Введение к работе
qt" , : !
Актуальность томи. Химические HF-лаэеры (ХЛ) являются ионными источниками когерентного излучения, генерирующие » области длин волн 3 юш. Ряд возможных практических применений этих лазеров треСует высокого качества их луча. Однако получение новных пучков ХЛ с расходимостью, близкой к дифракционной, представляет собой довольно слохную задачу, связанную с тем, что оптическая однородность активных г-^ед ХЛ наруоается характерными для них трудно контролируемыми источниками возмущении. В непрерывных ХЛ такими источниками являются разного рода скачки узлотнепия, воэникаюаие при смешении сверхзвуковых потоков окислителя и горючего, неоднородное смешение последних в зоне резонатора и неоднородное тепловыделение в результате химических реакция [1). В импульсных ХЛ основным источником оптических пеоднородностеи является неоднородное инициирование реакции ВНЄЕЯИЇІ источником.
Один из эффективных методов получения лазерных пучков дифракционной расходимости связан с применением явления обращения волнового фронта СОВФ) (21.. Однако катоды ОВФ в диапазоне длин волн 3 мкм в начале 80-х годов практически не были разработаны Сони стали интенсивно разрабатываться только во второй половине 80-х годов [3]). Поэтому авторы работы 141 предложили принципиально другой подход к проблеме качества ХЛ. Зсновная идея этого подхода заключалась в следующем. Раз ух юлучение высокого качества выходного луча непосредственно в ХЛ зредставляет собой весьма трудную задачу, то добиться этому и ие :ледует. Вместо этого следует получить генерацию ХЛ с высокой
эффективностью, а затеи использовать генерируемое излучение для накачки газовой смеси, содержащей иолекулы Ш. То, что с помощью резонанасноЙ оптической накачки колабательно-вращательных состояний цолекул мокко получить лазерные пучки высокого качества, было осознано еае в начале 70-х годов 15). Авторы 14] демонстрировали успешную гегіерацйЬ с применением небольшого ХЛ в качестве источника накачки и дозвукового ламинарного потока в качестве возбуждаемой среды. Однако КПД генерации бил невысокий и составлял ь5 */..
Очевидно, что такой метод получения лазерных пучков высокого качества представляет интерес постольку., поскольку он обладает высоким КПД. (Для краткости HF-лазеры с резонансной оптической накачкой будем называть преобразователями, подчеркивая этим, что с их помощью осуцествлияется преобразование спектральных и угловых характеристик излучения ХЛ.j Численное исследование [6] преобразователя в режиме усиления слабых сигналов показало, что условия эксперимента [41 были далеко не оптимальные. Однако количественные данные об эффективности преобразования в этой работе не были получены. Не рассматривались также вопросы, связанные с влиянием излучения генерации на спектральные характеристики поглощения и на газодинамические параметры потока.
ЦЕЛЬО диссертационной работы являлось исследование энергетических и спектральных характеристик преобразователя излучения химичесхих HF-лазеров и поиск высокоэффективных режимов его работы.
Решение задачи включало:
1. Разработку численной модели преобразователя, учитывающую
новые экспериментальные данные о скоростях н путях колебательное и врааательноя релаксация молекул IiF.
2. Расчет энергетических и спектральных характеристик
преобразователя в режимах усиления слабых сигналов и генерации
и us сравнение с результатами известных экспериментальных и
теоретических работ.
-
Исследование эффективности преобразователя в зависимости от параметров потока и от порога генерации.
-
Исследование распределения чолокул IIF по колебательным состояниям при возбуждении излучением импульсного lIF-лаэера и возиояіости образования абсолютной инверсии мекду выесколвгацики колебательным уровнями.
Научная новизна
Проведено моделирование преобразования излучения химических IiF-лазеров в решше усиления слабых сигналов и в режима генерации с учетом нарушения больцмановского распределения по вращательным состояния)!. Рассчитана квантовая эффективность преобразования в зависимости от начальной температуры потока, интенсивности накачки и мольного содержания HF в потоке. Исследованы спектральные характеристики преобразования н изменения газодинамических параметров преобразователя в вироком диапазоне изменения начальной температури потока, интенсивности накачки и мольного содержания молекул HF в потоке. Исследовано влияние излучения генерации на спектральные характеристики поглоиеиия накачки и на газоднняамическис параметры потока. Исследовано колебательное._ распределение молекул Iff при возбуждении излучением импульсного IiF-лазера и степень их
диссоциации в зависимости от уровня разбавление инертным газои.
Практическая ценность работы
1. Самосогласованный набор констант скоростей V-R.T
релаксации и V-V обмена молекул HF, предложенный в диссертации к
основанный на опубликованных экспериментальных данных может быть
использован . для численного моделирования колебательной
релаксации молекул 15F в условиях сальвой колебательноа
неравновесности. 8 частности, этот набор кокстант можно
использовать при численном моделировании химических НУ-лазеров.
2. Рассмотренный метод преобразования излучения химических
НГ-лазеров иовет быть использован для получения лазерных пучков
дифракционной расходимости, генерации иа новых спектральних
переходах и для когерентного суммирования излучений нескольких
хішиескнх лазеров. 'Созданная в диссертационной работе численная
модель преобразователя, рассчитанные с ее помоаь» спектры
поглощения многочастотной накачки и генерации преобразователя,
их зависимости от параметров потока могут быть использованы при
создании конкретных лазерных установок
На защиту выносятся
1. Численная модель преобразователя излучения химических
HF-лазеров для расчета его квантовой эффективности и
спектральных характеристик.
2. Спектр поглощения накачки, спектр генерации
преобразователя и квантовая эффективность генерации для
различных значений интенсивности накачки, начальной температуры
потока н его состава а порогового коэффициента усиления.
-
Иэкенеаая газодинамических параметров потока и оценки градиента показателя преломления вдоль точения
-
Распределение «олекул її" по колебательным уровням при возбуждения взлучиогеи импульсного химического liF-лазора и влияние впэртпсго разбавителя на погловеннув зкерпга
Апробация паботц,. Основные результата диссертационной работа докладкзалясь па ссшщарэ по теоретическое! радиофизика ФІШІ С рук. А. Н. Ораэвскнй), на V Всесоюзной конференции "Оптика лазеров" СЛеішнграл, 12-16 янв. 1S37 г.), на XXVI Мгядуйародяои ко-локвіг/ш по спектроскопии (София. 2-9 иояя 1SS9 г.).
Публжамии. По иатвркалаи диссертация опубликована, б работ, пз них две - тезиса докладов. Список работ приведен в конце авторефзрата.
Структура я обьеч дпсссртпппч^ Лйссертсцпя состоит из Ввэдспия, трех глав, перечня основних результатов и списка литературы. Она нзлогепа на 122 страницах, еклочая 17 рзисунок и S таблиц.
