Введение к работе
Актуальность работы.Высокий к.п.д., большая удельная мощность и энергия излучения, малая угловая расходимость являются важнейшими требованиями х оптическим квантовым генераторам. Лазер на окиси углерода (СО - лазер) в значительной мере удовлетворяет этим требованиям.
СО-лазер обладает рядом специфических свойств, из которых отметим следующие: частичная или локальная инверсия населен-ностей колебательно-вращательных уровней, достаточная для генерации излучения ; присутствие в спектре линий, соответствующих различным вращательным уровням для каждого колебательного перехода, возможность каскадной генерации ; наличие различных линий усиления и поглощения Р- и R-вєтвей переходов близко расположенных Сперекрывающихся) с лилиями излучения ; большое влияние столкновений второго рода Ст. е. процессов девозбуждения) при взаимодействии электронов с колебательно-возбужденными молекулами
Несмотря на наличие большого количества работ, посвященных моделированию СО-лазеров, остаются проблемы, связанные с недостаточно удовлетворительным согласованием расчетных и экспериментальных результатов. Не проводились расчеты для неустойчивых телескопических резонаторов СНТР) в случае, когда излучение происходит одновременно на многих переходах. Актуальной проблемой остается также создание эффективных численных алгоритмов, позволяюаих сократить машинное время расчета.
Цель работы - численное определение функции распределения электронов по энергия!!, коэффициентов переноса и скоростей процессов с участием электронов; разработка эффективных методик и численных алгоритмов определения энергетических и спектральных характеристик излучения проточного и импульсного СО-лазеров с резонатором Фабри-Перо или неустойчивым телескопическим резонатором с цилиндрическими зеркалами;
исследование влияния процессов взаимодействия электронов разряда с колебательно-возбужденными молекулами и перекрытия линий излучения и поглощения на энергетические и
спектральные характеристики лазерного излучения;
выбор модели, достаточно адекватно описывающей работу
электроионизационного СО-лазера;
определение профиля разрядно-резонаторной камеры СО-лазера при
заданных распределениях разности потенциалов V и
приведенной напряженности электрического поля E/N или
плотности газа р по потоку.
Научная новизна. Впервые для СО-лазера с НТР решена задача о расчете интенсивностей излучения одновременно на многих переходах.
Предложен простой алгоритм определения интенсивностей излучения на многих переходах по методам постоянного коэффициента усиления и постоянной интенсивности.
Решена обратная задача определения оптимальной формы профиля разрядно-резонаторной камеры, при которой реализуются либо заданные значения приведенной напряженности электрического поля, либо заданный закон изменения плотности по потоку.
С помощью разработанного алгоритма проведено параметрическое исследование характеристик СО-лазера.
Практическая ценность. Разработанная методика расчета интенсивностей излучения обладает универсальностью и простотой, что позволяет проводить массовые расчеты.
Разработанные в диссертации алгоритмы и программы могут быть использованы при решении задач, связанных с разработкой СО-лазеров.
Собранные из различных источников данные справочного характера по сечениям взаимодействия электрона с молекулами могут использоваться для определения характеристик тлеющего разряда.
Результаты проведенных исследований представляют интерес для соответствующих конструкторских бюро и научно-исследовательских организаций и внедрены в некоторых из них.
На защиту выносятся:
1. Алгоритмы определения функции распределения электронов по энергиям.
-
Алгоритмы определения энергетических и спектральных характеристик излучения- электроионизационного СО-лазера с резонатором Фабри-Перо или неустойчивым телескопическим резонатором с цилиндрическими зеркалами с учетом взаимного влияния поля излучения и активной газовой среды.
-
Постановка и метод решения задачи о нахождении профиля разрядно-резонаторной камеры СО-лазера при заданных распределениях разности потенциалов V и приведенной напряженности электрического поля E/N или плотности газа р по потоку.
4. Результаты сравнения различных методик определения
интенсивностей излучения для проточного стационарного
СО-лазера.
5. Параметрические исследования влияния девозбуждения и
перекрытия линий на генерационные характеристики
электроионизационного СО-лазера.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на семинарах отдела газовой динамики НИИ математики и механики Казанского университета в 1983-1991 гт; на итоговых научных конференциях Казанского университета в 1983-1991 гт; на III и IV Всесоюзных школах-конференциях молодых ученых "Кинетические и газодинамические процессы в неравновесных средах" в 1986 и 1988 гг (г.Москва), на I Всесоюзной конференции "Математическое моделирование физико-химических процессов в энергетических установках" (г.Казань, 1991 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы, включающего 123 наименования. Работа содерзит 140 страниц, в том числе 11 страниц таблиц и 16 страниц рисунков.