Атмосферная оптоакустика мощных лазерных пучков

• Автор: Бочкарев, Николай Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.03, 01.04.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 339 с. : ил.

ГЛАВА 1. ОБОСНОВАНИЕ АКУСТИЧЕСКОГО МЕТОДА ДИАГНОСТИКИ
РАСПРОСТРАНЕНИЯ МОЩНЫХ ЛАЗЕРНЫХ ПУЧКОВ В АТМОСФЕРЕ 37 §1.1. Генерация акустических волн при нелинейно-оптических
взаимодействиях в аэрозолях атмосферы
§ 1.2. Термооптическая генерация акустических волн в атмосфере
§ 1.3. Особенности оптической генерации акустических волн аэрозолями
§ 1.4. Лазерная атмосферная оптико-акустическая диагностика
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДОПРОБОЙНЫХ ОПТИКО-АКУСТИЧЕСКИХ
ЭФФЕКТОВ В ЭКСПЕРИМЕНТАХ С АЭРОЗОЛЬНЫМИ СРЕДАМИ
§ 2.1. Лазерная допробойная оптоакустика атмосферы
2.1.1. Методология натурных экспериментов
2.1.2. Результаты натурных экспериментов
§ 2.2. Лазерная допробойная оптоакустика модельных аэрозольных сред
2.2.1. Особенности методологии лабораторных экспериментов
2.2.2. Результаты лабораторных экспериментов
2.2.3. Полуэмпирическая модель генерации оптико-акустических сигналов аэрозольным объемом
ГЛАВА 3. АКУСТИКА ОПТИЧЕСКОГО ПРОБОЯ В АТМОСФЕРЕ
§3.1. Акустика очага оптического пробоя в атмосфере
§ 3.2. Акустика длинной лазерной искры в атмосфере
ГЛАВА 4. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЗВУКА В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ
§4.1. Особенности приземного распространения звука

§ 4.2. Методология натурных экспериментов исследования приземного
распространения звука
§ 4.3. Основные факторы ослабления звука на приземных трассах
4.3.1. Приземный фактор изменения уровня звука
4.3.2. Турбулентное ослабление звука
4.3.3. Рефракционные факторы изменения уровня звука
§ 4.4. Флуктуации приземных звуковых волн
§ 4.5. Уширение частотного спектра звуковых импульсов в атмосфере
§ 4.6. Амплитудно-частотные искажения оптико-акустических сигналов в
приземном слое атмосферы
ГЛАВА 5. НЕЛИНЕЙНОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ ЗВУКОВЫХ ВОЛН В АТМОСФЕРЕ
§ 5.1. Методология натурных экспериментов с мощными звуковыми
пучками
§ 5.2. Амплитудно-частотные искажения мощных звуковых волн в
атмосфере
§ 5.3. Модификация уравнения Хохлова-Заболоцкой-Кузнецова
§ 5.4. Алгоритм численного моделирования распространения мощных
звуковых волн на коротких трассах в атмосфере
ГЛАВА 6. ВЫСОТНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВНЕШНИХ АКУСТИЧЕСКИХ
ШУМОВ В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ
§6.1. Методология натурных экспериментов исследования внешних
акустических шумов в атмосфере
§ 6.2. Результаты измерений внешнего акустического шума в атмосфере
§ 6.3. Модель высотно-частотного распределения внешнего акустического
шума в приземном слое атмосферы

§ 6.4. Выбор оптимальных высот приема акустических сигналов в прикладных задачах атмосферной акустики и оптоакустики
ГЛАВА 7. МЕТОДОЛОГИЯ ОПТИКО-АКУСТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ КАНАЛА РАСПРОСТРАНЕНИЯ МОЩНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В АТМОСФЕРЕ
§ 7.1. Программно-экспертная система «Атмосферная оптоакустика»
§ 7.2. Модель оперативной оценки ослабления мощного лазерного излучения в
жидкокапельных атмосферных образованиях
§ 7.3. Оптокустнка фемтосекундного лазерного излучения
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
Перечень основных сокращений и обозначений
ПРИЛОЖЕНИЕ. Акты использования и внедрения результатов работы

капли, подвешенные на нитях, в экспериментах было достигнуто удовлетворительное согласие с теорией, созданной для случая однородно поглощающих частиц.
На практике широко используется для расчетов приближение «эффективного» режима испарения капель, согласно которому задача об испарении капель сводится к простому уравнению (1.3).
В [48, 49] было впервые установлено, что взрыв капель связан с быстрыми процессами появления и роста паровой фазы внутри частиц с центром вскипания в местах максимумов светового поля. В отличие от поверхностного испарения процесс взрыва частиц является существенно пороговым. Величина энергетического порога взрыва зависит как от поглощающих свойств капли и ее размера, так и от временных характеристик лазерного излучения. В [50] впервые сформулированы энергетические условия для реализации условий взрыва однородно поглощающих капель.
Взрыв капель наступает, когда температура внутри частицы становится близкой к температуре спинодали, что при нормальном давлении 1 бар соответствует 593 °К
таких перегревах в зонах энерговыделения активно генерируются и растут паровые пузыри, которые и являются причиной разрушения капли, либо ее поверхностных слоев на более мелкие частицы и пар.
В зависимости от размера частиц и энергетических способностей излучения процесс взрыва может носить либо однократный, либо многократный характер. В первом случае происходит взрывное вскипание - выброс пароконденсата из зоны первоначального метастабнльного перегрева. Для малых капель это приводит к разрушению частицы в целом. Такой же процесс происходит и для более крупных капель в условиях «медленных» режимов нагрева до температуры взрыва. Здесь теплопроводность и конвекция выравнивают температуру внутри капель и делают процесс вскипания похожим на однородно поглощающий вариант. Для крупных капель и «быстрых»