Введение к работе
В работе обсуждаются результаты исследования переноса лазерного излучения в веществе. Перенос описывается волновым уравнением и его упрощениями. Производится аналитическое исследование, построены эффективные алгоритмы непосредствешого интегрирования этих уравнений, определяются решения в линейном приближении. В качестве примера разработанного теоретического метода анализируются три физические задачи переноса излучения в широком смысле. А именно, проводится (і) исследование пространственно-временной картины нелинейного распространения лазерных импульсов в среде с релятивист-ско-стрикционной нелинейностью и нелинейной ионизацией; (2) описание пространственно двумерной динамики импульса рентгеновского лазера в среде с усилением совместно с газовой динамикой и поуров-невой кинетикой среды; (з) анализ усиления лазерного излучения в крупногабаритном активном элементе с учетом суперлюминесцентных потерь и подавления генерации по замкнутым траекториям.
Актуальность проблемы. Спектр задач лазерной физики достаточно широк, однако в центре каждой из задач стоит собственно перенос излучения. Актуальным является создание теоретического аппарата, позволяющего с единых позиций рассматривать различные задачи переноса излучения. Важными и интересными среди таких задач являются задачи расчета выходных характеристик рентгеновских лазеров, выходных характеристик мощных твердотельных лазерных систем и нелинейного распространения сверхкоротких лазерных импульсов в веществе. Последняя задача весьма актуальна с точки зрения возможности изучения экстремальных свойств вещества.
Целью работы является теоретическое исследование процессов нелинейного переноса, включая самовоздействие мощных лазерных импульсов, распространяющихся в веществе, в том числе активной сре-
де. (і) Проводится численное моделирование переноса ультракоротких импульсов на основе решения нелинейного волнового уравнения; (2) при разработке теории рентгеновского лазера пространственно двумерная динамика импульса, распространяющегося в среде с большим усилением, рассматривается на основе подробного моделирования газодинамического и кинетического блоков; (з)анализ переноса с усилением в крупногабаритном активном элементе производится с учетом суперлюминесцентных потерь, и подавления генерации по замкнутым траекториям.
Научная новизна. Все результаты, представленные в диссертации* получены впервые. В частности, впервые моделирование нелинейного переноса мощных ультракоротких лазерных импульсов в веществе проведено на основе численного решения нелинейного золнового уравнения .с релятивистско-стрикционной нелинейностью. Для рассматриваемого круга задач впервые описана общая неустойчивость волны как рассеяние на-неоднородностях показателя преломления среды, в том числе на генерируемых импульсом плазмонах, а также мелкомасштабная ионизационная дефокусировка в условиях многократной ионизации. На основе модели, включающей три блока (газовую динамику, поуровневую кинетику и пространственную динамику стимулированного излучения) впервые проведены расчеты ряда перспективных схем рентгеновского лазера с облучением конвертированным "спектром. Впервые разработан вариант теории переноса излучения в оконечном усилителе лазерной системы, включающий цепочку наиболее существенных задач: подавление мод паразитной генерации, расчет накачки активного элемента с учетом суперлюминесценции и больцмановской релаксации компонент рабочей линии, пересечения пучков.
Научная и практическая ценность. Теоретические результаты, представленные в диссертации имеют большую научную и практическуи
ценность. Эта ценность в частности определяется: і разработкой метода решения задач переноса излучения в среде на базе нелинейного волнового уравнения (с учетом дисперсии высших порядков) без привлечения искусственного поглощения; 2разработкой в рамках теории рентгеновского лазера аппарата описания как реаСсорОции для поглощающих, так и суперлюминесценции для усиливающих переходов; з использованием результатов моделирования переноса излучения в твердотельных крупногабаритных активных элементах при создании и испытаниях установки "Радуга".
На защиту выносятся следующие положения.
і.Эффект релятивистско-стрикционной самомодуляции ультракороткого мощного лазерного импульса в веществе и его исследование с помощью численного метода.
2.Эффект ионизационной мелкомасштабной фазовой дефокусировки излучения, обусловленный генерацией ступенчатого профиля электронной концентрации вследствие нелинейной ионизации атомов в сильном поле.
з.Установление свойств рассеяния плоской релятивистско-днтенсивной электромагнитной волны в веществе, обусловленного са-июдифракцией на вынувдешых электронных токах и ВКР на плазмонах. Вычисление инкрементов данной неустойчивости для иерархии моделей я установление класса моделей, приводящих к ограниченности области неустойчивости в пространстве волновых векторов возмущения.
4.Установление для активных элементов прямоугольного сечения, ямеющих полированные торцы и полированную боковую поверхность, штервала значений угла наклона торцов, при которых невозможно развитие генерации по замкнутым траекториям.
5.Метод определения степени влияния суперлюминесцентных потерь на запасенную энергию в произвольном активном элементе по
экспериментальным профилям инверсии.
б.дискретная оптимизация схем усиления лазерного излучения в активных элементах в виде плиты с полированными большими гранями среди набора технологически приемлемых вариантов.
7.Метод расчета выходных характеристик рентгеновского лазера с активной средой в виде длинного плазменного шнура, учитывающий выход излучения через боковую поверхность, для произвольных распределений газодинамических параметров.
8.Спектрально-разностный метод (на .основе метода коллокации и разложения решения по полиномам Чебышева первого рода) численного решения задач нелинейной оптики с дисперсией высшего (второго) порядка, включая нелинейное волновое уравнение и его модификации.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на XIїї-ой Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике (МИНСК, 1988), На МеЖДУНарОДНОМ СИМПОЗИуМе SWLA (Uzbekistan, Samarkand, 1990), НЭ XIY-ОЙ Международной КОНфЗреНЦИИ-ПО КОГЄРЄНТ-
ной и нелинейной оптике (С.-Петербург, 1991), на Международной конференции swra (zvenigorod,. 1994). Практическая .апробация связана с непосредственным применением результатов работы при разработке лазерной установки "Радуга" в отделе КиНО ИОФАН.
Публикации. Результаты, представленных в диссертации исследований, отражены в 35 публикациях, в том числе в 8 статьях в центральных отечественных научных журналах, в з статьях, в иностранных журналах, в 8 статьях в Трудах двух институтов АН, в 5 изданиях Института прикладной математики им. М.В.Келдыша РАН, в 5 изданиях Института общей физики РАН, в 2 монографиях, в 4 докладах на Международных конференциях.;- Работа выполнялась при поддержке РФФИ
(ГраНТЫ N93-02-14328, №5-02-05194-а, N96-02-16401), МеЖДУНЭрОДНО-
го научного фонда (гранты индивидуальный, n4mooo, N4M300).
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения,
двенадцати глав, заключения, списка литературы из isi наименования. Работа изложена на 285 страницах, включает зб рисунков и is таблиц.
Похожие диссертации на Многомерные задачи переноса излучения в лазерной физике высоких интенсивностей
