WWW.MASH.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - онлайн публикации
 

Pages:   || 2 | 3 |

«В.Н. Очкин, ФИАН, Москва А.И. Рудской, СПбПУПетра Великого, С.-Петербург С.И. Кондратьев, ГМУ, Новороссийск ОРГКОМИТЕТ Э.И. Акопов, ФИАН, Москва В.М. Арпишкин, ООР, С.-Петербург А.В. Бабкин, ...»

-- [ Страница 1 ] --

СОПРЕДСЕДАТЕЛИ КОНФЕРЕНЦИИ

В.Н. Очкин, ФИАН, Москва

А.И. Рудской, СПбПУПетра Великого, С.-Петербург

С.И. Кондратьев, ГМУ, Новороссийск

ОРГКОМИТЕТ

Э.И. Акопов, ФИАН, Москва

В.М. Арпишкин, ООР, С.-Петербург

А.В. Бабкин, СПбПУПетра Великого, С.-Петербург

К.А. Балакирева (

Ученый секретарь), ГМУ, Новороссийск

В.И. Балобан, БалтГТУ, С.-Петербург

Г.А. Баранов, ВНИИЭФА, С.-Петербург

А.С. Борейшо, БалтГТУ, С.-Петербург А.Н. Власов, РРТА, Рязань А.Е. Воробьев, РУДН, Москва Г.И. Долгих, ТОИ ДВО РАН, Владивосток В.В. Дьяченко, НПИ КубГТУ, Новороссийск В.С. Иванов, СПбГУ, С.-Петербург И.Г. Иванов, ЮФУ, Ростов-на-Дону В.Н. Курятов, НИИ "Полюс", Москва Е.Л. Латуш, ЮФУ, Ростов-на-Дону В.А. Лопота, СПбПУПетра Великого, С.-Петербург В.П. Минаев, ЛА, Москва В.Я. Панченко, ИПЛИТ РАН, Шатура Московской обл .

В.Е. Привалов (Председатель), СПбПУПетра Великого, С.-Петербург И.В. Пучков, НИЦ "Репер", С.-Петербург И.В. Самохвалов, ТГУ, Томск А.Н. Солдатов, ТГУ, Томск В.А. Степанов, РГПУ, Рязань, В.А. Тарлыков, СПбНИУИТМО, С.-Петербург В.А. Туркин, (зам. Председателя), ГМУ, Новороссийск В.В. Тучин, СаратовГУ, Саратов А.В. Файвисович, ГМУ, Новороссийск А.Б. Федорцов, НМСУ «Горный» С.-Петербург А.Э. Фотиади, СПбПУПетра Великого, С.-Петербург Е.В. Хекерт, ГМУ, Новороссийск Ю.В. Чугуй, КТИ СО РАН, Новосибирск В.Г. Шеманин, НПИ КубГТУ, Новороссийск И.А. Щербаков, ИОФ РАН, Москва



ОТ РЕДАКТОРА

С 1992 года мы регулярно проводили в Санкт-Петербурге Школу-семинар-выставку "Лазеры для медицины и биологии". С 1994 года у нас появилась и экологическая тематика. Материалы публиковались в отечественных журналах, отдельные доклады помещены в "Труды международного общества по оптической технике" (SPIE). География участников, включая и зарубежных, довольно обширна, тематика разрасталась, поэтому было принято решение с 2000 года проводить конференцию "Лазеры для медицины, биологии и экологии". Круг рассматриваемых вопросов – это области, в которых лазеры дают несомненное преимущество, разработка лазеров для этих областей, применение лазеров в традиционных областях медицины, биологии и экологии. Важно понять причины эффективного применения лазеров в указанных отраслях наук

и и при решении прикладных задач. С 2007 года тематика конференции ещё расширена, высокие технологии не ограничены лазерами, отражены вопросы техносферной безопасности и нанотехнологий. С 2007 года Международная конференция "Высокие технологии в медицине, биологии и геоэкологии -2007" проводится в Новороссийске. В 2008 году название конференции было конкретизировано. С 2014 года конференция проводится в Государственном Морском университете им. адмирала Ф.Ф.Ушакова .

На конференции 2018 года представлены 141 доклад по указанной тематике. Авторы докладов работают в различных научных учреждениях и университетах Санкт-Петербурга, Москвы, Московской области (Троицк, Фрязино), Рязани, Ижевска, Самары, Волгограда, Екатеринбурга, Томска, Новосибирска, Иркутска, Владивостока, Курска, Ростова-на-Дону, Краснодара, Анапы, Новороссийска, Туапсе, Владикавказ, Атерау (Казахстан), Минска (Беларусь), Навои (Узбекистан), Софии (Болгария) .

По материалам наших конференций, прошедших в 2007-2008 годах, изданы Вестники СПбО Академии инженерных наук им. А.М.Прохорова (№3, 4 и 5). Материалы прежних конференций опубликованы в 8 томах Proceedings of SPIE. В 2009-2014 г.г. ежегодно публиковались 3-4 тома Трудов, издаваемых издательством СПбГПУ. Ряд статей, отобранных Оргкомитетом, был опубликован в отечественных и зарубежных журналах. Нашей конференции посвящены отдельные выпуски Оптического журнала (выпуск №3-2015 и выпуск №5-2016), издаваемого в Санкт-Петербурге (перечень ВАК и SCOPUS) .



