомпонентной среде с колебательным обменом, а также в резонаторной системе типа генератор-усилитель. В качестве основного подхода к изучению механизмов ав токолебательной неустойчивости используется исследование свойств мод возмущений в рамках линейной теории устойчивости. При этом, наряду с частотами и инкремен тами мод, исследуется их пространственная структура, которая тесным образом связа на с механизмами неустойчивости. Большинство представленных в главе результатов получено путем численного моделирования автоколебательных возмущений. Вместе с тем для понимания физических механизмов неустойчивости полезными являются со отношения предложенной аналитической модели, которые связывают свойства мод возмущений с характеристиками стационарной генерации.

Использована одномерная модель НР с цилиндрическими зеркалами, целиком заполненного активной средой. Принималось, что все величины зависят только от ко ординаты x вдоль потока (рис.11), а потери на увеличение = ln M / 2 L равномерно распределены по длине резонатора L ( M -коэффициент увели чения на двойной проход). Исходная система уравнений для ко эффициента усиления среды G ( x, t ) и интенсивности поля в ре зонаторе W ( x, t ) в нормированных величинах имела вид:

( ) G G = W + r 1 G + q, (1) t x W W Рис.11. Схема НР в = (G 1)W.

c +x (2) лазере с потоком t x среды. (x= h0 – гра Здесь G = / ( -коэффициент усиления среды), W = I f ница зоны неодно родности, внутри которой имеет ме ( I - интенсивность поля, -оптическое сечение перехода, сто спад скорости накачки) f = h / v время пролета среды до оптической оси резонатора h - апертура резонатора, v - скорость потока), r - нормированное на f время релак сации инверсии среды, q = S f / - нормированная накачка ( S - скорость накачки), c = 2 L / (c f ln M ) - нормированное время затухания поля в НР. Стационарные реше ния системы (1)-(2) дают распределения G s ( x ) и Ws ( x ) в непрерывном режиме гене рации.

В соответствие со стандартной процедурой исследования устойчивости из (1) (2) находились линеаризованные уравнения для малых относительных возмущений ~ ~ стационарных решений g = g( x,t ) / G s ( x ), w = w( x,t ) / Ws ( x ). Подстановкой в эти уравнения g ( x,t ) = g ( x ) exp( t ) и w( x,t ) = w exp( t ), были получены уравнения для ~ ~ комплексных амплитуд g ( x ) и w ( x ) мод возмущений с комплексным инкрементом (чертой сверху здесь и далее обозначаются комплексные величины):

dg = ( + q / G s ) g + Ws w, (3) dx dw = Gs g c w. (4) x dx Эти уравнения решаются с граничным условием на входе потока в резонатор (x = 1) : g (1) = 0 и на оптической оси (x = 0 ) : g ( 0 ) / w ( 0 ) = c. Система уравнений (3)-(4) с указанными граничными условиями представляет собой краевую задачу для нахождения собственных функций (мод возмущений) g ( x ), w ( x ) и собственных значений. Неоднородность системы вводилась спадающим к оси НР профилем на качки:

[ )] ( q( x ) = q m 1 p exp x n / h0, n (5) где h0 - ширина зоны неоднородности накачки ( h0 h ), q m -параметр накачки, p = 1 q( 0 ) / q m - относительная глубина провала профиля накачки на оси НР, показа тель n характеризует крутизну профиля.

Приближением разработанной аналитической модели являются малые измене ния стационарных распределений G s ( x ), Ws ( x ) и q( x ) на масштабе пространствен ного периода автоколебаний = 2 /. Условие ее применимости имеет вид:

, где - характерный масштаб пространственной неоднородности системы. В этом приближении решение уравнения (3) может быть записано в виде:

1 W ( x ) w ( x ) Ws ( 1 ) w ( 1 ) q g( x ) = g e ( x ) + gu ( x ) = s exp ( + + ) dx, (6) + ( x ) + ( 1 ) Gs x где ( x ) = q / Gs ( 1 / Ws ) ( dWs / dx ). Член g u ( x ), пропорциональный e ix, опи сывает пространственные осцилляции усиления.

Для релаксационных колебаний (РК) механизм обратной связи является нере зонансным. Частота R 0 = Ws ( 0 ) / c определяется параметрами стационарной генерации на оси НР и может плавно перестраиваться при изменении последних. Ре лаксационные автоколебания «в чистом виде», невозмущенные пролетными резонан сами, могут возбуждаться в БПЛ с достаточно высокими скоростями накачки и релак сации, когда пространственная модуляция усиления, возникающая на краю зеркал на входе потока в резонатор (краевая модуляция), не достигает оси НР. Неустойчивость релаксационного типа связана с наличием градиентов в приосевой области. Получен ное аналитическое выражение для инкремента раскачки этих колебаний R = ( 1 / 2 )[( dG s / dx )x = 0 q( 0 )] означает, что релаксационная неустойчивость воз никает в том случае, когда в механизме образования инверсии на оси НР перенос воз бужденных молекул потоком превалирует над внутренней накачкой.

