Исследование распространения частично когерентного лазерного излучения в неоднородных средах лучевыми методами

• Автор: Колосов, Валерий Викторович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 315 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ.
ВВЕДЕНИЕ
ЧАСТЬ I. РАЗВИТИЕ ЛУЧЕВЫХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В НЕОДНОРОДНЫХ СРЕДАХ
ГЛАВА 1. ПРИБЛИЖЕНИЕ УРАВНЕНИЯ ПЕРЕНОСА ИЗЛУЧЕНИЯ (УПИ) В ИССЛЕДОВАНИИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЧАСТИЧНО КОГЕРЕНТНЫХ ЛАЗЕРНЫХ ПУЧКОВ
1.1. Исходные уравнения. Приближение квазиоптики
1.2. Методы исследования распространения частично когерентного излучения. Уравнение для функции когерентности второго порядка
1.3. Условия замыкания уравнения для функции когерентности второго порядка при тепловом самовоздействии
1.4. Метод уравнения переноса излучения (УПИ)
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ УРАВНЕНИЯ ПЕРЕНОСА ИЗЛУЧЕНИЯ
2.1. Решение УПИ методом характеристик
2.2. Решение УПИ методом расщепления по физическим факторам
2.3. Метод решения УПИ в прилучевом приближении
2.4. Тождественность решений УПИ и параболического уравнения в геометрооптическом приближении
2.5. Алгоритм численного решения УПИ методом прилучевого приближения
2.6. Инженерные методики. Сопоставление результатов решений различными методами, в том числе с результатами других авторов
Рисунки к главе
ГЛАВА 3. ЛУЧЕВЫЕ МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ПАРАБОЛИЧЕСКОГО УРАВНЕНИЯ И УРАВНЕНИЯ ДЛЯ ФУНКЦИИ КОГЕРЕНТНОСТИ
3.1. Лучевой метод решения уравнения для функции когерентности
( асимптотически точный метод )
3.2. Лучевой метод решения параболического уравнения ( точный метод)
3.3. Влияние дифракции на формирование аберрационных максимумов когерентного и частично когерентного излучения. Адаптивная сетка
3.4. Сравнение метода дифракционных лучей с методом комплексных лучей (методом ВКБ) и методом уравнения переноса излучения (УПИ)
3.5. Учет влияния флуктуаций диэлектрической проницаемости в рамках фазо-

вого приближения метода Гюйгенса - Кирхгоффа.
3.6. Лучевые траектории в приближении геометрической оптики для неоднородно поглощающих сред.
Рисунки к главе.
ЧАСТЬ II. ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ В СРЕДАХ С ОДНОРОДНЫМ В ПОПЕРЕЧНОМ СЕЧЕНИИ ПУЧКА ПОГЛОЩЕНИЕМ.
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ И СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МОЩНЫХ ЛАЗЕРНЫХ ПУЧКОВ НА АТМОСФЕРНЫХ ТРАССАХ.
4.1. Исследование энергетических характеристик частично когерентного излучения в однородной нелинейной среде.
4.2. Изменение когерентности мощного лазерного излучения в однородной нелинейной среде.
4.3. Учет влияния флуктуаций скорости ветра на распространение частично когерентного излучения в атмосфере.
4.4. Модели атмосферы, используемые для исследования распространения мощного излучения на высотных трассах.
4.5. Исследование самовоздействия частично когерентного излучения на высотной вертикальной трассе.
4.6. Распространение мощного излучения на протяженных слабонаклонных высотных трассах.
4.7. Учет влияния дрожания направления пучка.
Рисунки к главе.
ГЛАВА 5. ОПТИМИЗАЦИЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ЭНЕРГИИ ЧАСТИЧНО КОГЕРЕНТНЫХ ПУЧКОВ НА АТМОСФЕРНЫХ ТРАССАХ.
5.1. Математические критерии оптимального распространения.
5.2. Оптимизация начальной фокусировки для различных типов атмосферных трасс.
5.3. Оптимизация начальной мощности частично когерентного излучения.
5.4. Оптимизация распространения мощных лазерных пучков с линейчатым спектром излучения.
5.5. Оптимизация геометрических параметров пучка и трасс распространения.