Материалы нашей конференции размещены также в выпуске №6 Оптического журнала за 2017. Статьи прошлого года размещены в выпусках 4-9 Оптического журнала за 2018 г. Перед оглавлением дана информация о журналах, осуществляющих информационную поддержку нашей конференции .

С предложениями и за справками обращаться к профессору В.Е.Приваловув Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, (195251, Санкт-Петербург, СПбПУ, ИФНиТ), по электронной почте:

vaevpriv@yandex.ru и к профессору В.Г.Шеманину в Новороссийский политехнический институт (353900, Новороссийск, ул. К. Маркса, 20) по электронной почте: vshemanin@nbkstu.org.ru или vshemanin@mail.ru

СЕКЦИЯ А-1–ЛАЗЕРНАЯ ФИЗИКА

СИНТЕЗ ЛАЗЕРНЫХ КЕРАМИК

В.В. Осипов (Екатеринбург) В работе приводится обзор работ, выполненных в ИЭФ УрО РАН, по разработке технологий синтеза лазерных керамик и анализа их характеристик. Такие керамики находят широкое применение в качестве активных элементов твердотельных лазеров, оптической брони, колб мощных ламп высокого давления, жаро- и механопрочных окон и.т.д .

Создание лазерных керамик можно условно подразделить на три этапа:

получение нанопорошков, их компактирование и спекание компактов. Основные требования к нанопорошкам: малые размеры наночастиц, слабая их агломерация, высокая чистота и кубическая фаза. Наиболее полно этим требованиям отвечают нанопорошки, формирующиеся в лазерном факеле, образующимся при воздействии излучения на мишень. Нами создана технология лазерного синтеза высокочистых нанопорошков со средним размером частиц ~10 нм, распределением по размерам 5-45 нм, и производительностью до 80 г/час. Для этого исследованы основные характеристики лазерного факела, установлены причины появления в нанопорошке крупных бесформенных частиц ~100 мкм и сферических частиц с диаметром ~1 мм, разработаны методы сепарации и улавливания нанопорошка .

При исследовании компактирования нанопорошков показано, что относительная плотность компактов практически не зависит от метода компактирования (одноосное статическое прессование с воздействием ультразвука на наночастицы и без него, магнито-импульсное прессование, холодное изостатическое прессование), а определяется давлением прессования .

На основе данных по прокаливанию нанопорошков и компактов были созданы ряд методик синтеза высокопрозрачных керамик. Исследована морфология, спектральные и люминесцентные характеристики лазерных керамик, времена жизни наиболее важных лазерных уровней, а также причины отсутствия генерации при допировании Nd:Y2O3 керамики Hf3+и Zr3+ .





Показано, что замена Nd на Yb позволила совместно с ИЛФ СО РАН впервые получить высокоэффективную генерациюв сильноразупорядоченной керамике на основе Y2O3, с =29% в непрерывном режиме, и 50% в импульсном, совместно с Национальным институтом оптики (г. Флоренция). Кроме того, получена генерация на Nd:YAG керамики с дифференциальной эффективностью =52,7% (совместно с Национальным институтом оптики, г.Флоренция), на Но с =40% (совместно с ИЛФ СО РАН), и.т.д .

Для изоляторов Фарадея создана магнитооптическая керамика на основе Tb2O3 с прозрачностью 82,5%, наивысшей на данный момент, и коэффициентом Верде, V=120 рад/м·Тл, что в три раза превышает аналогичные параметры в коммерческих тербий-галлиевых керамиках .

Сообщается о технологии синтеза композитных Nd:YAG/CrCa:YAG керамик для лазеров на тонких дисках и мощных лазерных систем .

Разработана методика диффузионной сварки YAG керамик. Исследования показали, что границы раздела диффузионно свариваемых керамик исчезли вследствие рекристаллизации. Измерения коэффициента ослабления показали, что он остался на прежнем уровне, несмотря на увеличение толщины свариваемых образцов .

Сообщается о создании совместно с УрФУ Ce:YAG сцинтиллятора, обладающего хорошими временными характеристиками и большим световыходом .

Полученные результаты могут служить основой технологии синтеза ряда лазерных керамик .

ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА

ДЛЯ МОНИТОРИНГА МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ

И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ .

РАЗРАБОТКИ ИМКЭС СО РАН

А.А. Тихомиров, В.А. Корольков (Томск) В докладе представлены краткие описания созданных и новых разрабатываемых измерительных приборов и устройств в Институте мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, разработки которого частично описаны в [1-3] .

Основным направлением инновационной деятельности института является газоаналитическое, метеорологическое и геофизическое приборостроение .

Среди разработанных газоанализаторов следует отметить:

- дифференциальный оптический газоанализатор ДОГ-04 для непрерывного автоматического контроля концентрации окиси азота (NO) и двуокиси серы (SO2) в дымовых выбросах теплоэлектростанций, работающих на природном газе, угле и мазуте – сертифицирован в Росстандарте как средство измерения;

- портативный высокочувствительный анализатор ДОГ-06 концентрации ртути в атмосферном воздухе. Используется для оперативных измерений содержания паров ртути в воздухе жилой зоны от 0,1 до 100 ПДК;

- новая модификация анализатора концентрации паров ртути РГА/м на основе капиллярной лампы с естественным изотопным составом ртути;

- газоанализатор, основанный на спектроскопии спонтанного комбинационного рассеяния света (СКР-газоанализатор), позволяющий оперативно и одновременно контролировать содержание всех молекулярных газовых компонентов, концентрация которых превышает 0,01% .

