Когерентная доплеровская спектроскопия лазероиндуцированных гидродинамических процессов

• Автор: Коновалов, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 05.27.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Шатура
• Количество страниц: 131 с. : ил.

Оглавление.
Введение
Глава 1 Лазероиндуцированные гидродинамические процессы и методы их изучения
1.1 Теплофизические процессы при воздействии интенсивного лазерного
излучения на конденсированные среды
1.2 Методы исследований лазероиндуцированных теплофнзических процессов
1.3 Доплеровская анемометрия в исследованиях лазероиндуцированных гидродинамических процессов
1.3.1 Оптическое гстсродинированис
1.3.2 Автодиннос детектирование
1.3.3 Особенности применения моностатичсских схем зондирования и обратная задача рассеяния при исследовании лазероиндуцированных гидродинамических процессов
Глава.2 Исследование лазероиндуцированных гидродинамических процессов методом оптического гетеродинирования
2.1 Компактный дистанционный измеритель скорости на основе монолитного кольцевого чип лазера на кристалле АИГ[4с1к
2.1.1 Оптическая схема и принцип работы ЛДИС
2.1.2 Обработка доплеровского сигнала измерителя скорости
2.1.3 Измерительные возможности ЛДИС
2.1.4 Влияние сигнала обратного рассеяния на измерительный процесс в
гетеродинных ЛДИС
2.2 Гетеродинные ЛДИС в исследованиях лазероиндуцированного кипения воды и фотоабсорбционной конвекции в жидкостях
2.2.1 Применение гетеродинных ЛДИС для исследования лазероиндуцировапного
кипения воды
2.2.2 ЛДИС на основе АИГ:Ыс1 +-чип лазера для изучения
фотоабсорбционной конвекции
2.3 Исследование лазероиндуцированных гидродинамических процессов в ванне
расплава олова с использованием СОг-ЛДИС
Глава.З Численное и экспериментальное моделирование самоиндуцировамного авгодинного эффекта в условиях сильной и слабой обратной связи
3.1 Описание динамики лазера при внешнем воздействии отраженного излучения с
использованием полуклассической модели

3.2 Слабая обратная связь
3. 3 Сильная обратная связь
3.31 Режим глубокой модуляции добротности
3.3.2 Нелинейность при задержке эхо-сигнала
3.4 Нелинейное обратное рассеяние
3.5 Экспериментальное исследование автодинного эффекта в режиме сильной и
слабой обратной связи
3.5.1 Экспериментальная установка
3.5.2 Слабая обратная связь
3.5.3 Режим глубокой модуляции добротности
3.5.4 Нелинейное обратное рассеяние
Глава.4 Исследование лазеронндуцированных гидродинамических процессов с использованием автодинного эффекта
4.1 Исследование лазероиндуцированных гидродинамических процессов при интенсивности воздействия ~1 кВт/см2
4.1.1 Усредненные автодинные спектры при воздействии на объекты различного типа
4.1.2 Динамика взрывного кипения воды
4.1.3 Динамика пробивки отверстий в многослойных структурах
4.2 Исследование лазероиндуцированных гидродинамических процессов
индуцируемых непрерывным излучением технологического С02-лазера интенсивностью 1-10МВт/см2
4.2.1 Экспериментальная установка
4.2.2 Воздействие на воду
4.2.3 Воздействие на металлы
Заключение
Литература

Введение
История развития исследований по физике взаимодействия интенсивного непрерывного лазерного излучения с поглощающими средами насчитывает уже более ЗОлет. Интерес к ним вызван не только многими сложными проблемами современной фундаментальной физики, но также различными приложениями.
С точки зрения фундаментальных исследований интерес к задаче связан прежде всею с тем, что она являегся частью общей проблемы взаимодействия непрерывного лазерного излучения с веществом, включающей такие процессы как самовоздействие [1], фотоабсорбциоиная конвекция [2,3], деструкция вещества и др. Во-вторых, в подобных процессах значительную роль играют сравнительно мало изученные явления, являющиеся предметом изучения теории фазовых переходов, неравновесной термодинамики и др.[4-6]
Прикладной аспект этих исследований достаточно широк. По крайней мере можно выделить три направления:
1 Обработка материалов (сварка, резка, сверление, закалка металлов), синтез соединений в лазерном факеле, и др. [7-9].
2. Лазерная хирургия и биомедицина [10]
3. Транспортировка лазерного излучения через поглощающую среду [11-17] (создание каналов просветления в атмосфере, подводная обработка материалов).
Подобные задачи накладывают достаточно жесткие требования на применяемые экспериментальные методы, связанные, во-первых, с необходимостью хорошего пространственного и временного разрешения. Это позволило бы получать качественную и количественную информацию из области локального энерговклада (температура, характерные времена, скорости движения вещества, плотность давление и др.). Во-вторых - с простотой и удобством реализации в реальных условиях данного технического приложения. Известные экспериментальные мегоды - скоростная киносъемка [11,13,16,18], детектирование акустического сигнала [19-22], оптические методы, основанные на использовании зависимости коэффициента преломления от плотности (теневые, интерференционные, голографические [24-29]), эффективны только в лабораторных условиях. Одновременно эго порождает проблему качества изображения, невозможность работы в реальном режиме времени, трудности проведения дистанционных измерений и др.

в) Уширение за счет изменения оптических свойств рассеивателя или изменения размера частицы во время движения (конечное время жизни частицы). Частица может испаряться, взрываться при движении в ноле интенсивного лазерного излучения.
Отметим, что причины уширения а) и б) не столь существенны в таких задачах по сравнению со стандартными задачами лазерной доплсровской анемометрии, т.к. они,как правило, приводят к уширению, составляющему единицы процентов от доплеровского сдвига частоты [101]. Гораздо важнее и определяющим в данных задачах будет статистические свойства доплеровского сигнала (1.10), обусловленного многочастичным рассеянием. Возможно, что заметную роль при больших интенсивностях лазерного излучения играет уширение за счет конечного времени жизни выбрасываемых частиц.
В заключении данного параграфа хотелось бы отметить следующее. В работе не ставилось задачи построения точной модели и решения задачи рассеяния. Отмечены лишь основные особенности данной проблемы по сравнению с обычными задачами доплеровской анемометрии. Представляется два наиболее важных аспекта: а) рассеяние движущейся поверхностью, б) рассеяние гетерогенным, неоднородным по оси зондирования потоком частиц при интенсивном испарении. Причем такие проблемы лазерной доплеровской анемометрии, как влияние размера и формы частиц на точность измерения скорости, не представляется существенным в данных задачах, т.к. речь идет о точности в районе единиц процентов. Гораздо существенным является статистические характеристики широкополосного сигнала (1.10) и его связь с параметрами движения частиц внутри канала.
Глава 2.
Исследование лазероиндуцированных гидродинамических процессов методом оптического гетеродинирования.
В главе описаны результаты экспериментов по исследованию лазероиндуцированных гидродинамических процессов, выполненных с применением оптического гетеродинирования. Исследования проводились как по схеме с двумя лазерными источниками, так и по схеме с одним лазером (Гл. 1, п. 1.3). Цель исследований -экспериментальное изучение возможностей предложенных гетеродинных методик для исследования лазероиндуцированных гидродинамических процессов различного типа, реализующихся в широком диапазоне интенсивности лазерного воздействия: (0.1-10)кВт/см2.