Исследование оптических неоднородностей турбулентного неравновесного газового потока

• Автор: Гришаев, Роман Викторович
• Шифр специальности: 05.27.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Шатура
• Количество страниц: 87 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОПТИЧЕСКОЕ КАЧЕСТВО АКТИВНОЙ СРЕДЫ МОЩНЫХ

СЛАЗЕР0В ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЯВЛЕНИЯ УСИЛЕНИЯ МЕЛКОМАСШТАБНЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ПЛОТНОСТИ ГАЗА В АКТИВНОЙ СРЕДЕ БАПГ С ЛАЗЕРА.

2.1. Введение.

2.2. Постановка задачи

. Исследование уравнений кинетики и теплового баланса

для Слазера с быстрой аксиальной прокачкой на устойчивость

2.4. Расчет порогового значения плотности мощности

энерговклада

2.5. Анализ формулы для расчета пороговой величины
плотности мощности энерговклада.
2.6. Выводы к главе 2.
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТУРБУЛЕНТНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ ПЛОТНОСТИ В ПОТОКЕ АКТИВНОЙ СРЕДЫ БАПГ С ЛАЗЕРА НАКАЧКА ПРОДОЛЬНЫМ РАЗРЯДОМ ПОСТОЯННОГО ТОКА
3.1. Введение.
3.2. Описание экспериментальной установки.
3.3. Результаты обработки экспериментальных данных
3.4. Выводы к главе 3.
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ТУРБУЛЕНТНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ ПЛОТНОСТИ В ПОТОКЕ АКТИВНОЙ СРЕДЫ БАПГ С ЛАЗЕРА НАКАЧКА ПОПЕРЕЧНЫМ ВЧ РАЗРЯДОМ
4.1. Введение.
4.2. Описание экспериментальной установки.
4.3. Результаты обработки экспериментальных данных
4.4. Выводы к главе 4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Приложение А. Люминесцентный метод диагностики активной
среды газоразрядного С лазера
Приложение Б. Описание программ регистрации и обработки
сигналов, методика обработки данных.
Приложение В. Расчет параметров активной среды БАПГ
С лазера
Приложение Г. Программа расчета порогового значения
плотности мощности энерговклада.
ЛИТЕРАТУРА


Описание экспериментальной установки. Приложение А. Приложение Б. Приложение В. Приложение Г. Интерес к исследованию прохождения когерентного излучения через турбулентную неравновесную среду определяется, прежде всего, стремлением к повышению качества выходного излучения мощных прокачных газовых лазеров. Оптические неоднородности активной среды таких лазеров, являющиеся источниками аберраций волнового фронта генерируемого излучения, можно разделить на крупномасштабные пространственные неоднородности показателя преломления и мелкомасштабные (по сравнению с поперечным размером лазерного пучка) оптические неоднородности, вызванные, в том числе, турбулентными флуктуациями плотности газа, которые носят случайный характер. Несмотря на большое количество публикаций, посвященных исследованию мелкомасштабных оптических неоднородностей, ряд вопросов остается слабоизученным, как теоретически, так и экспериментально. В частности, недостаточно исследовано влияние разряда и лазерной генерации на структуру турбулентности активной среды, и эффект, который это влияние оказывает на оптическое качество среды. Здесь, в свою очередь, значительный интерес для исследования представляет эффект усиления амплитуд турбулентных флуктуаций плотности и рефракции в термодинамически неравновесных средах (активная среда газового лазера с быстрой прокачкой смеси, ионосфера). Эти эффекты особенно сильно проявляются в активной среде мощных прокачных газовых лазеров, определяя предельное качество их выходного излучения. Таким образом, проблема актуальна также для изучения эффективности передачи узконаправленных информационных или энергетических потоков посредством лазерных пучков в атмосфере и, в частности, в ионосфере. Цель данной работы заключается в исследовании мелкомасштабных оптических неоднородностей термодинамически неравновесной турбулентной активной среды технологического газоразрядного СО2- лазера с быстрой аксиальной прокачкой газа (БАПГ). Методом люминесцентной диагностики были проведены измерения турбулентных пульсаций плотности активной среды БАПГ С- лазера с накачкой продольным тлеющим разрядом постоянного тока и БАПГ С- лазера с накачкой поперечным ВЧ разрядом. Также теоретически исследовался эффект усиления мелкомасштабных оптических неоднородностей в БАПГ С- лазере. Новизна результатов. В результате исследования на устойчивость двухтемпературной системы кинетических уравнений, описывающих газоразрядный БАПГ С- лазер, выведена формула расчета пороговой величины удельной объемной мощности разряда (по превышении которой в потоке активной среды происходит развитие мелкомасштабных оптических неоднородностей), с учетом зависимости скорости УТ релаксации с верхнего лазерного уровня от температуры рабочей смеси и доли мощности разряда, идущей на прямой нагрев рабочей смеси. Показано существенное влияние этих факторов на расчетную величину пороговой удельной объемной мощности разряда. Для различных величин энерговкладов в присутствии и отсутствии излучения экспериментально получены спектры продольных пульсаций плотности активных сред БАПГ С- лазеров с накачкой продольным тлеющим разрядом постоянного тока и накачкой поперечным ВЧ разрядом. В тех случаях, когда продольные пульсации плотности имели колмогоровский характер, сделаны оценки структурной характеристики показателя преломления С2 активной среды. Теоретически показано, что наличие зависимости скорости УТ релаксации с верхнего лазерного уровня от температуры рабочей смеси существенно снижает пороговое значение плотности мощности энерговклада для развития мелкомасштабных неоднородностей активной среды газоразрядного БАПГ С-лазера. Структурная характеристика показателя преломления С2 активной среды БАПГ С- лазера с накачкой продольным тлеющим разрядом постоянного тока перестает быть постоянной при превышении пороговой величины удельной объемной мощности разряда и начинает расти с ростом энерговклада. Также показано, что в отсутствие лазерной генерации величина С2 имеет меньшее значение, чем при наличии лазерной генерации.