Кинетические модели химических лазеров и их приложения

• Автор: Игошин, Валерий Иванович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1997
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 472 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОСНОВЫ КИНЕТИКИ ХИМИЧЕСКИХ
ЛАЗЕРОВ И ПРОБЛЕМЫ ИХ ЧИСЛЕННОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ.
§1 .Качественный анализ работы химических лазеров
1 .Удельная мощность излучения
2.3акономерности развития инверсной населенности при химической накачке
3.Энергетические характеристики химического лазера и их зависимость от физико-химического механизма
§2.Неравновесное возбуждение при химических реакциях
§З.Инверсия населенностей и усиление излучения при
колебательно-вращательных переходах
1.Условие усиления, понятие о полной и частичной инверсии населенностей
2.Коэффициент усиления
§4.Элементарные процессы колебательной релаксации
§5.Основные уравнения, описывающие физико-химические
процессы в лазерной среде
1 .Радиационные процессы
2.Химическая кинетика
3.Колебательно-вращательная кинетика
4.Уравнение сохранения энергии
5.Генерация излучения в газовых потоках. 77 §6.0сновные задачи численного кинетического моделирования
химических лазеров
ГЛАВА 2. ТЕОРИЯ ГЕНЕРАЦИИ И УСИЛЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ В КОЛЕБАТЕЛЬНО-ВРАЩАТЕЛЬНОМ СПЕКТРЕ
МОЛЕКУЛ.
§1 .Вычислительно эффективная квазистационарная модель многоуровнего лазера: приближение вращательного равновесия

§2.Теория химического лазерного усилителя мощности на
основной гармонике и обертонах молекулярных колебаний
1 .Постановка задачи
2.Эффективность преобразования химической энергии в световую на обертонах
3.Усиление излучения на основной гармонике и обертонах в условиях нестационарной накачки
§3.Вычислительно эффективная квазистационарная модель многоуровневого химического лазера, учитывающая вращательную неравновесность и ангармонизм колебаний молекул
1.0 возможности анализа энергетики многоуровневого химического лазера с помощью эквивалентной двухуровневой схемы возбуждения
2.Формулировка модели вращательного резервуара для расчета характеристик химического лазера, решение урав
нений.
3.Обобщение кинетической модели на ангармонические осцилляторы
§4.06 эффективности лазеров с колебательно-вращательной
инверсией населенностей
§5. Много линейчатая квазистационарная модель молекулярных и
химических лазеров
ГЛАВА 3. HCL-ЛАЗЕР НА РЕАКЦИЯХ H2+CL2, H+CL2
§1 .Импульсный химический НСІ-лазер на реакции Н2+СІ2
1 .Кинетическая схема реакции Н2+СІ2
2.Интегрирование кинетических уравнений и обсуждение результатов
§2.Пути увеличения эффективности НС1-лазера
ГЛАВА 4. HF-ЛАЗЕР НА РЕАКЦИИ H2+F2
§1 .Механизм реакции водорода со фтором, взрывные пределы
§2.0бзор основных теоретических и экспериментальных
результатов по фтороводородному лазеру (ФВЛ)
§3.Расчетно-кинетические модели фтороводородного лазера
1 .Моделирование в приближении вращательноравновесного гармонического осциллятора (модель 1)
2.Моделирование ФВЛ с учетом вращательной неравновес-ности и ангармонизма излучающих молекул (модель 2)
§4.Расчет влияния основных факторов на энергетику и динамику излучения импульсного ФВЛ, сравнение теории с экспериментом, генерация на обертонах

ГЛАВА 5. Ш-НС1-ЛАЗЕР НА ЦЕПНОЙ РЕАКЦИИ С1Е+Н2.
§1 .Состояние эксперимента.
§2. Кинетическая модель НГ-НС1-лазера на цепной реакции СШ с Н2.
§3.Расчет индуцированного излучения в системе С1Р-Н2 и интерпретация механизма работы лазера.
ГЛАВА 6. С02-ЛАЗЕР НА ЦЕПНОЙ РЕАКЦИИ П2+Г2 С ПЕРЕДАЧЕЙ ЭНЕРГИИ ОТ МОЛЕКУЛ БЬ (БЬ-СОэ ЛАЗЕР).
§1.Качественное обсуждение кинетической схемы химической накачки с передачей энергии.
§2.Кинетика элементарных процессов и методика расчета лазерных характеристик.
§3.Расчет влияния основных факторов на энергетику БР-С02-лазера.
§4.Механизм возбуждения и тушения генерации.
§5.Сравнение расчетной удельной энергии генерации с данными эксперимента.
§6.0 возможности использования энергетического разветвления цепи для генерации когерентного излучения с высоким квантовым выходом
ГЛАВА 7. ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ АВТОНОМНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ЛАЗЕРОВ НА ФОТОННО-РАЗВЕТВЛЕННЫХ ЦЕПНЫХ РЕАКЦИЯХ.
§1.06 инициировании химических лазеров ИК-излучением, состояние эксперимента.
§2.Новые методы получения свободных атомов под действием ИК-из лучения.
§3.Основные результаты расчетов характеристик лазерных 0Р-С02-усилителей на ФР цепных реакциях.
§4.Обоснование возможности создания химического
Н2-Р2-лазера, инициируемого испарением мелкодисперсных частиц под действием ИК-излучения.
§5.Импульсные химические НР и БР-С02 лазеры на фотонно-
разветвленной цепной реакции, инициируемой термическим разложением мелкодисперсных частиц №N3.
§6.Моделирование однопроходного НР-усилителя на ФР реакции с помощью уравнения переноса излучения.

скорость рождения фотонов, равный <эСП/хУ . существен на начальном этапе процесса излучения. Член отвечает удельной
скорости излучения фотонов через зеркала резонатора. Следовательно, плотность мощности излучения, отводимого из резонатора, равна
= ’ (1-6)
где - энергия лазерного фотона. Из соотношений (1.1) и
(1.6) следует, что интенсивность излучения внутри резонатора 2 , равная 1Л = , связана е интенсивностью выходного излу-
чения соотношением
I* = С* Ц* (1.7)
Система уравнений (1.5) нелинейна и для нахождения (12) необходимо ее численное решение. Можно существенно упростить задачу нахождения , если сделать физически разумное допущение о
том, что в процессе генерации скорость появления фотонов равна скорости увода их из резонатора. Это допущение лежит в основе так называемой квазистационарной модели лазера. Пренебрегая спонтанным излучением, получим из (1.5), что в квазиставдонарном приближении

<5СТТ
т.е. разность населенностей рабочих уровней остается постоянной и равной пороговому значению. Постоянство плотности инверсии означает, что возрастание плотности инверсии за счет накачки компенсируется ее уменьшением за счет действия поля излучения. Поскольку Л постоянно, то следует положить
cLn*
ctt oLir
и тогда из (1.5), (1.6) нетрудно найти, что в квазистащонарном приближении плотность мощности лазерного излучения определяется выражением