Плазменные и газовые среды для измерения параметров и управления характеристиками пучков миллиметровых волн

• Автор: Гитлин, Михаил Семенович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 271 с. : 71 ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Создание широкоапертурной плазмы с помощью СБ-Хе разряда постоянного тока и ее диагностика
1.1. Газоразрядные трубки и экспериментальные установки для создания пространственно однородного положительного столба СБ-Хе разряда

1.2. Методы диагностики плазмы положительного столба СБ-Хе разряда

1.2.1. Измерение напряженности продольного электрического поля

и концентрации электронов в положительном столбе

1.2.2. Эмиссионная оптическая спектроскопия ПС СБ-Хе разряда

1.2.3. Измерение температуры электронов в ПС Сб-Хс разряда

1.2.4. Методика измерения пространственного распределения

интенсивности оптического излучения ПС Сб-Хс разряда

1.3. Экспериментальное исследование плазмы положительного столба
СБ-Хе разряда
Глава 2. Метод визуализации и определения пространственного распределения интенсивности миллиметровых волн при помощи
оптического континуума, излучаемого ПС СБ-Хе разряда
2.1. Методы визуализации и определения пространственного
распределения интенсивности миллиметровых волн
2.2. Экспериментальное исследование характеристик метода визуализации пространственного распределения интенсивности ММ волн
при помощи оптического континуума, излучаемого ПС СБ-Хе разряда
2.2.1. Исследование воздействия ММ излучения на слой плазмы ПС
СБ-Хе разряда
2.2.2. Визуализация пространственного распределения интенсивности ЭМ излучения восьмимиллиметрового диапазона на выходе
рупорных антенн и в квазиоптическом пучке
2.2.3. Определение чувствительности метода по энергии и мощности
ЭМ излучения в восьмимиллиметровом диапазоне длин волн
2.2.4. Измерение временного разрешения метода визуализации миллиметровых волн
2.2.5. Визуализация ЭМ излучения восьмимиллиметрового диапазона
с длительностью импульса порядка микросекунды
2.2.6. Визуализация ЭМ излучения двухмиллиметрового диапазона
длин волн

Глава 3. Физические основы метода визуализации ММ излучения
при помощи оптического континуума, излучаемого ПС Сб-Хс разряда
3.1. Механизм влияния электрического поля на яркость оптического континуума, излучаемого ПС СБ-Хе разряда
3.2. Функция распределения электронов по энергии в однородном
ПС Сб - Хе разряда и влияние ее вида на оптический континуум
3.3. Экспериментальное исследование зависимости яркости ОК от величины электрического ПОЛЯ
3.4. Исследование причин нелокальности отклика ОК, излучаемого
ПС СБ-Хе разряда среднего давления, на воздействие микроволнового
излучения. Пространственное разрешение метода визуализации
3.4.1. Эксперименты по визуализации пространственного распределения интенсивности ММ излучения в фокальной области аксикона
3.4.2. Моделирование поведения в пространстве яркости ОК в условиях воздействия на плазму ММ излучения
3.4.3. Сравнение результатов расчетов и экспериментов
3.5. Динамика отклика температуры электронов на быстрое изменение
интенсивности ММ излучения
Глава 4. Демонстрация прикладных возможностей метода визуализации
ММ излучения при помощи оптического континуума, излучаемого
ПС СБ-Хе разряда
4.1. Исследование характеристик излучения оротрона двухмиллиметрового
диапазона
4.2. Визуализация ММ излучения на выходе гиротрона с импульсным
магнитным полем
4.3. Визуализация теневых радиоизображений объектов, освещаемых миллиметровыми волнами
4.3.1. Экспериментальная установка для динамической визуализации
теневых радиоизображений объектов, освещаемых ММ излучением
4.3.2. Визуализация радиоизображений стационарных амплитудных объектов
4.3.3. Визуализация радиоизображений стационарных фазовых объектов
4.3.4. Визуализация в реальном времени радиоизображений нестационарных объектов

