Моделирование физических процессов и методы расчета газоразрядных лазеров на атомарных, ионных и молекулярных переходах

• Автор: Мольков, Сергей Иванович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Петрозаводск
• Количество страниц: 443 с. : ил.

1. ИСХОДНЫЕ УРАВНЕНИЯ, ОПИСЫВАЮЩИЕ ПРОЦЕССЫ

В ГАЗОВЫХ ЛАЗЕРАХ

1.1 Кинетические уравнения Больцмана и уравнения Максвелла

1.2 Уравнения моментов для компонент плазмы

1.3 Волновое уравнение для электромагнитного’ поля индуцированного лазерного излучения

1.4 Интегральные уравнения Фокса-Ли

1.5 Уравнения переноса излучения

1.6. Уравнения баланса для заселенностей уровней и усиливающие

свойства активных сред

1.7 Основные результаты

2. ФУНКЦИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОНОВ

ПО ЭНЕРГИЯМ
2.1 Кинетическое уравнение для ФРЭЭ в скрещенных электрическом и магнитном полях
2.1.1 Решение КУ для смеси атомарных газов
2.1.2 Решение КУ для смеси молекулярных газов
2.2 Кинетическое уравнение для ФРЭЭ в ВЧ электрическом поле
2.2.1 Решение КУ при ВЧ возбуждении в смеси атомарных газов
2.2.2 Решение КУ при ВЧ возбуждении в смеси молекулярных газов
2.3 ФРЭЭ в импульсном разряде
2.4 ФРЭЭ в сильноточном разряде
2.5. Нелокальная ФРЭЭ
2.6 Скорость дрейфа, эффективная температура и константы скоростей неупругих процессов
2.7 Основные результаты
3. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ
ПАРАМЕТРОВ ПЛАЗМЫ РАЗРЯДОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ
ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ ЛАЗЕРОВ
3.1 Положительный столб слаботочного разряда низкого давления в продольном магнитном поле на смеси
атомарных газов
3.1.1 Основные уравнения
3.1.2 Диффузионный режим
3.1.3. Промежуточный режим движения ионов к стенке
3.2 Положительный столб сильноточного разряда низкого
давления в продольном магнитном поле
3.2.1 Уравнения Максвелла и уравнения баланса частиц в плазме
3.2.2 Уравнене движения электронов
3.2.3 Уравнения движения ионов и атомов
3.2.4 Решение уравнений
3.3 Плазма электроотрицательных газов в стационарном разряде,
стабилизированном магнитным полем
3.3.1 Уравнения баланса и движения заряженных частиц
3.3.2 Источники ионов в активной среде СОг лазера
3.3.3 Многоэлектродная разрядная камера в
поперечном магнитном поле
3.3.4 ГИП-образная разрядная камера
3.4 Плазма ВЧ разряда
3.4.1 Уравнения баланса и движения частиц
3.4.2 Кинетика ионизации
3.4.3 Результаты расчета
3.5 Основные результаты

4. ПАРАМЕТРЫ ПЛАЗМЫ АКТИВНЫХ СРЕД ГАЗОВЫХ ф ЛАЗЕРОВ
4.1 Взаимодействие частиц плазмы со стенкой
в разрядах низкого давления
4.1.1 Электронная эмиссия
4.1.2 Коэффициенты аккомодации атомов и ионов
ф 4.2 Динамика изменения химического состава плазмы
в разрядах на смеси молекулярных газов
4.2.1 Уравнения динамики химического состава плазмы
4.2.2 Динамика химического состава плазмы СО2- лазера
4.2.3 Температура газа
4.3 Слаботочный разряд низкого давления на смеси двух газов
4.3.1 Уравнение равновесия плазмы и закон Ома
4.3.2 Уравнение баланса давления
4.3.3 Уравнения баланса энергии
4.3.4 Методика и результаты расчета
4.4 Плазма положительного столба сильноточного разряда
4.4.1 Уравнение равновесия плазмы, закон Ома и баланс давления
Ф 4.4.2 Температура ионов
4.4.3 Уравнение баланса энергии
4.4.4 Закон подобия и результаты расчета
4.4.5 Устойчивость существования положительного
столба сильноточного разряда
ф 4.4.6 Аппроксимационные формулы для расчета параметров
плазмы для разряда в Ar и Кг
4.5 Плазма рекомбинационного лазера на смеси паров
щелочноземельных элементов с гелием
4.5.1 Основные уравнения

§ (у>ут) к результату, соответствующему описанному выше (1.32, 1.33).
Однородная или лоренцевская ширина линии /йу определяется упругими столкновениями, нарушающими когерентность взаимодействия частиц с полем, и конечностью времени жизни лазерных уровней, которые в соответствии с подходом, развитым в работе [150], определяются выражениями 1/та + ЖаЬ и 1/ть + ЖЬа, включая, таким образом, влияние индуцированных переходов. Если Ур- частота упругих столкновений, вызывающих нарушение когерентности взаимодействия частиц с полем, то:
Ау^±

2^+~+~+ЖаЬ+Ж,а
= Ау10 + Щ-^-Ж, (1.47)
^ёь
где суммирование ведется по всем р - компонентам плазмы, включая и столкновения с частицами собственного газа; Ауы.-лоренцевская ширина линии при отсутствии генерации.
Поскольку величина Ж в соответствии с выражением (1.42) зависит от
х, или частоты V, то будет зависеть от частоты и величины Ау1 и а. Таким образом, функция Р только по внешнему виду является дисперсионной, и ее зависимость от х является более сложной. С учетом выражения (1.47) для а(х,г А) получаем:
Ну „Ж
а = а,(1 + ——), (1.48)
, (149)
ёЛёь
где ау= Аую/2 Ау() , /г параметры, определяющие характер уширения линии и влияние на уширение индуцированных переходов, соответственно.
В заключение отметим, что решение системы уравнений баланса, приведенных в данном разделе, существенно упрощается, если установлен механизм заселения лазерных уровней. Совместно с уравнением переноса излучения (1.30) или (1.31), уравнение баланса позволяет определять заселенности уровней, инверсию заселенностей, пороговые условия, интенсивно-