На рис.12 показана типичная пространственная структура релакса ционной моды. Механизм неустойчи вости связан с происходящим в зоне неоднородности изменением разности фаз колебаний усиления и поля, в результате которого соотношение фаз на оси становится благоприятным для Рис 12. Релаксационная мода ( R =125,9, R = раскачки колебаний ( / 2 ). 3.23). Стационарные профили усиления Gs (1), ин тенсивности Ws (2) и накачки q (3);

амплитуда Возбуждение краевых пролет колебаний усиления g(4) и интенсивности w (5), раз ных колебаний (КПК) вызывается ность фаз (6). Условия расчета: r =0,2, скачком поля на краю апертуры резо- qm =19, c =10- натора, который приводит к про странственной модуляции возмущения усиления. Наличие последней является обяза тельным признаком пролетных мод, поскольку оно обеспечивает выполнение гранич ного условия на оси НР. Применение зеркал со сглаженным краем позволяет ослабить краевую модуляцию и снизить инкременты пролетных мод. Резонансная обратная связь, приводящая к раскачке КПК, эффективна только в среде с достаточно медлен ной релаксацией ( r f ) и не слишком высоким уровнем накачки ( q m ~1). В этом случае краевая модуляция распространяется до оси НР, благодаря чему на резонанс ных частотах на оси выполняется гра ничное условие для g. Характерными чертами пространственной структуры пролетных мод являются ее квазипе риодичность, пилообразное распреде ление разности фаз и наличие узло- Рис.13. Структура 6-й краевой пролетной моды ( m = 37.68, m = 0.86): амплитуды усиления g вых точек, в которых g 0 (рис.13). В (3).

(1) и интенсивности w (2), разность фаз этих точках приблизительно воспроиз Условия расчета: r =5, q m =0.8, c =10 ;

точ - водится начальное невозмущенное со- ки – аналитический расчет по (6).

стояние среды на входе в резонатор.

Внутренние пролетные колебания (ВПК) возбуждаются в средах с высоким уровнем накачки и релаксации, где механизм краевой модуляции не эффективен. Про странственная модуляция усиления возникает на внутренних градиентах параметров системы в области, прилегающей к оси резо натора. Так как время пролета через данную область f f, то эти осцилляции могут достигать оси и обеспечивать механизм по ложительной обратной связи. Данная обрат ная связь также является резонансной. Часто Рис.14. Структура I-й внутренней пролет та низшей внутренней пролетной моды ной моды ( = 27,5, = 4.47): амплитуды усиления g (1) и интенсивности w(2), раз 2 / f. На рис.14 показана пространст ность фаз (3) и профиль накачки q (4).

Условия расчета: r =0,2, q m =37, c =0 венная структура этой моды.

Исследовано взаимодействие различных типов мод, которое проявляется в ис кажениях пространственной структуры, в затягивании и захвате частот, а также в из менении величин инкрементов. Влияние релаксационного резонанса на инкременты и частоты краевых пролетных мод иллюстрирует рис.15. По мере приближения частоты моды к 0 (соответствует m=15), инкременты увели чиваются. Из-за эффекта затягивания частот уменьшаются частотные интервалы между мо дами, соседними с 0. Максимальное значение m Рис.15. Частоты и инкремен- m достигается при совпадении частот ты m краевых пролетных мод;

r =5, m = 0. Аналитическая модель дает прибли q m =0,8, c =10-4;

0 =94;

а) с резким краем зеркала;

б) со сглаженным кра- женное соотношение для инкрементов и частот ем. Расчет по формуле (7)–.

возникающих смешанных мод:

4( m R )2 m + 1, exp[ 2( m f )] = (7) 0 где R и f - инкременты невозмущенных релаксационных и краевых пролетных мод. Из (7) следует, что в резонансе положительные инкременты m возможны и в том случае, когда оба значения R и f отрицательны. Рис.16 иллюстрирует измене ние частоты и инкремента краевой пролетной моды с m =11 при перестройке вблизи нее релаксационного резонанса 0 ( r =5, q m =0,8). Эти данные показывают, что ши рина области взаимодействия релаксационной и пролетной мод достаточно широка и охватывает ~ 10 частотных меж модовых интервалов.

Области частот внутренних и краевых пролетных мод высокого порядка перекрываются, и эти виды колеба ний также могут взаимодействовать друг с другом. В ре Рис.16. Влияние релаксаци зультате такого взаимодействия частоты и инкременты онного резонанса на час тоту m (1) и инкремент мод существенно изменяются. В области частот внутрен m них пролетных резонансов происходит значительное уве- (2) 11-й краевой про летной моды;

Расчет по личение инкрементов краевых пролетных мод и возникает (7)–.

неустойчивость.

Исследован вопрос о существовании и особенностях мод автоколебательных возмущений в системе неустойчивый резонатор – многопроходный усилитель (рис.17), которая широко применяется в БПЛ. Пока зано, что характеристики мод этой системы сущест венно зависят от параметров усилителя и протяжен ности промежуточной зоны между генератором и усилителем. С точки зрения динамических свойств системы роли генератора и усилителя не одинаковы.

Рис.17. Неустойчивый резона Если пространственная структура мод возмущений тор - многопроходный усили тель в потоке активной среды непостредственно связана с величиной комплексного инкремента, то роль усилителя сводится к созданию на входе потока в генератор того или иного значения входного возмущения усиления g in, которое определяет гра ничное условие для решения краевой задачи. Это условие (для амплитуды g in и фазы in возмущения) имеет вид:

g in = Wsa w exp( 1h2 ) ( 1 + q a / G sa )2 + 22, (8) in = + arctg [ 2 /( 1 + q a / G sa )] 2 h2. (9) Здесь Wsa - интенсивность стационарного поля в усилителе, G sa = G sa ( 1 + W sa r ) 1, Gsa - ненасыщенный коэффициент усиления, h2 - размер промежуточной зоны между генератором и усилителем, qa -накачка в усилителе. Величина h2 оказывает заметное влияние на частоту и инкремент автоколебаний. На рис. 18 приведены результаты численных расчетов для следующего набора пара метров усилителя: r =2, q m =4, усиление sa l =0,5;

число проходов N=15. Значение h2 изменялось в пределах от 0,7 до 0,82 длины генератора. Результа ты показывают зависимость характеристик мод воз мущений от длины промежуточной зоны.

