Теоретическое исследование распространения интенсивного лазерного излучения через твердый аэрозоль

• Автор: Лоскутов, Владимир Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1983
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 192 c. : ил

Глава I. ОБЗОР ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ТВЕРДЫХ АЭРОЗОЛЯХ
1.1. Теоретические исследования взаимодействия лазерного излучения с негорящим поглощающим аэрозолем
1.2. Теоретические исследования взаимодействия лазерного излучения с горящим углеродным аэрозолем
1.3. Численные методы решения нелинейного уравнения квазиоптики
Глава 2. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ЧИСЛЕННОГО РЕШЕНИЯ УРАВНЕНИЯ КВАЗИОПТИКИ
2.1. Устойчивость решений уравнения квазиоп-
. тики
2.2. Разностные схемы решения'
2.3. Метод расщепления
Глава 3. ТЕПЛОВОЕ САМ0В03ДЕЙСТВИЕ ЛАЗЕРНОГО ПУЧКА В
ТВЕРДЫХ ПОГЛОЩАЮЩИХ АЭРОЗОЛЯХ
3.1. Тепловое самовоздействие лазерного пучка в неподвижном аэрозоле
3.2. Тепловые искажения импульсного пучка на трассе, содержащей аэрозольный слой
3.3. Самовоздействие лазерного пучка в условиях стационарной автоконвекции

Глава 4. ГОРЕНИЕ СФЕРИЧЕСКОЙ УГЛЕРОДНОЙ ЧАСТИЦЫ В
ПОЛЕ ИНТЕНСИВНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
4.1. Внутреннее оптическое поле в сферической частице углерода на А =10,6 мкм II6
4.2. Модель процесса горения. Система уравнений
4.3. Схема численного решения
4.4. Радиус и температура горящей частицы
4.5. Приближенная система уравнений для радиуса и температуры частицы
4.6. Частица как тепловой источник
4.7. Сечение ослабления теплового ореола горящей частицы
4.8. Влияние сублимации на уменьшение радиуса частицы
Глава 5. САМ0В03ДЕЙСТВИЕ ЛАЗЕРНОГО ИМПУЛЬСА В САЖИСТОМ АЭРОЗОЛЕ
5.1. Просветление полидисперсного аэрозоля
5.2. Распространение лазерного импульса в горящем углеродном аэрозоле
ЗАКЛЮЧЕШЕ
ЛИТЕРАТУРА

В настоящее время в связи с прогрессом в разработке и . создании мощных оптических квантовых генераторов расширяется сфера их применения в лазерных системах связи, локации, атмосфернооптических исследованиях, дистанционном зондировании атмосферы [1] . Эти задачи делают актуальными теоретические исследования распространения в атмосфере интенсивных оптических пучков. Среди широкого круга проблем атмосферной оптики важное место занимают задачи, связанные с распространением лазерного излучения в различных аэрозолях, в частности, твердых аэрозолях, присутствие которых в атмосфере имеет глобальный и постоянный характер. Твердые аэрозоли образуются как естественным путем (морская пыль над океаном, минеральная континентальная пыль, дымы лесных и степных пожаров и т.п.), так и искусственным в зонах промышленной деятельности (дымы и смог ). Одним из наиболее распространенных атмосферных аэрозолей является углеродный аэрозоль, взаимодействие с которым интенсивного лазерного пучка отличается той особенностью, что частицы аэрозоля, поглощая энергию поля, могут воспламеняться. Это приводит к тому, что процесс распространения лазерного излучения в углеродном аэрозоле носит характер самовоздействия и способен существенно изменить энергетику пучков за счет возникновения зон повышенной прозрачности, либо зон ослабления вследствие рефракции на тепловых неоднородностях среды.
Состояние вопроса
К настоящему времени накоплен значительный опыт в теоретическом описании взаимодействия импульсных лазерных пучков с поглощающими аэрозолями в условиях, когда не происхо-

из чего следует устойчивость расчета по этим аппроксимациям. Рассмотрим, например,
т«.(1лв£.)
1 5 . I * Ь!ь) '
Для общей собственной функции ^ операторов А , Т имеем:

1-1 Ал/^:
1 -аА/>
-1.
(X)

Отсвда вследствие ортонормированности ^ следует унитарность Т з . Таким образом, операторы перехода Т*. (ьгЛ)
г п-г^с
позволяют определить новые классы разностных схем Ь : П Г Ь, _ («0 к*‘ в которых I можно формально рассматривать как операторы
перехода на некоторые фиктивные комплексные слои.
Исследуем точность аппроксимации для Т*. и Т3 , используя общие собственные функции 0^°и операторов А и А . Аналогично выводу (2.30) для схемы Кранка-Никольсона получим
/V .
оценки Лг, Аъ = I %и[ъ) -(^«('2)1 , Ъ'~ пЪ для
схем Тг. , Т3 на единственной гарлонике СГ
(^(гЫт.Г^ С (е)* (т.у^-Лгл:.

/СО

АТа = б<ср 11 СОУС-Ц
1 - А5 I1I х 1г /л
( I Хл 1 > ч»
1 - ■с1** / 10 Лл /■