Современное метеорологическое оборудование представлено:

- ультразвуковой автоматической метеостанцией АМК-03 и модификациями, которые сертифицированы в качестве средств измерений гражданского и военного назначения. АМК-03 обеспечивает измерение мгновенных значений основных метеорологических величин: температура, давление и влажность атмосферного воздуха и трехкоординатный вектор скорости ветра с частотой опроса датчиков до 80 Гц;

- атмосферно-почвенным измерительным комплексом АПИК, который обеспечивают измерение профилей температуры и влажности грунта, скорости и направления горизонтального ветра, атмосферных осадков, характеристик снегового покрова, параметров солнечной радиации, уровня, проводимости и кислотности воды в водоёмах и грунте;

- измерителем атмосферных осадков (дождя, снега, града) ОПТИОС, основанным на оптическом методе измерения теневых изображений отдельных частиц. Прибор измеряет как интегральные характеристики осадков (интенсивность и сумму выпавших осадков), так и структурные (распределение частиц по размерам и скорость их падения) .

Геофизическое оборудование представлено прибором МГР-01 для регистрации электромагнитных процессов в земной коре, геофизической разведки, поиска структурных и литологических неоднородностей, мониторинга геодинамического движения земной коры, экспресс- оценки сейсмической опасности. Создана и в течение почти 10 лет успешно функционировала система лазерного дальномерного мониторинга положения стенок высоконапорного однокамерного Усть-Каменогорского шлюза .

1. Кабанов М.В., Тихомиров А.А. Конструкторско-технологическое обеспечение фундаментальных исследований по атмосферной оптике: Итоги деятельности КТИ “Оптика” СО РАН за 25 лет // Оптика атмосферы и океана. 1997. Т. 10. № 4-5. С. 382-402 .

2. Кабанов М.В., Тихомиров А.А. Научное приборостроение: от разработок для исследований по атмосферной оптике к промышленным образцам для контроля природных и техногенных систем // Оптика атмосферы и океана. 2007. Т. 20. № 5. С. 459-466 .

3. Кабанов М.В., Крутиков В.А., Тихомиров А.А. 40 лет Институту мониторинга климатических и экологических систем СО РАН: целевые задачи научных исследований. // Оптика атмосферы и океана. 2012. Т. 25. № 2. С. 111-116 .

ПРЕИМУЩЕСТВА ПРИМЕНЕНИЯ ЛАЗЕРНОГО ДИСДРОМЕТРА

ДЛЯ СОЗДАНИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ

КОМПЛЕКСОВ

В.В. Кальчихин, А.А. Кобзев, А.А. Тихомиров (Томск) Информация о количестве выпадающих атмосферных осадков и их интенсивности имеет существенное значение для ряда отраслей экономики, а также для климатических исследований .
В некоторых задачах прикладных исследований также необходимы данные о микроструктурных характеристиках осадков – параметрах отдельных частиц (распределение по размерам и скоростям падения). Среди средств измерений, предназначенных для определения характеристик атмосферных осадков, наиболее перспективными являются приборы, основанные на оптических методах. Они обеспечивают возможность автоматического получения наиболее полной информации о характеристиках атмосферных осадков: времени начала и продолжительности выпадения, их виде (дождь, снег, град), интенсивности и количестве, а также об их микроструктуре. Кроме того, такие приборы должны легко интегрироваться в состав автоматических метеорологических комплексов для расширения их измерительных возможностей. В докладе приведено описание разработанного в ИМКЭС СО РАН дисдрометра, принцип действия которого основан на анализе теневых изображений отдельных частиц осадков, представлены результаты его лабораторных испытаний и натурных измерений характеристик дождевых и снеговых осадков и их сравнение с традиционными осадкомерами [1] .

Разработанный лазерный дисдрометр обеспечивает выполнение долговременных автоматических измерений микроструктурных и интегральных характеристик атмосферных осадков, которые необходимы для решения различных научных и прикладных задач. Применение новых алгоритмов существенно упрощает процедуру калибровки прибора и создает возможность ее автоматизации. Программное обеспечение, кроме фильтрации измерительных данных, обеспечивает решение ряда других задач, направленных на автоматизацию процесса измерений .

Анализ результатов сравнительных натурных испытаний лазерного дисдрометра совместно с традиционными измерителями О-1 и RC показал их достаточно хорошее совпадение [2]. Полученная погрешность измерения количества жидких осадков, не превышающая 10 % по сравнению со стандартными приборами, и совпадение хода измеренной интенсивности выпадения дождя показывают, что разработанные алгоритмы обработки и фильтрации данных обеспечивают минимизацию случайных ошибок. Вместе с тем, принципиальные различия в применяемых методах измерения не дают возможности для корректного сравнения целого ряда измеряемых параметров (например, для снеговых осадков), что требует применения дополнительных средств измерения .

Представленный дисдрометр требует минимального обслуживания в процессе эксплуатации, обеспечивает оперативное дистанционное получение и обработку измерительных данных, имеет программные и аппаратные средства автоматического контроля и восстановления работоспособности, предоставляет возможность автоматического определения вида осадков с точностью, сравнимой с точностью визуальных наблюдений. Совокупность этих характеристик позволяет сделать выводы о высоких показателях автономности данного прибора и перспективности его применения в составе современных информационных систем, предназначенных для автоматического мониторинга и анализа метеовеличин .

