Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2014 номер 4

16-20 сентября 2013 г. в Томске прошла XI Международная конференция по импульсным лазерам AMPL-2013. Тематика Конференции традиционно отражала результаты теоретических и экспериментальных исследований физических и химических процессов, протекающих в активных средах лазеров, новых активных сред и методов накачки, технологий создания новых лазеров, фундаментальных вопросов лазерной физики, а также применения лазеров в науке, технике, медицине и других областях. Кроме того, обсуждались проблемы создания оптических приборов и новых оптических технологий.

Луч лазера на парах меди фокусировался в область плазмы, где при распылении керамической мишени в кислородной среде предположительно образуются нанокластеры. В перпендикулярном лучу направлении оптический сигнал регистрировался и обрабатывался с временным, пространственным и спектральным разрешением. Описаны аппаратные и программные средства. Вблизи диэлектрической подложки обнаружено слабое свечение нагретых лазером частиц в инфракрасном диапазоне.

Методом спектроскопии комбинационного рассеяния света исследованы бинарные смеси метилового, этилового, изоамилового спиртов и уксусной кислоты с водой в различных соотношениях. При изменении концентрации органического растворителя в растворе от воды до чистого растворителя наблюдаются изменения интенсивностей полос валентных колебаний СН- и ОН-групп в диапазоне 2600-3800 см^-1. Для количественной характеристики парциальной концентрации органического компонента выбрана интегральная интенсивность I_CH валентных колебаний СН-групп, нормированная на суммарную интенсивность полос СН- и ОН-колебаний ( I_CH + I_OH) в диапазоне 2600-3800 см^-1. При такой нормировке для спектров всех смесей интенсивность I_CH/( I_CH + I_OH) линейно зависит от объемной доли органического растворителя во всем исследованном диапазоне его концентраций. Это дает возможность бесконтактным способом определять содержание органических растворителей, в том числе горючих и токсичных, в их смеси с водой. Относительная погрешность определения объемной доли этанола, метанола и уксусной кислоты в воде составила 0,5; 1,1 и 1,5% соответственно.

В условиях формирования высоковольтного наносекундного разряда в промежутке, заполненном дейтерием, водородом, гелием или аргоном при давлении 1-60 торр, зарегистрировано разбрызгивание материала электродов. В качестве потенциального электрода использовался цилиндр, боковая поверхность которого состояла из тонких расщепленных на концах вольфрамовых проволочек, а заземленным электродом являлась плоская мишень из дейтерированного циркония. Разбрызгивание материала наблюдалось преимущественно с потенциального электрода при обеих полярностях генератора высоковольтных импульсов напряжения. Повышение давления газовой среды в разрядной камере приводило к сокращению длины треков, оставляемых разлетающимися с электродов горячими светящимися каплями.

Представлены результаты оптической накачки паров самария и европия излучением эксимерных XeCl*-, XeF- и KrF*-лазеров. Получено электронное вынужденное комбинационное рассеяние излучения XeF*-лазера в парах самария на длинах волн λ_C = 589,1 и 608,2 нм. При облучении паров европия излучением KrF*-лазера наблюдалось электронное вынужденное комбинационное рассеяние в парах европия в инфракрасном диапазоне спектра на длинах волн λ_C = 2501 и 2414 нм.

Сформулирован общий вид кинетического уравнения для плотности числа филаментов с учетом эффектов их рождения и распада - нелинейное уравнение диффузии. В данное уравнение входят феноменологические параметры, которые найдены путем прямого численного моделирования распространения мощного фемтосекундного лазерного импульса на основе стационарного нелинейного уравнения Шрёдингера для ряда предельных частных случаев.

Исследовано формирование и распад диффузных «каналов» коронного разряда в воздухе атмосферного давления при подаче на электрод модулированных импульсов напряжения. Для регистрации излучения из коронного разряда применялись ФЭУ, скоростная камера и лазерный монитор на основе активной среды на парах бромида меди. Показано, что излучение диффузных «каналов» коронного разряда модулировано во времени, при этом частота импульсов излучения превышает вдвое частоту модуляции импульсов напряжения (~ 290 кГц). Установлено, что при изгибах «канала» коронного разряда могут происходить пробои по короткому пути, что уменьшает размывание канала.