Показано, что в двухкомпонентной активной среде, такой, как смесь газов СО2- N2, энергообмен Рис.18. Изменения характеристик между компонентами существенным образом влияет мод возмущений в зависимости от величины h2: а) амплитуда возму- на характеристики автоколебательных возмущений щения gin (1) и фаза Фin (2);

б) ин кремент Г(1) и частота (2) 14- разных типов, определяя, в частности, частотную й краевой пролетной моды.

зависимость инкрементов. Мода автоколебательного возмущения в такой среде определяется пространственным распределением ком плексных амплитуд возмущений населенностей излучающей g 3 (x ) и энергонесущей g 4 ( x ) компонент, поля w(x ), а также величиной комплексного инкремента. Урав нения для комплексных амплитуд мод имеют вид:

( ) d g = + 34 + 3 + Ws g 3 43 g 4 + Ps w (10) dx ( ) d g = + 43 + 4 g 4 34 g 3 (11) dx dw = G3 s g 3 c w, x (12) dx где 34 и 43 скорости колебательного обмена, 3 и 4 -скорости релаксации, Ps = G3 s W s - удельная мощность стационарной генерации. Как пример решения сис темы, на рис. 19 показана структура релаксационной моды (расчет для 43 =120, 34 =120, 3 =7). Анализ полученных приближенных (достаточно громоздких) формул для частот и инкрементов релаксационных колебаний, а также численных решений показывает, что релаксационные колебания в двухкомпонентной смеси могут возбуж даться только при условии достаточно быстрого колебательного обмена, когда ско рость обмена значительно превосходит релаксационную частоту 34 R. В противном случае «обмен возмущениями» между ком понентами за период колебаний не успевает происхо дить. В смеси СО2-N2 колебания N2 отстают по фазе от колебаний CO2, что приводит к тому, что обратная пе редача возмущений от N 2 к CO2 происходит не в фазе с колебаниями усиления CO2 и даже может гасить по следние. Рис.19 Релаксационная мода двухкомпонентной среды с Пространственную структуру g 3 (x ) и g 4 (x ) R =4,1, R =40,6: g 3 (1);

g 4 (2);

3 (3) и 4 (4).

можно также представить в виде суперпозиции квази g 3 ( x ) = g 3 e ( x ) + g 3u ( x ), однородной и осциллирующей составляющих:

g 4 ( x ) = g 4 e ( x ) + g 4u ( x ). С учетом этого для инкрементов КПК при условии 34 f может быть получена приближенная формула:

43 1 G s ( 1 ) Ws ( 1 ) f ln Ws dx + 3 4.

(13) 43 + 34 Ws ( 0 ) Из неё видно, что инкремент явно зависит от состава смеси. Снижение концентрации СО2 в рабочей смеси способствует росту f и может приводить к неустойчивости стационарной генерации. Это объясняется более медленным затуханием краевой мо дуляции в смесях с малым содержанием СО2.

Взаимодействие краевых и внутренних пролетных мод в двухкомпонентной смеси иллюстрируется данными рис. 20, где показаны частоты m и инкременты m смешанных автоколебаний в условиях ин тенсивной накачки G s ( 1 ) =5 и умеренной скорости обмена ( 43 =65) и релаксации ( 3 =6). В том случае, когда частоты КПК оказываются близкими к основной частоте Рис.20. Взаимодействие внутренних и крае вых пролетных мод.

ВПК ( =19) и её гармоникам, происходит значительное увеличение инкрементов.

Отдельный раздел посвящен установившимся насыщенным режимам автомо дулированной генерации. В зависимости от параметров БПЛ наблюдаются разнооб разные виды регулярных автомодуляционных режимов, а также хаотическая генера ция. Регулярные режимы могут быть классифицированы по тем же типам, что и соот ветствующие им механизмы неустойчивости как релаксационные, краевые пролетные и внутренние пролетные автоколебания. Вместе с тем, характеристики обратной связи, поддерживающей насыщенные автоколебания, естественно, отличаются от тех, кото рые имеют место в линейной стадии развития возмущений. В частности, краевая про странственная модуляция усиления в случае насыщенных КПК не является гармони ческой. Хаотическая генерация наблюдается, как правило, в области значений пара метров системы промежуточной между областями стационарной генерации и регу лярных автоколебаний. Возникновение хаоса можно объяснить наличием двух конку рирующих процессов восстановления инверсии с различными характерными време нами – вносом возбужденных молекул и внутренней накачкой.

Нами было выполнено комплексное исследование хаотических режимов гене рации в БПЛ с неоднородным возбуждением однокомпонентной активной среды в НР.