Работа финансово поддержана Минобрнауки России (Соглашение № 14.607.21.0205, уникальный идентификатор проекта RFMEFI60718X0205) .

1. Кальчихин В.В., Кобзев А.А., Корольков В.А., Тихомиров А.А. Определение вида атмосферных осадков по результатам оптических измерений их микроструктурных характеристик. // Оптика атмосферы и океана.– 2016.– Т. 29.– № 8.– С. 654-657 .

2. Кальчихин В.В., Кобзев А.А., Тихомиров А.А. Некоторые результаты натурных испытаний оптического измерителя осадков. // Оптика атмосферы и океана.– 2018.– Т. 31.– № 4. С. 320-332 .

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ АНАЛИЗАТОРА ПАРОВ РТУТИ

В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ НА ОСНОВЕ КАПИЛЛЯРНОЙ

ЛАМПЫ С ЕСТЕСТВЕННЫМ ИЗОТОПНЫМ СОСТАВОМ

В.В. Татур, А.А. Тихомиров (Томск) Представлены результаты экспериментальных исследований созданного в ИМКЭС СО РАН атомно-абсорбционного анализатора паров ртути РГА/м, в котором в качестве источника излучения используется ртутная капиллярная лампа (РКЛ) низкого давления с естественным изотопным составом (ЕИС) ртути при поперечном эффекте Зеемана на 0 = 253,7 нм [1]. Особенности структуры спектра РКЛ с ЕИС ртути и интенсивностей ее излучения представлены нами в [2, 3]. Применение такой лампы в значительной степени удешевляет стоимость РГА/м по сравнению с анализаторами РГА-11 и РА-915+, в которых в качестве источника излучения использована дорогая изотопная РКЛ при продольном эффекте Зеемана .

За счет сложного ЕИС ртути (7 изотопов) зеемановский триплет линейно поляризованных - +- и -компонент имеет сверхтонкое расщепление [2] .

При этом требуется подбор оптимальной величины магнитной индукции B .

Для обеспечения режима дифференциального поглощения необходима величина B1,5 Тл, при этом излучение -компоненты (on) остается в центре суммарного контура, обусловленного ЕИС ртути, а излучения +- и -компонент (off) смещаются на края этого контура (справа и слева, соответственно). Однако большая величина B приводит к погасанию РКЛ за счет воздействия силы Лоренца на плазму разряда. Оптимальной оказывается величина B 1,0 Тл, при которой +- и -компоненты оказываются на склонах суммарного контура ЕИС ртути, а режим горения РКЛ остается достаточно стабильным .

В схемном решении РГА/м предусмотрена возможность регистрации 4-х измеряемых сигналов: I1, который соответствует интенсивности -компоненты (I), прошедшей через измерительную кювету; I2, соответствующего сумме +- и - компонент (I) и также прошедшего через эту кювету, и сигналов I3 (I) и I4 (I), которые образуют опорный канал анализатора (регистрируются до измерительной кюветы). В отличие от вышеупомянутых аналогов анализатора, в которых использована аналоговая регистрация сигналов, в РГА/м применена цифровая регистрация всех 4-х сигналов с частотой выборок 400 Гц, что в значительной степени повышает точность измерений .

Особенностью работы РКЛ с ЕИС ртути при поперечном эффекте Зеемана является то, что интенсивность излучения I всегда на 815 % меньше интенсивности I за счет эффекта самопоглощения изучения -компоненты невозбужденными атомами ртути в капилляре РКЛ .

В докладе приведены технические решения по выравниванию интенсивностей I и I в РГА/м. Представлены также результаты экспериментальных измерений анализатором концентраций ртути с помощью эталонных кварцевых кювет, заполненных парами ртути с известной концентрацией, и паров ртути в атмосферном воздухе. Оценена степень компенсации неселективных потерь, связанных с поглощением/рассеянием сигналов I1 и I2 в измерительной кювете анализатора .

Принятые технические решения в РГА/м обеспечивают достигнутую чувствительность 30 нг/м3 при такой же величине систематической ошибки. Показаны возможные пути увеличения чувствительности анализатора .

1. Abramochkin A.I., Korolkov V.A., Mutnitsky N.G., Tatur V.V., Tikhomirov A.A. Portable mercury gas analyzer with a lamp filled with natural mercury isotope mixture // Proc. Of SPIE .

2015. V. 9680. P. 96803D .

2. Абрамочкин А.И., Татур В.В., Тихомиров А.А. Исследование - и -компонент излучения ртутной капиллярной лампы в поперечном эффекте Зеемана // Изв. ВУЗов. Физика.– 2016.– Т. 59. № 9.– С. 14-18 .

3. Абрамочкин А.И., Татур В.В., Тихомиров А.А. Особенности излучения - и - компонент ртутной капиллярной лампы с естественным изотопным составом в поперечном эффекте Зеемана // Изв. ВУЗов. Физика.– 2017.– Т. 60.– № 7.– С. 159-160 .

ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ

МИКРОИНСТРУМЕНТА

В.Н. Савин, В.А. Степанов, М.В. Шадрин (Рязань) Основой современного обрабатывающего производства металлов, включая производство миниатюризированных изделий (мехобработка), являются станки и обрабатывающие центры с ЧПУ (числовым программным управлением). Для получения качественной продукции, обладающей высокой точностью исполнения, на таких станках необходимо использовать микрофрезы, микросверла и микромечики, а также учитывать ряд таких факторов как: минимизация биения инструмента и визуализация обнаружения дефектов инструмента .

Данная работа направлена на создание оптического устройства для прецезионного бесконтактного оперативного измерения и корреляции таких параметров режущего концевого и расточного микроинструмента как вылет и диаметр фрезы с точностью лучше 1 мкм .

В основе устройства лежит оптический микрометр, использующий модель строения сетчатки человеческого глаза и бителецентрический объектив, обеспечивающий получение четкой бездифракционной тени края инструмента в увеличенном масштабе, которая затем анализируется с помощью алгоритма. Алгоритм находит крайние точки проекции и с помощью математической интерполяции вычисляет координаты точек и значения радиуса и высоты инструмента .

Оптический микрометр состоит из трех основных элементов – бителецентрического объектива ТС 23009, телецентрического излучателя LTCLHP023R одной из ведущих в этой области фирмы OPTOEngeneering (Италия) и CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)-сенсора IMX264 компании Sony. Размер сенсора должен быть больше или равен полю зрения бителецентрического объектива для захвата всего изображения .

Особенностью технологии обработки информации от микрометра является использование специального алгоритма обработки изображений. Данный алгоритм представляет собой пространственно-временной фильтр, моделирующий два основных зрительных канала человеческого глаза: фовеальное видение для детализированного цветного зрения и периферийное зрение для детектирования быстрых процессов и событий [1] .

Другой важной особенностью алгоритма является способность к удалению пространственно-временного шума с одновременным увеличением детализации изображения. Осуществляются при этом моделирование работы фоторецепторов, повышение контрастности краев изображения, улучшение контуров, моделирование процесса восприятия информации мозгом, логарифмический фильтр Габора .

Для осуществления взаимодействия оптического микрометра и ПК разработан алгоритм обмена данными. На физическом уровне взаимодействие осуществляется по интерфейсу USB 3.0. Для логического уровня реализован набор функций, позволяющих осуществлять подключение и управление такими параметрами оптического микрометра, как время экспозиции, усиление, область интереса, частота кадров. Для получения изображения в режиме реального времени реализован функционал с использованием библиотек Pylon и OpenCV .

Данный алгоритм позволяет также повысить точность определения контура режущей кромки инструмента до субпиксельных единиц. Применены три метода определения контуров: аппроксимации, основанные на вычислении моментов изображения, и интерполяционные [2] - для получения более тонкой сетки пикселей .

Benoit A., Caplier A., Durette B., Herault J.. Using Human Visual System Modeling for BioInspired Low Level Image Processing. // Computer Vision and Image Understanding. 2010. N

114. P. 758-773 .

Steger C. An Unbiased Detector of Curvilinear Structures [Text]/ Technical Report FGBV Informatik IX Technische Univ. Munchen. 1996. P. 18-20 .

УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ЗАЗОРОВ

СКВАЖИННЫХ НЕФТЯНЫХ ФИЛЬТРОВ

В.Н. Савин, В.А. Степанов, К.В. Пугин, М.В. Шадрин (Рязань) В условиях растущей конкуренции на рынке оборудования для добычи нефти и газа, неотъемлемым фактором повышения продуктивности производства такого оборудования является контроль качества выпускаемой продукции и уменьшение количества используемых ресурсов. При изготовлении щелевых скважинных фильтров основными ресурсами являются материалы, рабочее время станка и рабочее время оператора станка .

При изготовлении фильтроэлемента традиционным способом контроль величины зазора осуществляется механическим способом, обладающим многими недостатками .

Описанная ситуация ставит задачу обеспечения производства средствами контроля, позволяющими непрерывно в режиме реального времени осуществлять измерения величины зазора между витками навариваемой проволоки .



Предложено решение данной задачи = устройство на основе оптического лазерного микрометра, позволяющее бесконтактно производить замеры с высокой частотой. Оптический микрометр состоит из цифровой видеокамеры с частотой 60 кадров в секунду и бителецентрического объектива. Для обеспечения освещения используется мощная светодиодная лазерная подсветка. Камера и подсветка располагаются на кронштейне, который позволяет регулировать расстояние от поверхности фильтра до объектива. Это необходимо для возможности измерения фильтров разного диаметра и связано с постоянным рабочим расстоянием объектива. Кронштейн также позволяет регулировать продольное положение камеры относительно изготавливаемого фильтра. Второй частью устройства является вычислительный блок на базе ПК, осуществляющий прием данных с камеры и производящий цифровую обработку изображений с последующим вычислением метрических данных .

Алгоритм обработки осуществляет последовательное применение различных фильтров для последующих вычислений. Применяется пороговая обработка, морфологические операции и эквализация гистограммы изображения .

После выполнения данных операций, изображение разбивается на несколько частей (суб-изображений), каждая из которых представлена равным количеством строк исходного цифрового изображения. Далее осуществляется выделение контуров в каждом суб-изображении и поиск расстояния между краями контуров. Последующий анализ полученных значений величины зазора позволяет отфильтровать искажения и случайные погрешности, вызванные влиянием охлаждающей жидкости, подаваемой в зону приваривания проволоки .

