Роль светоиндуцированного рассеяния в нелинейном ограничении лазерного излучения фуллеренсодержащими средами и суспензиями углеродных частиц : Численное моделирование

Защищаемые положения

Глава 1. Современное состояние проблемы и постановка

задачи

1.1 Фуллеренсодержащие среды

1.2 Суспензии углеродных частиц

1.3 Выводы и постановка задачи

Глава 2. Исследование механизма обратного насыщаемого поглощения в фуллеренсодержащих средах

2.1 Физическая модель

2.2 Математическая модель

2.3 Используемые численные методы

2.4 Параметры, необходимые для расчета

2.5 Результаты расчетов и их обсуждение

Выводы по главе

Глава 3. Исследование механизма вынужденного рассеяния в фуллеренсодержащих средах

3.1 Физическая и математическая модели

3.2 Применимость модели

3.3 Аналитическое рассмотрение

3.4 Используемые численные методы

3.5 Параметры, необходимые для расчета

3.6 Результаты расчетов и их обсуждение



Выводы по главе



Глава 4. Исследование механизма светоиндуцированного рассеяния в углеродных суспензиях при умеренных плотностях входной энергии

4.1 Физическая и математическая модели

4.2 Применимость модели

4.3 Используемые численные методы

4.4 Параметры, необходимые для расчета

4.5 Результаты расчетов и их обсуждение

Выводы по главе

Заключение

Приложение. Анализ и систематизация литературных

данных о параметрах молекулярной системы фуллерена

П.1 Фуллерены С6о и С7о

П.2 Высшие фуллерены

Литература



Диссертация посвящена численному исследованию нелинейнооптических процессов, ответственных за нелинейное ограничение лазерного излучения (лимитинг) фуллеренсодержащими средами [1-24] и суспензиями углеродных частиц. [25-30]

Нелинейными ограничителями (лимиттерами) оптического излучения называются устройства, пропускание которых падает с ростом интенсивности (или энергии) падающего излучения. Использование оптических ограничителей обеспечивает защиту глаз и оптических приборов от мощного лазерного излучения при проведении технологических операций (сварка, резка, сверление и т.п.), в медицине (терапия, хирургия), в геодезии, в научных исследованиях и т.п

К нелинейным оптическим ограничителям предъявляются следующие требования:

- высокое пропускание низкоинтенсивного излучения

- работа ограничителя в широком спектральном диапазоне

- работа ограничителя в широком диапазоне длительностей импульсов

- быстрая реакция ограничителя на оптический импульс

- ограничение выходной интенсивности в широком динамическом диапазоне

- высокая лучевая прочность (до нескольких Дж/см2)

Фуллеренсодержащие среды и суспензии углеродных частиц

являются перспективными средами для удовлетворения перечисленных выше требований.

Основной объем исследований в части диссертации, касающейся фуллеренсодержащих сред, выполнен для системы Сбо-толуол. За оптическое ограничение системой Сбо-толуол ответственны два основных механизма - обратное насыщаемое поглощение [2](RSA -



Si-S,,, которая для С6о ослабляет излучение даже несколько лучше

Для этого диапазоне длительностей систему уже нельзя свести к

Однако если длительность импульса значительно меньше времени интерконверсии ( 1Р < и ) то интерконверсией можно пренебречь и схема упрощается до четырехуровневой. В этом случае уравнения, описывающие схему примут вид:

сіп^ /Л = + иДгД)/,

сіп2(г,г)/Л = ~п21*2' (2.13-2.16)

с1п^(г,() /А = + ,г2 ^2 _ +

с1п^(г,і) IЛ = Яд«^(г,<) - (г,?)/^,

На рис. 2.5 результаты численного расчета ограничения лазерного излучения для длительности лазерного импульса tp = 1.5 пс

сравниваются с измерениями работы [35, 36]. Поскольку ВР при данных длительностях импульса практически отсутствует (см. главу 3), то основным механизмом ограничения является RSA. Видно, что достигнуто удовлетворительное согласие расчета с экспериментом во всем интервале плотностей энергии лазерного излучения.

На рис. 2.6 представлен пример заселения-разрушения уровней молекулы Сбо на длине волны 532 нм и плотности падающей энергии 1 Дж/см2. Видно, что происходит достаточно быстрое заселение возбужденного синглетного уровня.

триплетной, поскольку (ac*s/ags)>(0exT/ags).

трехуровневой, как нельзя и пренебречь членом в уравнении (2.7) .



8I(z,t) f 1 SI(z,t) dz с dt

= -a(I)xI(z,t) ;

(2.17)