В число изучаемых характеристик динамических режимов лазера входили временные зависимости интенсивности генерации, Фурье-спектры интенсивности, отображения Пуанкаре, а также проекции аттрактора на плоскости в фазовом пространстве. Произ водились также расчеты корреляционной размерности и размерности вложения ат тракторов. В большинстве расчетов в качестве управляющего параметра рассматрива лась величина r, в то время как другие параметры системы оставались фиксирован ными. Показано, что сценарий развития хаоса включает бифуркационные переходы из точки в фазовом пространстве к предельному циклу ( r =1,69) и затем к двумерному тору ( r =1,693, квазипериодическая генерация с двумя несоизмеримыми частотами). На сле дующих стадиях (начиная с r =1,696) проис ходит разрушение двумерного тора.

Примеры проекций аттрактора на плос кость Iout=x0=const показаны на рис. 21 (в ка честве динамических переменных x1 и x2 вы браны значения интенсивности на оси резона Рис.21. Проекции аттрактора системы. тора и величина коэффициента усиления в Значения управляющего параметра r:

средней точке апертуры). Переход к хаотиче а)1,693;

б) 1,696;

в)1,7;

г)1,72.

ской динамике завершается при r =1,71. При последующем увеличении значения управляющего параметра в области r =1,71 - 2,28 происходят изменения хаотической динамики, которые сопровождаются рядом бифуркаций. При этом некоторые из них приводят к временному упрощению динамики, а в отдельных случаях и к вырожде нию хаотической динамики в регулярную.

Анализ Фурье-спектров показывает, что основной массив характеристических частот может быть с удовлетворительной точностью описан системой с двумя незави симыми фундаментальными частотами: nl =n+l, где n=1,2,..., l=0,±1,±2,... (= n+ -n – разностная частота в группе линий, отстоящих на ~ f = 1 / f, 0 - величина ангармонического сдвига линий). Физически это соответствует наличию двух меха низмов образования инверсии в резонаторе с различными характерными временами.

По аналогии со спектроскопической терминологией, можно считать, что линии с l=const образуют «серии», а группы эквидистантных линий различных серий с одина ковым n образуют «мультиплеты» (например, 21, 22, 23…). Такие квазирегулярные ха рактеристические спектры и их изменение в зависимости от значений параметра r дают дополнительную информацию о динамике системы и механизме бифуркаций. В качестве примера на рис. 22 приведен участок спектра для значения управляющего параметра r =2. Для «развитого» хаоса характерно обогащение спектра гармониками и составными часто тами. В спектре вы деляются широкие мультиплеты с чис лом компонент, дос- Рис.22. Участок спектра Фурье в области хаотической динамики системы тигающим 10 и бо лее, разделённых интервалом (или 2). При этом появляются и начинают играть за метную роль компоненты с l 0.

Многократное перекрытие мультиплетов с разными n приводит к образованию тонкой структуры спектра. В большинстве случаев величина расщепления тонкой структуры определяется соотношением =p - q, где p и q -целые числа. С изме нением управляющего параметра внутри области хаотической динамики бифуркации происходят вблизи точек соизмеримости частот и.

Пример такой бифуркации, соответствующей переходу от хаотических колеба ний к периодической динамике в точке /=1/3, (при r =2,0555) показан на рис. 23, где даны спектры Фурье до и по сле бифуркации (рис.23а) и соот ветствующие временные зависи мости интенсивности (рис.23 б и в). Разрушение хаотического ат трактора в данной точке является результатом захвата и фазовой Рис.23. Изменение динамики системы при переходе точки синхронизации частот характе соизмеримости частот / =1/3:а) спектры Фурье (пунктир для r =2,0560);

б) хаотическая генерация ристического спектра. Возни ( r =2,0555);

в) периодическая генерация с сложной вре кающее состояние предельного менной структурой ( r =2,0560).

цикла оказывается достаточно устойчивым и удерживается на значительном интервале изменения управляющего па раметра вплоть до значения r =2,28. Из сравнения Фурье-спектров до и после бифур кации можно оценить верхнюю границу ширины полосы захвата 0,04f.

Для исследуемой распределенной системы, описываемой уравнениями в част ных производных, определение размерности вложения имеет особое значение, так как ее знание позволяет установить число эффективных степеней свободы. Показано, что на границах области хаотической динамики (r =1,7 и 2,5) размерности вложения ат тракторов, определяемые методом Грассбергера–Прокаччиа, минимальны и составля ют de=3 и 4 соответственно (рис. 24). В области хаоса размерность вложения возраста ет и максимальная ее величина de=8 достигается в диапазоне r =1,9 - 2, соответст вующем наиболее развитому хаосу. Таким образом, возникновение хаотической генера ции связано с усложнением описывающей ла зер динамической системы и увеличением числа ее эффективных степеней свободы.

Результаты 3 главы показывают, что картина автоколебательных возмущений в ре зонаторных системах БПЛ носит сложный ха Рис.24. Корреляционная размерность рактер. Раскачка автоколебаний приводит к аттрактора dc (1) и размерность вложения de (2) разнообразным установившимся режимам ав томодулированной генерации.