Получены данные о параметрах импульса рентгеновского излучения при импульсно-периодическом разряде наносекундной длительности в азоте. Показано, что при переходе от диффузного к коронному разряду длительность импульса рентгеновского излучения увеличивается. Проведено теоретическое моделирование нестационарного процесса развития коронного разряда атмосферного давления при подаче на промежуток короткого (наносекундного) импульса напряжения. Рассчитаны пространственно-временные распределения концентраций заряженных частиц и электрического потенциала в разрядном промежутке. Показано, что по окончании наносекундного импульса напряжения в промежутке формируется немонотонное распределение потенциала, причем электрическое поле сосредоточено в узкой области фронта волны ионизации.

Исследована начальная стадия пробоя гексофторида серы (SF₆) и азота в неоднородном электрическом поле при повышенных давлениях. На промежуток с геометрией электродов «острие-плоскость» подавались импульсы напряжения с амплитудой до 350 кВ. Результаты эксперимента по регистрации динамики свечения из различных зон разрядного промежутка можно трактовать как следствие формирования волны ионизации, которая стартует от потенциального электрода с малым радиусом кривизны. Установлено, что скорость фронта волны ионизации в азоте и SF₆ при пересечении второй половины промежутка больше, чем первой. Показано, что при увеличении давления SF₆ и азота скорость фронта волны ионизации уменьшается. Установлено, что при отрицательной полярности импульса напряжения волна ионизации перемыкает разрядный промежуток ~ 13 мм в SF ₆ при давлении 0,25 MПa со средней скоростью ~ 2 см/нс, а в азоте при давлении 0,3 МПa со средней скоростью ~ 3,6 см/нс.

Представлены результаты исследования частотно-энергетических характеристик лазера на парах бромида марганца с оригинальным способом создания паров рабочего вещества, т.е. с внутренним реактором. Проведены исследования зависимости средней мощности генерации от различных условий. Определены температура стенки газоразрядной трубки и давление буферного газа, при которых наблюдается максимум мощности генерации. Показано, что подобный активный элемент по характеристикам не уступает элементам с традиционным способом создания паров рабочего вещества. Впервые получена частота следования импульсов 100 кГц для среды на переходах атома марганца. В качестве усилителя яркости в активных оптических системах использован активный элемент, проведено исследование усилительных характеристик.

Методами численного моделирования исследовано влияние состава смеси газов в XeF(C-A)-усилителе гибридной фемтосекундной лазерной системы THL-100 на основные каналы потерь энергии. Показано, что увеличение давления буферного газа N₂ от 100 до 760 торр приводит к увеличению доли поглощенной энергии, передаваемой на верхний лазерный уровень XeF(С, ν = 0), а увеличение парциального давления XeF₂ вызывает увеличение потерь энергии в процессах столкновительного тушения XeF(B , C)-состояний и к уменьшению энергии, передаваемой на XeF(C, ν = 0)-состояния.

Разработана оптимальная схема системы «стретчер-компрессор» для использования в лазерных комплексах с параметрическим усилением чирпованных импульсов при пикосекундной накачке (~ 100 пс), позволяющая реализовывать генерацию импульсов петаваттного уровня мощности длительностью < 10 фс с высоким контрастом и низким уровнем аберраций. Показано, что единственной безаберрационной конфигурацией стретчера, основанной на сферических зеркалах, является схема, состоящая из отражательного телескопа со сферическими зеркалами по схеме Оффнера и двух дифракционных решеток, одна из которых расположена в центре зеркал телескопа. Согласно результатам моделирования компрессор, состоящий из четырех пропускающих дифракционных решеток с апертурой 112 × 125 мм, толщиной 3 мм и набора чирпованных зеркал с апертурой 100 мм, вносящих суммарную дисперсию примерно -4500 фс², позволяет сжимать усиленные импульсы до спектрально ограниченной длительности < 10 фс и пиковой мощности ~ 1 ПВт при величине В-интеграла, не превышающей единицы. Планируется использование разработанной системы «стретчер-компрессор» в петаваттном фемтосекундном лазерном комплексе, развиваемом в ИЛФ СО РАН.

