Нелинейное рассеяние лазерного излучения капельным аэрозолем

• Автор: Гейнц, Юрий Эльмарович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 322 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

1. Оптические поля при нестационарном и нелинейном рассеянии лазерного

излучения сферической частицей

1.1. Основные уравнения нелинейных процессов параметрического волнового взаимодействия в частице

1.2. Резонансы внутреннего оптического поля прозрачных сферических частиц

1.3. Уравнения взаимодействия связанных волн в частице

1.4. Нестационарное упругое рассеяние света на частицах

1.5. Особенности формирования резонансных мод внутреннего поля частицы при нестационарном возбуждении

2. Эффекты вынужденного рассеяния света.в прозрачных частицах

2.1. Общий обзор эффектов вынужденного рассеяния света
2.2. Пороги и стационарные режимы комбинационного рассеяния
2.3. Эффективность нелинейного взаимодействия оптических полей в частице. Коэффициент пространственного перекрытия
2.4. Оптимальные условия возбуждения резонансов внутреннего оптического поля частиц
2.5. Нелинейная восприимчивость среды при процессе ВРМБ
2.6. Угловая структура поля вынужденного рассеяния
3. Нелинейное рассеяние света на аэрозольных частицах в условиях
пондеромоторного эффекта
3.1. Деформации капли в интенсивном световом поле
3.2. Резонансная раскачка пондеромоторных колебаний
3.3. Комбинационное рассеяние света на поверхности колеблющихся капель
3.4. Особенности протекания процессов ВР в жидких частицах. Эффект «Декартового кольца»
3.5. Влияние деформаций поверхности сферических микрокапель на добротность их собственных резонансных мод

4. Нелинейное рассеяние света в условиях взрывной фрагментации
аэрозольных частиц
4.1. Фазовый взрыв-фрагментация жидких частиц. Режимы взрыва
4.2. Энергетические пороги фазового взрыва
4.3. Модели фрагментации жидких частиц
4.4. Динамические эффекты при фазовом взрыве. Деформации капель
4.5. Оптические характеристики аэрозольной среды при взрывной фрагментации частиц
5. Эффекты нелинейного аэрозольного рассеяния света в практических
задачах атмосферной оптики
5.1. Интегральная прозрачность капельных и кристаллических аэрозольных сред
5.2. Оптоакустика аэрозоля в поле интенсивного излучения
5.3. Диагностика функции распределения аэрозольных частиц по размерам по динамической составляющей рассеянного сигнала от колеблющихся капель.
5.4. Лазерная диагностика обводненных зольных частиц промышленных выбросов ТЭС
Заключение
Литература
Приложение I. Стационарная теория Ми
A. Основные понятия и соотношения. Поглощающие и прозрачные частицы
B. Сферические вектор-гармоники
C. Разложение электромагнитного поля фокусированного гауссового пучка в ряд по сферическим гармоникам
О..Методические аспекты численного расчета оптического поля гауссовых пучков
Е. Соотношения для вычисления характеристик резонансных мод сферических частиц
Приложение II. Блок-схемы и датаграммы компьютерных программ
A. Расчет пространственной структуры электромагнитного поля внутри сферической частицы
B. Поиск резонансов оптического поля в сферической частице и расчет их основных характеристик
C. Вычисление коэффициента пространственного перекрытия оптических полей в сферической частице
В. Расчет временной зависимости интенсивности упругого рассеяния света от сферической частицы при освещении ее импульсом со спектрально ограниченным спектром (спектральный метод)

Р 1А<г;0 = Е(г;г),
го1го!Е(г;0 + + = >•>. (1.2)
где еа - диэлектрическая проницаемость вещества частицы, в то время, как наведенная полем накачки нелинейная часть РДг;0 поляризации среды связана непосредственно с рассматриваемым нелинейным процессом и служит источником поля волны комбинационного рассеяния.
Как известно, система уравнений (1.1) после исключения напряженности
магнитного поля Н(г;/) преобразуется в волновое уравнение для вектора
напряженности электрического поля в частице Е(гц):
еа 32Е(г^) , 4лст 5Е(г;г) _ 4л Э2РЛ,(г;0 ~д1 "с2" д?
На границе шаровой области необходимо наложить условия непрерывности тангенциальных компонент поля:
(Е'(г;0 + Ек(г;0-Е(г;0)| хп, = {Н'(г;0 + Нж(г;Г)-Н(г;0)| хпг=0, (1.3)
4 '1г=а0
где п, - внешняя нормаль к поверхности частицы, а индексы "г" и "зс" относятся к падающей и рассеянной вне частицы волнам соответственно. Подчеркнем, что в правой части уравнения (1.2) стоит величина нелинейной поляризации среды, т.к. мы рассматриваем только процессы нелинейного рассеяния, связанные с конкретными дипольными переходами [85].
Электрическое поле в частице Е(г;0 является суммой полей на основной частоте со/, (частоте накачки) и на частотах комбинационного рассеяния. При этом теоретически гармоник может возникать бесконечное множество с частотами со = со/, ± лС2д , п = 1...оо , где - частота дипольного перехода молекул вещества. Однако мы ограничимся рассмотрением моделью двухуровневой среды и, соответственно, только первой стоксовой волны с частотой со^ = со/ - Од, как наиболее интенсивной [57]. Следовательно, записав
Е(г;0 = Е/(г;0 + Е^гЦ); Н(г;0 = Н/(г;0 + Н^г;?), (1.4)
можно рассматривать уравнения (1) отдельно для каждой из волн:
+ (1.5)
с Э/ с д1 с 5?