В четвертой главе с использованием результатов исследований механизмов ав токолебательной неустойчивости решаются задачи разработки физических основ ме тодов управления динамическими режимами генерации БПЛ. Возможность такого управления обсуждалась в ряде работ, выполненных ранее с участием автора. Однако механизмы неустойчивостей детально не изучались. Поскольку в этих работах ис пользовалась квазистационарная модель резонатора, их результаты относились только к пролетным автоколебаниям, а предельно упрощенные модели активной среды ос тавляли неясным вопрос о возможности управления режимами генерации реальных СО2 БПЛ. Введенная в предыдущей главе классификация автоколебаний и достигну тый уровень понимания механизмов различных типов неустойчивости позволяют про вести детальную разработку и физическое обоснование методов управления. Ниже приводятся результаты моделирования процессов управления динамическими режи мами генерации в различных резонаторных системах БПЛ путем изменения тех или иных управляющих параметров. Обсуждаются вопросы их возможного набора и оп тимального выбора в зависимости от характеристик активной среды и оптической системы. В большинстве расчетов данной главы использовалась более полная модель активной среды, приближенная к реальным условиям БПЛ на смеси газов СО2-N2-Не (Н2О). Система кинетических уравнений включала уравнения для чисел колебатель ных квантов в антисимметричной и связанных модах СО2 и в азоте. Использовалось также отдельное уравнение для населенности нижнего лазерного уровня, позволявшее учитывать его возможное переполнение при импульсной генерации. Одним из при ближений модели являлось предположение о постоянстве газовой температуры в ре зонаторе, которая в большинстве расчетов полагалась равной 400 К. Константы скоро стей накачки, колебательного обмена и релаксации брались из литературы.

В соответствии с результатами главы 3, в неустойчивом резонаторе с неодно родной накачкой (см. рис. 10) распределение скорости накачки q( x ) оказывает силь ное влияние на динамику генерации, и q( x ) может рассматриваться как «распреде ленный» управляющий параметр. В качестве числовых управляющих параметров мо гут быть взяты максимальная скорость накачки qm, размер зоны неоднородности h0, глубина спада скорости накачки p (см. формулу 5). Например, в системе с умеренной скоростью релаксации ( r =0,5) и неоднородной ( h0 =0,1) накачкой с qm ~4, обеспечи вающей 8-кратное превышение усиление над порогом, при увеличении управляющего параметра p свыше критического значения при pc =0,8 стационарная генерация ста новится неустойчивой и возникает автомодуляционный режим релаксационных коле баний. Управляющим параметром может также служить уровень усиления в потоке среды на входе в резонатор. В приведенном примере снижение входного усиления до уровня потерь резонатора приводит к установлению ре жима стационарной генерации. В электроразрядном БПЛ с секционированными электродами изменения профиля накачки внутри НР, также как и величины входного уси ления достигается путем регулировки тока через отдель ные секции.

В среде с более медленной релаксацией ( r =2) при увеличении зоны неоднородности h0 обнаруживается Рис.25. Хаотическая моду специфический режим квазипериодического хаоса. Этот ляция амплитуды релакса ционных колебаний;

а) и б) режим представляет собой релаксационные колебания с различаются масштабом времени хаотической модуляцией амплитуды (рис. 25).

Пример управления режимом генерации в НР для смеси СО2:N2:Не =1:2:7 с до бавкой Н2О~0,25% при давлении 70 тор показан на рис.26, где дана зависимость вы ходной интенсивности W ( h ) от времени (в данном примере среднее значение выход ной интенсивности I ( h ) = W ( h ) /f =1,4 кВт/см2). При «мгновенном» из менении управляющего параметра h0 от 0,3 до 0,15 (момент изменения обозна чен вертикальной стрелкой) происхо дит переход от режима краевых про Рис.26. Управление режимом генерации путем летных колебаний с периодом, равным изменения ширины зоны неоднородности от до h0=0,15. параметры расчета:

h0=0, f, к автомодуляционному режиму с f =5·10 с;

М=2,5;

превышение порога генера - большей частотой повторения импуль ции на входе g0=4 ( Т4=1400 К) сов. Длительность переходного процес са близка к f.

При плавном изменении ширины зоны неоднородности в пределах от h0=0, до h0=0,14 частота импульсов изменялась также плавно. Это говорит о том, что ос новной механизм раскачки автоколебаний в данном случае связан с внутренними гра диентами поля в зоне неоднородности вблизи оси НР и, таким образом, эти колебания должны быть отнесены к классу внутренних пролетных колебаний. Дальнейшее сни жение h0 приводило к затуханию колебаний.

Количественный состав и давление рабочей смеси СО2 БПЛ оказывают сущест венное влияние на развитие неустойчивости и характеристики автомодулированной генерации и также в некоторых случаях могут служить в качестве управляющих пара метров. Так, расчеты показали, что небольшое снижение концентрации газа релаксатора (Не, Н2О) в рабочей смеси вызывает стабилизацию стационарного режима генерации, что объясняется увеличением населенности нижнего рабочего уровня.

Уменьшение эффективной длины съема колебательной энергии с азота, которое имеет место в смесях с большим содержанием СО2 приводит к увеличению градиен тов поля и усиления в зоне неоднородности накачки, что способствует возбуждению внутренних пролетных колебаний. Наоборот, в смесях с малым относительным со держанием СО2, вследствие ослабления затухания краевых пространственных осцил ляций, создаются условия для преимущественного возбуждения краевых пролетных колебаний. Пример раскачки краевого пролет ного колебания порядка m=2 показан на рис.27.

В момент времени, показанный стрелкой, про изошло снижение концентрации CO2 от 15 до 10% (итоговая рабочая смесь СО2:N2:Не=1:4:5).

В этом примере в насыщенном режиме генера ции частота повторения импульсов ~2 f ока- Рис.27. Раскачка краевых пролетных ко лебаний ( p =60 тор, T=400 K, Т4= К, h0 =0,35, М=2,2).

зывается близкой к частоте автоколебаний в ли нейном режиме.