В результате фильтрации и усреднения полученных данных, вычисляется точное значение зазора с точность до 10 мкм. Данное значение выводится на дисплей. Опираясь на показания устройства, оператор своевременно увеличивает или уменьшает величину зазора .

В программном обеспечении предусмотрены различные настройки, позволяющие выбирать номинальное значение зазора для изготавливаемого фильтра и предельные отклонения для величины зазора. В процессе производства ведется запись всех данных с временными отметками. Это позволяет по завершении изготовления вывести подробный отчет с построением графика распределения измерений по временной шкале .

Разработано и реализовано устройство измерения и контроля зазоров скважинных нефтяных фильтров. Устройство представляет собой аппаратнопрограммный комплекс, состоящий из оптического лазерного микрометра и вычислительного блока с программным обеспечением. Устройство в режиме реального времени контролирует с высоким качеством величину зазора между витками навариваемой проволоки. Разработанное устройство успешно внедрено на промышленном предприятии ОАО «Тяжпрессмаш», г.Рязань .

ЛАЗЕРНОЕ СКАНИРОВАНИЕ ЦВЕТОКОНТРАСТНЫХ ОБЪЕКТОВ

НА СТАНКАХ С ЧПУ

В.Н. Демкин, В.Н. Савин, В.А. Степанов, М.В. Шадрин (Рязань) Бесконтактные лазерные измерители линейных размеров на основе лазерной триангуляции нашли широкое распространение для контроля размеров изделий в промышленности и получения компьютерных копий объектов в системах прототипирования. Погрешность, полученная во время измерения с помощью лазерного сканера, может быть разделена на две категории: систематическую и случайную .

Наименее изучен вопрос случайных погрешностей и влияние отражательной способности исследуемой поверхности на резкое изменение коэффициента отражения при изменении цвета материала, его текстуры и угла наклона [1] .

На станке с ЧПУ проведены экспериментальные исследования влияния поверхности разных цветов на отражение лазерного точечного триангуляционного сканера. Показано, что цвета, обеспечивающие хорошее отражение лазерного излучения красного цвета, дают минимальную ошибку (голубой, серый, красный, оранжевый, желтый), а наибольшая погрешность наблюдается на поверхностях плохо отражающих свет на длине волны 675 нм и на поверхностях с очень высоким коэффициентом отражения формы импульса при различной отражательной способности поверхности .

Проведено математическое моделирование процесса формирования сигнала в результате резкого изменения коэффициента отражения. Осуществлен численный эксперимент .

Показано, что вычисленная центрода может сильно отличаться от истинного положения энергетического цетра зондирующего лазерного пятна на фотосенсоре, что приводит к возникновению ошибок при сканировании и искажению компьютерной модели или информации и дальности об объекте при контроле геометрических параметров изделий в промышленности. При попадании лазерного луча в зону резкого изменения коэффициента отражения, его форма будет искажаться, а значит будет возникать ошибка вычисления центра распределения интенсивности лазерного пятна .

Показано, что образование данных неровностей на трехмерной модели плоского объекта не зависит от направления сканирования .

Влияние направления сканирования осуществлено для оптической триангуляции со сдвоенной системой (два фотосенсора) регистрации отраженных пучков. Показано повышение точности лазерных измерителей на поверхностях при резком изменении коэффициента отражения или формы и использующих принцип, в котором наблюдается два изображения одного и того же пятна .

Определена точность измерения созданного нами [2] лазерного ортогонального триангуляционного сканера, имеющего помимо двух фотосенсоров, две плоскости триангуляции, в отличие от стандартного двойного триангуляционного сканера. Ортогональный сканер благодаря двум дополнительным маркерным лазерным лучам способен вычислять наклон поверхности по двум координатам одновременно (X и Y), и соответственно компенсировать влияние наклона на вычисление центра распределения интенсивности отраженного лазерного пятна на фотосенсоре. Данный сканер позволяет также сканировать более сложные объекты, имеющие «слепые зоны», которые стандартный двойной триангуляционный сканер не может отсканировать .

Ортогональный сканер успешно справляется и с влиянием резкого изменения коэффициента отражения, однако, метод, которым компенсируются вызванная им ошибка, существенно отличается от двойного триангуляционного датчика .

1. Демкин В.Н., Степанов В.А., Шадрин М.В. Системы быстрого прото-типирования с лазерным сканированием. //Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки. 2013. № 3(177). С. 136-143 .

2. Демкин В.Н., Шадрин М.В. Устройство для лазерного сканирования. Патент на полезную модель. № 122167. 2012 .

–  –  –

Общепринято принимать условие, что при высоком параметре накачки А в разложении решеток инверсии появляются дополнительные крупномасштабные решетки, которые вносят дополнительный вклад в конкуренцию мод и в спектре генерации появляются продольные неэквидистантные моды .

Известно, что однородное уширение вносит значительную коррекцию на результаты расчета спектра генерации YAG:Nd лазера [3] при использовании системы уравнений Танга-Статца-ДеМарса. Известно, что температура кристалла лазера влияет на величину однородного уширение спектра генерации YAG:Nd лазера [4], а при аксиальной накачке торец кристалла в зоне накачки разогревается более 200°С .

В результате расчетов системы уравнения Танга-Статца-ДеМарса при условии, что величина однородного уширения Лоренцевого контура усиления уменьшается с ростом температуры кристалла YAG:Nd, вызванного поглощением накачки, установлено, что спектр излучения YAG:Nd лазера также имеет неэквидистантность продольных мод .

1. Овчинников Е.А., Хандохин П.А., Широков Е.А. Спектр генерации твердотельного лазера с неоднородным распределением накачки вдоль резонатора Фабри-Перо. // Квантовая электроника.– 2000.– Т. 30.– №1.– С. 23-29 .

2. Ханин Я.И. Основы динамики лазеров. – М.: Наука. Физматлит. 1999. – 360с .

3. Головков О.Л., Купцова Г.А., Степанов В.А. Влияние степени неоднородного уширения контура усиления на спектр генерации Nd:YAG лазера. //Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки.– 2014.– №1(189).– С. 48-53 .

4. Зверев Г.М., Голяев Ю.Д., Шалаев Е.А., Шокин А.А. Лазеры на алюмоиттриевом гранате с неодимом.– М.:Радио и связь, 1985. – 144 с .

ГЕНЕРАЦИЯ МОНОХРОМНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ НЕЙТРОННОЙ

НАКАЧКЕ АКТИВНОЙ СРЕДЫ, ОБРАЗОВАННОЙ ПАРОЙ

СТАБИЛЬНЫХ ИЗОТОПОВ ГАДОЛИНИЯ

М.А. Казарян, И.В. Шаманин, В.В. Кнышев, С.В. Беденко, В.И. Шаманин (Томск, Москва) Показана возможность накопления избыточной энергии в активной среде, образованной изотопами гадолиния Gd155 и Gd156, за счет образования и накопления ядер в изомерном состоянии при радиационных захватах нейтронов ядрами стабильного изотопа с меньшей массой [1]. Получено соотношение, позволяющее проводить оценки параметров процессов захвата нейтронов ядрами, образования и распада изомерных состояний ядер Gd156m. Проведено численное моделирование спектра нейтронов в цилиндрическом объеме, занятом компактным оксидом гадолиния и размещенном в графитовой замедляющей среде .

Установлено, что при определенных сочетаниях геометрических параметров цилиндрического объема, ограниченного вольфрамовой стенкой, спектр нейтронов в активной среде обеспечивает возможность инверсии заселенности уровней возбуждения ядер изотопа Gd156 за счет того, что скорость “наработки” метастабильных ядер Gd156m значительно выше их “расстрела” нейтронами и скорости их перехода в основное состояние. Активная среда при нейтронной накачке может стать источником монохромного излучения с длиной волны 0,0006 нм .

Shamanin I.V., Kazaryan M.A. Nuclide kinetics involving hafnium and gadolinium nuclei in long–lived isomeric states // Bull. Lebedev Phys. Inst. 2017. V.44. N7. P. 215-217

ЛАЗЕРНАЯ ОБРАБОТКА ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ

МАТЕРИАЛОВ С ПОМОЩЬЮ ВОЛОКОННОГО ИТТЕРБИЕВОГО

ЛАЗЕРА

C.А. Котов, Н.А. Лябин, М.А. Казарян, В.И. Сачков, И.Н. Феофанов (Фрязино, Московская область, Москва, Томск) Традиционные методы обработки (механическая и гидроабразивная) обладают рядом существенных недостатков: сильный износ режущего инструмента; расслоение материала из-за вибрационных и ударных нагрузок; ограничения на контур раскроя и т.д. В статье рассматривается лазерная обработка полимерных композиционных материалов (ПКМ), которая в настоящее время считается наиболее перспективным бесконтактным, гибким в управлении, производительным и не требующим расходных материалов способом обработки. В ходе анализа теоретических и экспериментальных отечественных и зарубежных работ установлено, что перспективным направлением для качественной и производительной обработки ПКМ является применение промышленных волоконных иттербиевых лазеров. Результаты исследований с помощью экспериментальных технологических установок на базе наносекундных импульсных и непрерывных волоконных иттербиевых лазеров с мощностью излучения до 1 кВт и оптических двухосевых гальваносканеров с фокусирующей F-Theta линзой со скоростью перемещения луча до 20 м/с показали, что метод лазерной многопроходной обработки ПКМ с послойным удалением (абляцией) материала за счет механизма испарения позволяет осуществлять высококачественную прецизионную резку и сверление стекло- и углепластиков толщиной 1–3 мм .

СПОСОБЫ УПРАВЛЕНИЯ ФОРМОЙ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНОЙ

ХАРАКТЕРИСТИКИ HE – NE ЛАЗЕРА С ЦЕЛЬЮ СТАБИЛИЗАЦИИ

ЕГО ПАРАМЕТРОВ

В. С. Зоркин, А.Н. Власов, А. И. Бодров, Е.Г. Чуляева .

(Рязань) В рамках разработки малогабаритного He – Ne лазера с повышенной когерентностью уменьшение габаритов, прежде всего, определяется минимально возможной длиной оптического резонатора, пригодного для реализации требуемых характеристик будущего лазера. Для реализации поставленных задач выбран активный элемент длиной 135 мм .

Обеспечение длины временной когерентности порядка единиц – десятков метров осуществляется стабилизацией длины оптического резонатора и получением одночастотного спектрального состава [1] .

