Введение к работе
Актуальность темы. В последнее время большое внимание уделяется проблеме создания лазерных источников мощных высоконаправленных пучков света, применение которых необходимо в целом ряде областей падки и техники: лазерные технологии, лазерное разделение изотопов, управление процессами в химических реакторах, системы дальней космической связи и т.д. В свете лтого особый практический интерес представляет использование для вышеперечисленных задач использование непрерывных химических лазеров (НХЛ), работающих на колебательно-вращательных переходах молекул галогеноводородов (HF и DF)
F + Н2 -> HF*(v) + Н - 32 ккалАюль . На сегодняшний день созданы подобные лазеры с мегавттным уровнем мощности. Наиболее существенным препятствием, стоящим на пути повышения яркости излучения, является наличие аберраций в оптическом тракте лазерной системы, включая аберрации, связанные с неодяородностями активной среды. В связи с этим нужно отметить необходимость теоретического изучения пространственной структуры пучков света в активных средах мощных НХЛ, а также необходимость разработки систем активного формирования поля излучения с определенной пространственной структурой.
Высокая эффективность сверхзвукового НХЛ достигается за счет быстрого перемешивания атомарного фтора и молекулярного водорода. Это решается посредством разбиения потока окислителя па очень узкие струи за счет использования набора малогабаритных сопел, на срезе которых подмешивается горючее. В работах Сигмана отмечено, что именно поперечные периодические мелкомасштабные неоднородности (ППМН) показателя преломления активной среды, обусловленные спецификой смешения реагентов в НХЛ, будут давать основпой вклад в ухудшение расходимости излучения.
Целью яиссегггаппоииоіі работы является разработка комплексного подхода к решению задачи уменьшения расходимости излучения мощных непрерывных химических лазеров, работающих па колебательно-вращательных переходах молекул галогешводородов, как HF и DF. В связи с этим необходимо рассмотреть ряд вопросов
-о возможности измерения с необходимой для практике точпостыо уровня мелкомасштабных периодических неоднородпостей методом интерферометрии бокового сдвига при различных направлениях сдвига;
-аналитическое и численное исследование эффектов искажения пространственной структуры поля, связанных с фазовой неоднородностью активной среды;
- поиск новых методов обращения волнового фронта многочастотного непрерывного излучения.
Научная новизна.
І.Для исследования структуры волнового фронта лазерного излучения, прошедшею среду с поперечными периодическими мелкомасштабными фазовыми неоднородностями, методом интерферометрии бокового сдвига предложено использовать наклонный сдвиг.
-
Для излучения, распространяющегося в среде НХЛ, аналитически описан (в геометрооптическом приближении) эффект самокомпенсации фазовых искажений волновою фронта лазерного пучка. Эффект проявляется при определенной ориентации направления хода пучка по отношению к пространственной структуре показателя преломления, характеризующейся ППМН.
-
В параболическом приближении исследован эффект самовоспроизведения поля световой волны в средах, характеризующихся поперечной периодической фазовой неоднородностью.
-
Предложен метод ОВФ многочастотного непрерывного излучения, основанный на явлении брэгговского рассеяния света в газовых средах на тепловой нелинейности. Частота волн, пишущих протяженную фазовую решетку, не совпадает пи с одной из частот обращаемого сштгала.
Практическая значимость результатов, полученных в работе:
-
Метод, использующий наклонный сдвиг при интерференционных исследованиях оптического качества активных сред НХЛ, характеризующихся наличием поперечной периодической неоднородностью показателя преломления, позволит с достаточной для практики точностью восстанавливать двумерную структуру волнового фронта излучения, прошедшего подобную среду.
-
Учет эффекта самокомпенсации фазовых искажений и эффекта самовоспроизведения поля при проектировании сопловых блоков генераторов активной среды позволит реализовать расходимость излучения НХЛ близкую к дифракционной.
3. Предложенная схема восстановления волнового фронта (ВВФ) (квази-ОВФ) непрерывного многочастотного HF-излучения с широким линейчатым спектром на основе явления брэгговского рассеяния света в газовой среде на тепловой нелинейности является бгепереготой, кале к ВЧВ, и не требует пространственного разнесения частот, как и при ОВФ на ВРМБ, так и на ВЧВ.
На затпту пмносятся следующие основные положения:
-
При измерении методом интерферометрии бокового сдвига уровня поперечных периодических неоднородностей, которыми характеризуются активіпле среды ПХЛ, предложено использовать наклонный сдвиг. Показано, что в этом случае возможно с высокой точностью восстановить двумерную структуру волнового фронта излучения.
-
В геометрооптическом приближении построена модель, описывающая явление самокомпенсации фазовых искажений волнового фронта излучения при наклоне периодической структуры соплового блока к направлению распространения светового пучка и при поперечном сдвиге секций сопловой решетки друг относительно друга. Оценен диапазон углов наклона луча к оптической оси, при которых проявляется данный эффект.
-
В дифракционном приближении построена аналитическая модель, описывающая преобразование поля светового пучка, при его распространении в среде с поперечными периодическими неодпородностями. Продемонстрировано явление самовоспроизведения структуры поля излучения в подобных средах. Показано, что расстояние между опорной плоскостью и плоскостью наблюдения равно длине Тальбота 2t2/X, (t - поперечных неоднородностей среды).
-
Исследована возможность обращения волнового фронта многочастотного непрерывного излучения (в частности, излучения НР-НХЛ) на основе брэгговского рассеяния в газовых средах с тепловой нелинейностью. Частота излучения, пишущего объемную фазовую голограмму, не совпадает ни с одной из частот обращаемого сигнала.
Апробация работы. Основные результаты работ докладывались на семинарах Оптического отдела им. Г.СЛандсберга ФИЛН, на научно-технических советах ГИПХ - НПО Энергомаш (С.-Петербург, 1995, 1997 гг.), на отраслевой научно-технической конференции "Проблемы создания лазерных систем" (ГНИИЛЦ "Радуга", 25-27
сентября 1996 г.), на XII Международной конференции по нелинейной когерентной оптике (Москва, 1998 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.
Структура дкгсертац;;;:. Диссертация состоит кз введения, обзора литературы, трех глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы 155 страниц машинописного текста, включая 36 рисунков, 3 таблицы и списка литературы из 131 наименования.