Обсуждаются также особенности управления динамическими режимами СО2 БПЛ в том случае, когда неоднородное возбуждение в потоке не может быть реализовано (напи мер, в лазере с внешней накачкой). Управление может осуществляться в НР с неоднород ным распределением потерь вдоль направления потока. В таком резонаторе формирование значительных градиентов поля в приосевой «задающей» области, способствующих раскач ке автоколебаний, происходит за счет увеличения потерь, а не за счет профиля накачки.

Величина дополнительных потерь служит управляющим параметром.

В более сложной системе типа генератор-усилитель набор управляющих пара метров значительно расширяется. Как показывают расчеты, выполненные для системы неустойчивый резонатор - многопроходный усилитель с возвратным ходом луча (рис.17), для управления динамическими режимами генерации могут дополнительно использоваться такие параметры системы как коэффициент связи генератора с усили телем, зависящий от увеличения резонатора М, размер промежуточной зоны между генератором и усилителем и скорость накачки в промежуточной зоне. Существенное влияние на динамику генерации оказывает распределение насыщающего поля w( x ) в усилителе, которое, как правило, характеризуется значительной пространственной не однородностью. В расчетах предполагалось, что входной пучок имеет гауссово рас пределение интенсивности, что с учетом наложения пучков и их дифракционной рас ходимости дает выражение:

( x x ) W ( xk ) n exp.

k w( x ) = (14) k k k = n Здесь x k - координата k-й точки пересечения центрального луча с осью x (в симмет ричной схеме x k = x k, xk = k 2 L );

W ( xk ) - значение интегральной по сечению ин тенсивности пучка в усилителе Wm, распространяющегося по симметричной траекто n рии в прямом и обратном направлениях, - число проходов, k = 0 1 + ( )2 /( 0 )2 - радиусы пучков ( 0 - радиус гауссова пучка в перетяжке, - расстояние от перетяжки). Интегральные интенсивности пучков Wm находились из решения уравнения:

max Lh x0 dWm ( a ) Wm, m x = (15) h3 dx где x 0 - координата точки поворота луча в усилителе, -коэффициент усиления, a величина диссипативных потерь L -расстояние между зеркалами, -угол наклона зер кал к оси x. В системе генератор-усилитель, изображенной на рис.17 ( r =0,75, М=1,7) в отсутствие накачки в промежуточной зоне коэффициент усиления на входе в резона тор ниже уровня его потерь in 0,9 и система работает в стационарном режиме.

Включение накачки в промежуточной зоне (параметр q m =2,5) приводит к возраста нию коэффициента усиления in 1,8. В результате возникает автомодуляционный режим генерации с частотой повторения импульсов ~4 f. Параметры автомодулиро ванной генерации можно изменять, варьируя ширину промежуточной зоны. На прак тике, при использовании усилителя с возвратным ходом луча, это может быть выпол нено путем изменения угла входа луча в усилитель.

В другом варианте системы генератор-усилитель, где в качестве генератора ис пользован устойчивый резонатор, динамический режим генерации очень чувствителен к коэффициенту связи генератора с усилителем, который определяется величиной пропускания выходного зеркала генератора Tm. Эту величину удобно выбрать в каче стве управляющего параметра. Например, в системе СО2 БПЛ с внешней накачкой, числом проходов в усилителе N=10 в усилителе и началь ном усилении 0 NL =5 переход к раскачке автоколебаний от стационарного режима происходит при изменении ве личины Tm / 0 от 0,38 до 0,42 (рис.28). Автомодуляцион ный режим генерации наблюдается при значениях Tm зна чительно больших оптимального. Поэтому в данной сис- Рис.28. Переход к раскач ке колебаний при измене теме средняя мощность генерации в автомодуляционном нии пропускания выходно го зеркала генератора.

режиме ниже той, которая может быть достигнута для ста ционарной генерации при оптимальной величине Tm. Однако, как показывают расче ты, такое снижение оказывается не слишком значительным, так как в каждом импуль се усиление среды насыщается значительно ниже уровня потерь.

В ряде технологических применений наиболее эффективными являются режи мы импульсно-периодической генерации, имеющие существенную долю постоянной составляющей.

Расчеты показали, что такой режим может быть реализован в системе генератор-усилитель при оп ределенном выборе параметров. Однако соотноше ние мощностей постоянной и переменной состав ляющих в этой системе не удается изменять в дос Рис. 29. Система из двух неустойчи вых резонаторов;

h01 ширина зоны таточно широких пределах. Для получения указан неоднородности накачки в первом ных режимов предложена специальная система, со- резонаторе стоящая из двух последовательно расположенных в потоке активной среды неустойчивых резонаторов (рис.29). Выходные пучки обоих резонаторов строго параллельны друг другу. При выполнении условия ( M 1 1 ) h1 = ( M 2 1 ) h2, где M 1 и M 2 - коэффициенты увеличения, h1 и h2 - апер туры резонаторов, пучки имеют одинаковую ширину, поэтому в дальней зоне пучки полностью перекрываются. В данной системе во втором резонаторе, расположенном выше по потоку, обратная связь по потоку отсутствует и он всегда работает в режиме стационарной генерации, формируя «подставку» в суммарной интенсивности. Режим работы первого резонатора, путем подходящего выбора его параметров и профиля на качки, может быть сделан импульсно-периодическим. При этом на характеристики его генерации влияют и параметры второго резонатора, который определяет величину входного усиления. Скорость накачки во втором резонаторе в такой системе также служит управляющим параметром, с помощью которого можно изменять соотноше ние постоянной и переменной составляющих интенсивности.

