Введение к работе
. Актуальность исследования.
Стимулирование химических реакций (в частности, происходящих в газовой смеси) оптическим излучением представляет собой актуальную проблему в связи с многочисленными практическими приложениями в задачах лазерной технологии. Интерес к этой проблеме обусловлен также и тем, что воздействие лазерного излучения на химически активные газовые смеси позволяет реализовать разнообразные примеры самоорганизации. Одновременное действие нескольких нелинейных факторов; реализация продольных и поперечных пространственно неоднородных структур; нелинейные зависимости скоростей реакции, коэффициента поглощения световой энергии, времени ее релаксации в поступательную энергию от характеристик среды делает необходимым широкое привлечение методов математического моделирования для анализа и интерпретации получаемых в физических экспериментах результатов. Отметим, что с уменьшением начального радиуса лазерного пучка начинают играть заметную роль и дифракционные эффекты его распространения, которые могут качественно изменить процесс взаимодействия оптического излучения с химически активной смесью, а следовательно и пространственно- временные распределения продуктов реакции и исходных веществ.
Другой малоизученной проблемой является стимулирование химических реакций дифрагирующими пучками при поглощении световой энергии колебателными переходами молекул, несмотря на то, что резонансное поглощение лазерного излучения газовыми средами рассматривалось во многих работах. Заметим, что такое взаимодействие сопровождается сложными пространственно временными структурами: взрывным поглощением; автоволнами, хаосом и т.д. Поэтому изучение стимулирования
химических процессов дифрагирующими пучками представляет собой актуальную проблему.
Цель работы состояла в изучении на основе математического моделирования закономерностей лазерной макрокинетики обратимых газовых реакций, стимулированных дифрагирующими пучками, с учетом конечного времени релаксации поглощенной на колебательных переходах световой энергии, а также в предположении ее мгновенной релаксации в тепло.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней :.;. впервые систематически изучены закономерности формирования доменов высокого поглощения при воздействии на оптически бистабильную систему, реализуемую на основе возрастающего поглощения, дифрагирующих лазерных пучков, в том числе сфокусированных. Данное направление в оптике бистабнльных систем можег быть сформулировано как дифракционная оптика бистабнльных систем на основе возрастающего поглощения. Проанализированы некоторые особенности лазерной макрокинетики обратимых газофазных реакций при конечном времени релаксации энергии, поглощенной колебательными переходами молекул, в тепло.
Практическая ценность. В результате проведенных исследований выявлены закономерности стимулирования обратимых газовых реакций дифрагирующими световыми пучками, в том числе и сфокусированными. Изучено влияние времени релаксации поглощенной световой энергии на формиро-вание продольных и поперечных областей высокого поглощения (доменов, кинков) и на условия реализации оптической бистабильности. Результаты работы могут быть использованы для разделения газовых смесей, управления обратимыми химическими реакциями в газах.
Исследования по формированию доменов высокого поглощения дифрагирующими пучками применимы также и для анализа оптически бистабильных систем на основе возрастающего поглощения, реализуемом например в полупроводниках.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на 3-м Всероссийском семинаре "Динамика волновых явлений и солитопы" (Красновидово, Моск. обл, май 1992 г.); VII Международной конференции "Оптика лазеров"(Санкт-Петербург, июнь 1993 г.); XII Межреспубликанском симпозиуме по распространению лазерного излучения в атмосфере и водных средах (Томск, июль 1993 г.); XV Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике (Санкт-Петербург, июль 1995 г.); IX Международной конференции "Нерезонансное взаимодействие лазерного излучения с веществом" (Санкт-Петербург, июль 1996 г); III Межреспубликанском симпозиуме "Оптика атмосферы и океана" (Томск, июль 1996 г.).
Публикации. Список работ, опубликованных по материалам диссертации, приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы, включающего в себя 90 наименований. Основная часть содержит 95 страниц машинописного текста, 30 рисунков, 4 таблицы.