Проведено сравнение спектральных параметров излучения нецепных химических лазеров на смесях водорода и дейтерия с SF₆ при возбуждении объемным разрядом с УФ-подсветкой от генераторов с индуктивным накопителем энергии и объемным (диффузным) разрядом, формируемым в неоднородном электрическом поле за счет генерации убегающих электронов. Показано, что высокая однородность формируемых в активной среде лазера разрядов позволяет увеличить число линий генерации. При этом в спектре лазерного излучения появляются интенсивные каскадные переходы, а эффективность генерации на молекулах HF (λ = 2,8 ÷ 3,2 мкм) и DF (3,8 ÷ 4,2 мкм) достигает предельных значений. Показано, что объемный разряд, инициируемый пучком электронов лавин (ОРИПЭЛ) в газовых смесях с SF₆, является эффективным способом накачки лазеров на молекулах HF и DF.

Представлены результаты исследований компонент разрабатываемой фемтосекундной тераваттной лазерной система с частотой следования импульсов 1 кГц. Система состоит из двух оптически синхронизованных каналов: канала усиления на основе параметрического усилителя с кристаллом LBO и канала накачки на базе лазерных сред, активированных ионами Yb³⁺, при температуре 80 К c диодной накачкой. В канале накачки формируются импульсы пикосекундной длительности. При создании обоих каналов используется принцип усиления чирпованных импульсов. Для канала накачки определены параметры и юстировочные требования на настройку системы «стретчер-компрессор» на голографических решетках. Разработан многопроходный усилитель на керамике Yb:Y₂O₃ при температуре жидкого азота с диодной накачкой до 1 кВт. Представленные данные могут быть использованы при создании криогенных мультикаскадных фемтосекундных лазерных систем с частотой следования импульсов порядка 1 кГц.

Теоретически на примере водородоподобного атома исследуется одна из возможных причин нарушения локального термодинамического равновесия в плазме газового разряда. Используя нелинейное уравнение Шредингера, построенное для взаимодействующих с окружающей средой квантовых систем, численными методами промоделировано заселение атомных энергетических уровней. Предполагалось, что атомы испытывают перманентное стохастическое возмущение. Получено, что при высоких температурах распределение вероятности заселения практически совпадает с распределением Больцмана. Однако при относительно низких температурах наблюдается заметное отклонение заселенностей от этого распределения. Поэтому можно полагать, что именно нелинейное взаимодействие атомов с окружающей средой приводит к нарушению локального термодинамического равновесия.

This paper presents a study of couplings which take place in systems where dielectric barrier discharge (DBD) excimer lamps are supplied with current source electrical power generators. Causal analysis, using the fundamental properties of the DBD, is used for the design of such current sources. A two steps approach is developed here: in order to control the lamp power, with the best efficiency concerning the UV emission, a current shape controlled current generator is set-up to investigate the possible degrees of freedom of the current waveforms: frequency, peak current, pulse duration. On this basis, “optimized” supplying conditions are selected, and a second power generator with high electrical efficiency is designed: its operating mode combines discontinuous current mode and soft-commutation (ZCS), obtaining as well low electromagnetic emissions and reduced switching losses. A classical electrical equivalent model of the lamp is used to achieve the state plane analysis and to calculate all the electric variables involved in the design of the converter and consequently to select its components. The mathematical relationships obtained from this process, especially those concerning the control of the injected power by means of the available degrees of freedom, are validated with simulations and experimental results. Experimental UV emission performances are presented as well.