Результаты главы 4 показывают перспективность дальнейшей разработки и ис пользования методов управления временными характеристиками излучения БПЛ, ос нованных на явлениях автоколебательной неустойчивости.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИИ 1. Создан лабораторный образец газодинамического СО2 лазера модульного типа с большой длиной усиления, который позволяет исследовать генерационные ха рактеристики лазерных переходов в широком диапазоне параметров активной среды, включая переходы с малым коэффициентом усиления. Разработанный комплекс диаг ностических методов дает возможность определять величины всех основных парамет ров потока активной среды (скорость, плотность, газовая и колебательная температу ры, коэффициент усиления переходов и др.) и исследовать характеристики насыщения усиления. Данные диагностики потока позволяют целенаправленно выбирать режим работы лазера и оптимизировать параметры резонатора.

2. Разработан и реализован способ создания активной среды СО2 лазера с экс тремально высокой степенью колебательной неравновесности и глубоким охлаждени ем газа (отношение колебательной и газовой температур T2 / T ~10). По спектральным и энергетическим характеристикам длинноволновых лазерных переходов в системе уровней связанных мод проведена комплексная диагностика такой среды, определены колебательная и газовая температуры, населенности колебательных уровней. Экспе риментально исследована одновременная генерация на переходах с =10,6 и 18,4 мкм в условиях, когда межмодовый переход с =10,6 мкм производит накачку связанных мод через общий нижний уровень 1000. Показано, что благодаря высокой скорости ко лебательного обмена в системе ангармонических уровней связанных мод поглощение импульса резонансного излучения с =18,4 мкм молекулами СО2 сопровождается зна чительным эффектом нестационарного кинетического охлаждения газа.

3. Показано, что в неустойчивом резонаторе быстропроточного лазера сущест вует несколько различных механизмов возбуждения автоколебаний. Соответствующие им моды возмущений классифицированы как релаксационные, краевые пролетные и внутренние пролетные. Эти моды существенно различаются по частотам, инкремен там и пространственной структуре.

4. Исследовано взаимодействие мод разных типов, которое проявляется в ис кажениях их пространственных структур, в затягивании и захвате частот, изменении величин инкрементов. Возникающие при взаимодействии моды смешанного типа мо гут обладать значительно более высокими инкрементами. Подобные типы мод возму щений существуют и в системе неустойчивый резонатор - многопроходный усилитель, причем параметры усилителя и протяженность промежуточной зоны существенно влияют на частоты и инкременты мод.

5. Предложена простая аналитическая модель автоколебательной неустойчиво сти, позволяющая рассчитать частоты и инкременты мод возмущений и их простран ственную структуру по характеристикам стационарной генерации, а также количест венно описать эффекты взаимодействия мод различных типов.

6. Обнаружено, что раскачка автоколебаний в области неустойчивости приво дит к разнообразной динамике нестационарной генерации в установившемся насы щенном режиме, включая как регулярную импульсно-периодическую генерацию раз ных видов, так и хаотическую генерацию. Хаос в БПЛ характеризуется специфиче ским сценарием его развития, в процессе которого происходит перестройка хаотиче ского аттрактора с изменением его размерности, причем вследствие захвата частотных компонент Фурье-спектра внутри области хаоса может появляться участок с регуляр ной динамикой.

7. Разработаны физические основы новых методов управления динамическими режимами генерации БПЛ, использующих явления неустойчивости стационарной ге нерации. В рассмотренных оптических резонаторных системах (неустойчивый резона тор с неоднородным возбуждением или с неоднородными потерями, два последова тельно расположенных неустойчивых резонатора, различные системы генератор усилитель) путем изменения управляющих параметров можно стабилизировать ста ционарную генерацию или получать различные автомодуляционные режимы и эффек тивно управлять их характеристиками в интересах практических применений.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Баканов Д.Г., Одинцов А.И., Федосеев А.И. Газодинамический лазер с нагре вом рабочего вещества импульсным электродуговым разрядом. //Письма в ЖТФ, 1976, т.2, вып.4, с.145-151.

2. Баканов Д.Г., Одинцов А.И., Федосеев А.И. Применение комбинационного рассеяния света для определения колебательных заселенностей уровней азота в нерав новесном газодинамическом потоке. //Вестник Московского университета, Сер.3 - фи зика, астрономия, 1979, т.20, N 2, с. 46-52.

3. Баканов Д.Г., Одинцов А.И., Федосеев А.И. Оптимизация резонатора газоди намического лазера. //Квантовая электроника, 1979, т.6, N 5, с.1019-1026.

4. Королев Ф.А., Баканов Д.Г., Одинцов А.И., Федосеев А.И. Эксперименталь ное исследование характеристик газодинамического СО2 лазера смесительного типа.

//Вестник Московского университета. Сер.3 - физика, астрономия, 1980, т.21 N 5, с.

36-43.

5. Баканов Д.Г., Одинцов А.И., Федосеев А.И. Способ измерения скорости га зового потока. //Авторское свидетельство СССР N 795177 от 8.09.80.

6. Баканов Д.Г., Одинцов А.И., Федосеев А.И. Насыщение усиления в движу щейся активной среде. //Журнал прикладной спектроскопии 1981, т. 34, вып.4, с. 630 635.

