Автоколебательная неустойчивость в газовых лазерах с поперечным протоком двухкомпонентной активной среды

• Автор: Кузьминский, Леонард Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 132 с.

Глава 1. Нелинейно-динамические явления в лазерах с движущейся активной средой (обзор литературы)
1.1 Теоретические исследования автоколебательной неустойчивости в проточных лазерах
1.2 Экспериментальные исследования режимов генерации лазеров с движущейся активной средой
1.3 Физические механизмы различных типов автоколебаний в проточном лазере с неустойчивым резонатором

1.4 Аналитическая модель для слабонеоднородной системы

1.5 Релаксационные автоколебания в однокомпонентной активной среде

1.6 Краевые пролетные автоколебания в однокомпонентной активной среде

1.7 Заключение к главе

Глава 2. Релаксационные автоколебания в неустойчивом резонаторе с поперечным протоком двухкомпонентной активной среды

2.1 Физическая модель и основные уравнения

2.2 Выбор граничных условий

2.3 Модель двухкомпонентной среды с “занулением” стационарного обмена
2.4 Аналитическая расчетная модель в приближении слабой неоднородности
2.5 Результаты расчётов и обсуждение
2.6 Заключение к главе
Глава 3. Механизм возбуждения пролетных колебаний в движущихся двухкомпонентных газовых смесях
3.1 Расчетная модель и основные уравнения
3.2 Аналитическая модель мод возмущений пролетных колебаний в смесях
3.3 Результаты расчетов и обсуждение
3.3.1 Стационарные распределения населенностей уровней и интенсивности поля в двухкомпонентных смесях
3.3.2 Пространственная структура краевых пролетных мод возмущений
3.3.3 Инкременты пролетных автоколебаний
3.3.4 Взаимодействие пролетных и релаксационных колебаний
3.4 Заключение к главе
Глава 4. Автоколебательная неустойчивость в лазерных системах с движением активной среды в пространственно-периодическом поле
4.1 Расчетная модель и основные уравнения
4.2 Механизм усиления возмущений в потоке среды
4.3 Результаты численного моделирования нарастания возмущений в усилителе

4.4 Особенности нарастания возмущений в периодическом поле в случае двухкомпонентной активной среды
4.5 Численное моделирование системы генератор-усилитель
4.6 Заключение к главе
Основные результаты работы и выводы
Литература
Приложение
Приложение
Благодарности

Актуальность работы. Светодинамические явления в лазерах, такие как автоколебательная неустойчивость стационарной генерации, возникновение автопульсаций излучения и различных видов импульсно-периодической и хаотической генерации представляют большой научный интерес для общей проблемы распределенных нелинейно-динамических систем. Практическая актуальность исследования указанных явлений заключается, с одной стороны, в том, что они при определенных условиях могут сильно влиять на работу лазера, а, с другой стороны, в принципиальной возможности использовать эти явления для создания на их основе новых эффективных методов управления динамическими режимами работы лазеров.
В лазерах с движущейся активной средой, к которым относятся используемые в промышленности “технологические” лазеры на молекулярных газах (СС>2,СО), существуют специфические механизмы неустойчивости, обусловленные нелокальным характером взаимодействия излучения со средой и возникновением в потоке среды инерционной обратной связи между различными пространственными зонами резонаторной системы. Физическая картина динамической неустойчивости в таких лазерах усложняется наличием в них разных типов автоколебаний, которые могут взаимодействовать между собой.
В настоящее время механизмы возбуждения различных автоколебаний достаточно полно изучены только для простой модели проточного лазера с неустойчивым резонатором и однокомпонентной активной средой. Между тем во всех существующих типах технологических лазеров в качестве активной среды используются смеси газов, компоненты которых обмениваются энергией друг с другом. Имеющиеся в литературе публикации по динамике генерации быстропроточных С02~Щ лазеров не выявляют в достаточной степени качественных особенностей механизмов неустойчивости в смесях и

й(1)=йе(1).й(1)=ав(1)» (2.2.8)
где ё2ех) и ёЗе (х) " “установившиеся” квазиоднородные возмущения (п.2.4).
При таком выборе входных возмущений краевая модуляция отсутствует. Значения g2e(l) и £зе(1) подбирались численно или рассчитывались по формулам аналитической модели по известным стационарным распределениям в2х{х), 0^{х), Жя{х) (п.2.4).
2.3 Модель двухкомпонентной среды с “занулением” стационарного обмена
Естественно предположить, что основной механизм влияния обменных процессов на возбуждение РК в двухкомпонентной смеси связан с обменом возмущениями - передачей колебаний от активной компоненты к энергонесущей и обратно. С другой стороны, обмен энергией возбуждения может заметно изменять и сами стационарные профили С?25(х) и РУ3(х), вид которых
существенно влияет на возбуждение автоколебаний (п. 1.5). Чтобы исследовать действие механизма обмена возмущениями “в чистом виде”, нами в ряде расчетов производился специальный выбор параметров среды, при которых в стационарном состоянии системы обмен энергией между компонентами смеси отсутствует и, следовательно, механизм автоколебательной неустойчивости может быть обусловлен только обменом возмущениями. В такой искусственно “согласованной” смеси соотношение стационарных населенностей компонент во всех точках соответствует равновесному
0Ъ!1{х)Ю28{х)=У2ъ1 УЪ2’ (2.3.1)
и происходит “зануление” результирующего стационарного потока возбуждений
= ^23^25 ~ Г32^ = 0 ■ (2.3.2)
Уравнения для стационарных населенностей 023 и (?з5 в этом случае оказываются развязанными: