Оптика мощных лазерных импульсов в газово-аэрозольных средах

• Автор: Кабанов, Андрей Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 241 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I
Взаимодействие мощного лазерного излучения
с однородно поглощающими аэрозольными частицами
1.1 Экспериментальная методика определения характеристик процесса взрывного вскипания
1.2 Результаты измерений характеристик процесса взрывного вскипания частиц водного аэрозоля
1.3 Модель взрывного вскипания однородно поглощающей частицы в поле
лазерного импульса
Выводы по главе
ГЛАВА II
Взаимодействие мощного лазерного излучения
с неоднородно поглощающими частицами аэрозоля
2.1. Исследования взрыва неоднородно поглощающих частиц по сигналу светорассеяния
2.1.1. Экспериментальная методика исследования взрыва аэрозольных частиц по сигналу светорассеяния
2.1.2. Сигналы светорассеяния при взрывном вскипании и разрушении частиц полидисперсного аэрозоля
2.2. Исследования взрыва неоднородно поглощающих частиц под действием лазерного импульса по акустическому отклику
2.2.1. Экспериментальная методика акустической диагностики процесса взрыва неоднородно поглощающих частиц
2.2.2. Результаты исследований взрыва аэрозольных частиц в поле мощного лазерного излучения по акустическому отклику
2.3. Разрушение неоднородно поглощающих аэрозольных частиц
при их взрывном вскипании
Выводы по главе
ГЛАВА III
Распространение интенсивных лазерных импульсов на атмосферных
трассах в условиях реализации нелинейно-оптических эффектов
3.1 Акустическая диагностика эффективности формирования очагов пробоя в атмосфере

3.2 Геометрия плазменных очагов при распространении интенсивных лазерных
пучков в атмосфере
3.3 Модель нелинейного коэффициента аэрозольного ослабления при его
взрывном вскипании и разрушении
3.4 Эффективность передачи энергии МЛИ на приземных атмосферных
трассах
Выводы по главе
ГЛАВА IV
Распространение лазерных импульсов фемтосекундной длительности в
газовых и аэрозольных средах
4.1 Распространение фемтосекундных импульсов в аэрозоле
4.1.1. Экспериментальная установка и методика проведения измерений
4.1.2 Результаты экспериментов по распространению фемтосекундного
лазерного импульса в аэрозоле
4.2 Филаментация сфокусированного лазерного пучка
4.2.1 Экспериментальная установка и методика проведения измерений
4.2.2 Результаты экспериментов по филаментации сфокусированного лазерного
импульса
4.3 Трансформация спектра лазерного импульса при его филаментации
4.3.1 Экспериментальная установка и методика проведения измерений
4.3.2 Результаты экспериментов по трансформации спектра лазерного импульса
при филаментации
4.4 Пространственные характеристики сфокусированного лазерного пучка
при его филаментации
4.4.1 Экспериментальная установка и методика проведения измерений
4.4.2 Результаты экспериментов по трансформации пространственной
структуры лазерного пучка при филаментации
4.5 Взаимодействие фемтосекундных лазерных импульсов
с конденсированными средами
4.5 Экспериментальные исследования филаментации мощных лазерных
импульсов атмосфере
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследований
Нелинейная атмосферная оптика, являясь одним из разделов современной атмосферной оптики, начала развиваться в 70-ые годы прошлого века и стабильно наращивает развитие, трансформируя и расширяя круг задач в соответствии с развитием лазерной техники.
Актуальность исследований распространения лазерных импульсов микросекундной длительности, генерируемых на колебательных переходах двуокиси углерода, в силу больших кпд, определялась практической потребностью передачи лазерной энергии, созданных в 70-ые годы прошлого века источников, через атмосферу. При этом аэрозольная фракция, практически всегда в том или ином виде присутствующая в атмосфере, является наиболее значимой, с точки зрения ослабления лазерного излучения. Основным и наиболее распространенным аэрозолем атмосферы, влияющим на условия распространения лазерного излучения, является водный аэрозоль - дождь, морось, туман, облака.
Взаимодействия мощного лазерного излучения с ансамблями водных частиц протекает различным образом в зависимости от длины волны лазерного излучения, что определяет поглощающие свойства капель, длительности лазерного импульса, определяющей мощность излучения, размера частиц от которого зависит степень неоднородности распределения световых полей по объему аэрозольной частицы.
Для импульсного излучения С02-лазеров микросекундной длительности энергетические пороги нелинейно-оптических эффектов, испарение, взрыв, фрагментация, оптический пробой частиц водного аэрозоля составляют от нескольких до несколько десятков Дж/см2, поэтому учет данных эффектов необходим в задаче транспортировки мощных пучков в аэрозольной атмосфере. Для прогноза эффективности передачи лазерной энергии в заданную область пространства необходим учет трансформации оптических свойств среды при распространении в ней мощного лазерного излучения. Построение модели ослабления излучения аэрозольной атмосферой невозможно без первоначального моделирования процесса взаимодействия излучения с отдельной аэрозольной частицей и оптических последствий этого взаимодействия. Поскольку задача, в силу многообразия взаимовлияющих факторов, достаточно сложна для чисто теоретического

основных характеристик процесса взрыва аэрозольных частиц, использовался пьезокерамический датчик на основе цинцината титаната свинца ЦТС - 19, с полосой пропускания до 2,5 МГц. Амплитуда акустического импульса, т.е. пиковое акустическое давление, пропорциональна изменению плотности среды за счет фазового перехода жидкость-пар, т.е. степени испарения вещества аэрозольных частиц.