Глава 5. Использование широкоапертурных газоразрядных и газовых сред в нелинейной микроволновой квазиоптике
5.1. Нелинейные среды и нелинейные квазиоптические антенно-фидерные устройства диапазона сантиметровых и миллиметровых волн
5.2. Нелинейная среда для миллиметровых волн на основе однородной
плазмы ПС Сэ-Хе разряда среднего давления
5.3. Обращение волнового фронта при резонансном вырожденном четырехволновом смешении миллиметровых волн в газообразном
серооксиде углерода
Глава 6. Изучение возможности использования фотоионизационной плазмы в качестве объемной нелинейной среды для миллиметровых волн
6.1. Методы создания однородной объемной плазмы с помощью электронных
пучков и ультрафиолетового излучения
6.2. Несамостоятельный КВЧ разряд в молекулярных газах среднего
давления, поддерживаемый ультрафиолетовым излучением
6.3. Характеристики нелинейной среды для ММ волн на основе фотоионизованного молекулярного газа
6.4. Исследование механизма неустойчивости объемного несамостоятельного
КВЧ разряда, поддерживаемого УФ излучением
Заключение
Приложение 1. Кинетика положительного столба Ся-Хе разряда среднего
давления в условиях воздействия на него ММ излучения
П1.1. Кинетическая модель пространственно однородного ПС разряда
постоянного тока в смеси Ся-Хе
П1.2. Кинетические и электрические характеристики ПС Сэ-Хе разряда в отсутствии воздействия ММ излучения
П1.3. Моделирование влияния ММ излучения на кинетические и
электрические параметры плазмы ПС Сэ-Хе разряда
Приложение 2. Исследование динамики нагрева азота, а также смеси азота и кислорода в тлеющем и микроволновом разряде по вращательной структуре спектров поглощения молекул методом ВРЛС
Список сокращений и условных обозначений
Список работ, в которых опубликованы основные результаты диссертации
Список литературы

Глава 1. Создание широкоапертурной плазмы с помощью Св-Хе разряда постоянного тока и ее диагностика
Разработка новых методов измерения параметров ММ волн и управления ими в реальном времени, как отмечалось во введении к диссертации, является актуальной проблемой физики микроволн. В наших работах [29А, 31 А, 38А, 39А] было предложено использовать плазму положительного столба разряда постоянного тока в смеси паров цезия с инертным газом в качестве рабочей среды в устройствах по измерению характеристик ММ излучения и управлению ими. В данной главе описаны газоразрядные устройства и экспериментальные установки, которые использовались для генерации такой плазмы. Особое внимание в ней уделено описанию методов создания пространственно однородного плазменного слоя большой апертуры при давлении газа десятки торр. Такая плазменная среда использовалась нами в экспериментах по визуализации ММ излучения (см. главы
4) и самовоздействию ММ волн (см. главу 5). Цезий являлся легко ионизуемым компонентом этой газовой смеси. Инертный газ, в первую очередь, играл роль буферного газа4. Диагностика плазмы осущесвлялась зондовыми, микроволновыми и оптическими методами. Они описаны во втором параграфе данной главы. Заключает первую главу параграф, посвященный экспериментальному исследованию положительного столба Сэ-Хе разряда среднего давления в отсутствие воздействия миллиметрового излучения.
1.1. Газоразрядные трубки и экспериментальные установки для создания пространственно однородного положительного столба Св-Хе разряда
Ряд важных характеристик рассмотренных в диссертации устройств для измерения параметров и управления пучками ММ волн, которые используют плазму ПС разряда в смеси паров цезия с инертным газом, улучшаются с ростом давления инертного газа. В частности, быстродействие газоразрядных визуализаторов микроволн увеличивается пропорционально давлению газа [29А, 58А] (см. п. 3.5). Также с ростом давления газа связь температуры электронов и интенсивности ММ излучения становится более локальной [61А] (см. п. 3.4). Однако при увеличении давления возрастают квазиупругие потери энергии при столкновениях электронов с атомами инертного газа, которые прямо пропорциональны концентрации атомов и обратно пропорциональны их массе [29А]. Увеличение упругих потерь энергии электронов ведет к увеличению нагрева газа протекающим током. Сильный нагрев газа является основной причиной того, что становится невозможным создавать и
4 Свойства плазмы разрядов в смеси паров цезия и инертных газов изучались ранее в работах [152 -158] (см. также [159, 178]).