5.6. Оптимизация в условиях функциональной зависимости оптимизируемых параметров.
Рисунки к главе.
ГЛАВА 6. ФАЗОВАЯ КОРРЕКЦИЯ ЧАСТИЧНО КОГЕРЕНТНЫХ ПУЧКОВ.
6.1. Отличительные особенности фазовой коррекции когерентного и частичного излучения. Управление наклонами фазового фронта.
6.2. Программная коррекция фазы и область ее эффективности.
6.3. Алгоритм выбора начальной фокусировки частично когерентного пучка на вертикальной трассе.
6.4. Возможность фокусировки излучения в пятно, меньшее дифракционного предела.
6.5. Дислокации волнового фронта, поведение лучевых траекторий в их окрестности.
Рисунки к главе.
ЧАСТЬ III. ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ В НЕОДНОРОДНО ПОГЛОЩАЮЩИХ (УСИЛИВАЮЩИХ) СРЕДАХ.
ГЛАВА 7. ИССЛЕДОВАНИЕ КОГЕРЕНТНЫХ СВОЙСТВ ВЫХОДНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ РЕНТГЕНОВСКОГО (X-RAY) ЛАЗЕРА И ЛАЗЕРА НА ПАРАХ МЕДИ.
7.1. Особенности применения метода УПИ для исследования характеристик выходного излучения рентгеновского лазера.
7.2. Аналитические решения задачи в средах с параболическим распределением комплексной диэлектрической проницаемости.
7.3. Результаты численного решения задачи для распределений диэлектрической проницаемости, отличных от параболического.
7.4. Влияние флуктуаций показателя преломления активной среды на когерентность выходного излучения.
7.5. Исследование выходного излучения лазера на парах меди.
Рисунки к главе.
ГЛАВА 8. ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В СИЛЬНО ПОГЛОЩАЮЩИХ НЕОДНОРОДНЫХ СРЕДАХ.
8.1. Исследование выходного излучения рентгеновского лазера в рамках строгого подхода. Сравнение с методом УПИ.
8.2. Особенности поведения лучевых траекторий в приближении геометриче-

R(z) = R + x (z - z') (2-6)
и интенсивность в плоскости z = z' определиться как

W(z', R) = t?ffdx Jo(R - X z', к). (2.7)
Рассмотрим дифракцию гауссова сфокусированного пучка с начальным распределением поля
E(z = О, R) = Е0 exp I - 7 - i — I, функция когерентности которого имеет вид
( R2 pi ikR
r2(z = 0, R, p)=ff0exp- + F J, (29)
где JFo - начальная интенсивность на оси пучка, «о - начальный радиус пучка, F - дистанция фокусировки. Функции когерентности (2.9) соответствует начальное распределение яркости
2 2 г- 2
Гйо R
J0(R, X) = —— exp —~1 —кг а о (к — BJF) . (2.10)
71 L «о J
Подставляя (2.10) в (2.7), найдем решение УПИ для интенсивности в случае линейной
среды
Г R:
ехр 2
1 а о [ (1 + z'/F) + z' IL л]
W(z', R) = Wo L—— T ~~l 2~ —, (2-11)
(1+z’fF) +z'/Ld

где LD = fr а о - квадрат дифракционной длины когерентного пучка. Аналогичное решение для интенсивности дифрагирующего пучка дает решение параболического уравнения [58]. Таким образом, как и следовало ожидать, УПИ описывает дифракционные эффекты тождественно параболическому уравнению, т.е. во френелевском приближении.
Частично когерентному пучку, функцию когерентности которого зададим в виде
[86]
Г R2 2 22 ikR
T2(z = 0, R, р) = W0 exp j0 + а о/г *) + ’ (2.12)
где гК - начальный радиус когерентности, соответствует начальное распределение яркости
ТГ[Г . I к1 al f R2 к1 но(х —R/A)2]
J0(R, х)=-——Т~1ехр]--7
п1+ао/гК [ «о 1+«o/kJ Из сравнения (2.13) и (2.10) видно, что ухудшение когерентности излучения приводит к
увеличению масштаба яркости по угловым координатам по сравнению с когерентным
излучением. Для интенсивности частично когерентного пучка получим выражение