7. Баканов Д.Г., Одинцов А.И., Федосеев А.И. Расчет оптимальных пара метров резонатора газодинамического лазера по заданным характеристикам потока. //Вестник Московского университета, сер.3 - физика, астрономия, 1981, т.22 N 6, с. 13-17.

8. Баканов Д.Г., Веденеев А.А., Волков А.И., Демин А.И., Кудрявцев Е.М., Одинцов А.И., Федосеев А.И. Генерация на длине волны18,4 мкм в газодинамическом СО2 лазере с электродуговым нагревом. //Квантовая электроника, 1981, т.8, N 6, с.1312-1315.

9. Баканов Д.Г., Инфимовская А.А., Корниенко Л.С., Одинцов А.И., Прохоров А.М., Федосеев А.И. Генерация в диапазоне длин волн 16,8 - 17,2 мкм в газодинами ческом СО2 лазере. //Письма в ЖТФ, 1981, т.7, вып. 13, с.802-805.

10. Bakanov D.G., Demin A.I., Fedoseev A.I. Koudriavtsev E.M., Odintsov A.I.,Volkov A.Yu. Laser action on the transition 18.4 m in various GDL mixtures. //Appl.

Phys., 1982, v.B-28, N 2, p.288-291.

11. Федосеев А.И., Фоменко Л.А. Особенности поглошения излучения на переходах между уровнями спаренных мод СО2 //В сб. Кинетические и газодинамические процессы в неравновесных средах. Под ред. А.М.Прохорова. Изд. во МГУ, 1982, с.38-39.

12. Баканов Д.Г., Корниенко Л.С., Одинцов А.И., Федосеев А.И.

Одновременная квазистационарная генерация на переходах 10,6 и 18,4 мкм в газодинамическом СО2 лазере. //Журнал прикладной спектроскопии1982, т. 37, вып.2, с.233-238.

13. Баканов Д.Г., Веденеев А.А., Волков А.Ю., Демин А.И., Кудрявцев Е.М., Одинцов А.И., Федосеев А.И. Способ получения лазерной генерации и устройство для его осуществления. //Авторское свидетельство СССР N 959594 от 14.05.82.

14. Баканов Д.Г., Куликов А.О., Одинцов А.И., Федосеев А.И. Генерация на переходах между высоколежащими уровнями симметричной и деформационной мод молекулы СО2 //Письма в ЖТФ, 1983, с.273- 15. Исламов Р.Ш., Конев Ю.Б., Куликов А.О., Одинцов А.И., Федосеев А.И., Шарков В.Ф., Энергетические характеристики ГДЛ на переходах между уровнями симметричной и деформационной мод молекулы СО2. //Квантовая электроника, 1984, т.11, №3, с. 551-559.

16. Одинцов А.И., Федосеев А.И., Фоменко Л.А. Кинетическое охлаждение газа при оптической накачке связанных мод СО2. //Журнал прикладной спектроскопии, 1985, т.42, N 3, с.383- 17. Одинцов А.И., Федосеев А.И., Фоменко Л.А. Численный анализ колебательной кинетики связанных мод СО2. //Вестник МГУ, сер. 3 - физика, астрономия, 1986, т. 27, № 4, с. 66-71.

18. Одинцов А.И., Федосеев А.И., Фоменко Л.А. Оптимизация условий съема энергии в СО2 ГДЛ на связанных модах. //Квантовая электроника, 1988, т.15, №5, с.915- 19. Баканов Д.Г., Иванова О.Ю., Куликов А.О., Одинцов А.И., Федосеев А.И.

Спектр длинноволновой генерации газодинамического СО2 лазера. //Журнал прикладной спектроскопии, 1987, т.46, N 2, с.218- 20. Иванова О.Ю., Кутузов О.А.., Одинцов А.И., Федосеев А.И., Шульга А.Г.

Определение населенностей колебательных уровней и температуры газа по коэффи циентам усиления переходов СО2-ГДЛ на связанных модах. //Журнал прикладной спектроскопии, 1990, т.52, №6, с.949-954.

21. Баранов А.Н., Иванова О.Ю., Одинцов А.И., Федосеев А.И. Определение населенностей рабочих уровней в длинноволновом СО2-ГДЛ с модуляцией добротно сти. //Вестник Московского Университета, сер. 3 - физика, астрономия, 1991, т.32, №3, с.62-66.

22. Баранов А.Н., Николаева О.Ю., Одинцов А.И., Федосеев А.И. Автомодуля ционный режим генерации в лазерах с поперечной прокачкой рабочего вещества.

//Квантовая электроника, 1993, т.20, №6, с.589-593,.

23. Баранов А.Н., Николаева О.Ю., Одинцов А.И., Туркин Н.Г., Федосеев А.И.

Способ получения импульсно-периодического лазерного излучения. //Российский па тент № 2019016 от 20.03.91, бюллетень «Изобретения. Полезные модели», 1994, №16, дата публикации 30.08.94.

24. Баранов А.Н., Николаева О.Ю., Одинцов А.И., Туркин Н.Г., Федосеев А.И.

Импульсно-периодический лазер с прокачкой рабочей среды. //Российский патент № 2019017 от 20.03.91, бюллетень «Изобретения. Полезные модели», 1994, №16, дата публикации 30.08.94.

25. Николаева О.Ю., Одинцов А.И., Федосеев А.И., Федянович А.В. Автомоду лированная генерация быстропроточных лазеров с неустойчивым резонатором.

//Оптика и спектроскопия, 1995, т.78, №5, с.837-841.



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.