В активных элементах указанной длины существует ряд факторов, накладывающих ограничение на возможность их стабилизации в одночастотном режиме:

1) малая мощность излучения;

2) двухчастотный спектральный состав;

3) области нестабильной поляризации на контуре перестройки интенсивности мод лазерного излучения .

С целью устранения описанных ограничений предлагается поместить часть активной среды He – Ne лазера в магнитное поле .

В настоящей работе проведен анализ влияния магнитного поля на свойства лазерного излучения .

Выявлено, что комбинация продольного и поперечного магнитного поля, приложенного к части активной среды, приводит не только к перераспределению интенсивностей ортогональных мод, но и к изменению ширин контуров перестройки соответствующих мод. Кроме того, наличие магнитного поля устраняет наличие зон с нестабильной поляризацией [2] .

Полученные результаты позволяют расширять контур перестройки рабочей моды лазера и увеличивать её мощность .

В совокупности с обратным эффектом для второй ортогональной моды это позволяет провести стабилизацию длины He – Ne активного элемента длиной 135 мм по опорному уровню мощности .

Разработанный в результате проведённой работы стабилизированный лазер обладает следующими характеристиками:

1) выходная средняя мощность: 0.7 – 1 мВт;

2) нестабильность мощности за 4 часа непрерывной работы: 1%;

3) нестабильность оптической частоты за 4 часа непрерывной работы:

110 отн. ед .

-8

4) спектральный став: одночастотный;

5) габариты: 193 79 81 мм .

1. Власов А. Н., Хилов С. И.. Частотно-стабилизированные гелий - неоновые лазеры для интерферометрии. // Фотоника.– 2007.– Вып. 5 .

2. Керносов М.Ю., Киселев Ю.В., Мельничук Г.В., Чуляева Е.Г. Подавление поляризационной нестабильности в частотно - стабилизированых гелий - неоновых лазерах .

//Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки.– 2013.– № 2.– Вып.170 .

О СУПЕРПОЗИЦИИ МОД В ВОЛНОВОДНЫХ СО2 ЛАЗЕРАХ

С U-ОБРАЗНЫМ РЕЗОНАТОРОМ

А.И. Бодров, В.В. Кюн, С.П. Шлыкова, А.А. Сипайло, А.Я. Паюров (Рязань) В ряде предшествующих работ [1] рассмотрены конструктивно-технологические особенности выпускаемых АО "Плазма" волноводных СО2 лазеров серии LCD. Высокая стабильность и качество их спектральных характеристик представляют интерес для широкого применения в системах связи, дальнометрии и локации, экологического мониторинга и др. Значительное снижение габаритных размеров данных приборов обеспечивается применением оптических волноводных резонаторов U-образного складного типа. Вместе с тем известно [2], что излучение волноводных СО2 лазеров представляет собой в общем случае целый набор пространственных типов колебаний (суперпозицию мод). Данное обстоятельство накладывает серьезные ограничения на возможности применения волноводных СО2 лазеров в системах, использующих обработку информации в гетеродинном (гомодинном) режимах, так как помимо высокой однородности пучка лазерного излучения в этом случае должен обеспечиваться одночастотный режим генерации. Однако положительный опыт применения лазеров серии LCD в подобных системах свидетельствует об обратном. В данной работе предпринята попытка анализа возможных причин этого .

Экспериментально исследовано влияние удаления плоских зеркал относительно торцов каналов-волноводов прямоугольного поперечного сечения в складных U-образных оптических резонаторах на качество пространственных характеристик лазерного излучения приборов серии LCD. Изучены аналогичные резонаторы с использованием селектирующего элемента - дифракционной решетки. Проведено сравнение с результатами, полученными при переходе к оптической схеме линейного типа с подобными же параметрами. Исследования спектра излучения подтвердили высокую устойчивость одночастотного режима генерации при сохранении удельного энергосъема на уровне до 0,4 Вт/см. Полученные результаты не могут быть объяснены только условиями преобразования мод на торцах волновода. В качестве дополнительного механизма взаимодействия суперпозиции мод могут быть предложены процессы отражения на устанавливаемых под значительными (40 0 - 600) углами оптических элементах: поворотные зеркала, дифракционная решетка и др. .

Результатом исследований является обоснование выбора U-образных оптических резонаторов, а также выработка рекомендаций по эффективному их применению, в том числе в измерительных системах с гетеродинированием .

1. Cherezov V.M., Kyun V.V., Payurov A.Ya. et al. Parametrical line of RF-excited wavequide CO2 lasers. // Proc. SPIE. 2000. V. 4165. P. 150–156 .

2. Hill C.A. Transverse Modes of Plane-Mirror Waveguide Resonators. // IEEE Journal of Quantum Electronics. 1988. V. 24. No. 9. P. 1936-1945 .

О ФОРМФАКТОРЕ ГОЛОГРАММ НА ХСП И АЗОПОЛИМЕРЕ

С.А. Шойдин, А.Ю. Мешалкин (Новосибирск, Кишинёв) Как было показано ранее [1-6], динамическая безрелаксационная среда имеет имманентно ей присущие ограничения, не позволяющие на практике достигать дифракционной эффективности, близкой к предельной. В работе приводятся новые результаты экспериментов по влиянию формфактора при записи голограмм на халькогенидном стеклообразном полупроводнике (ХСП) и азополимере. Подтверждается, что при разработке новых голографических материалов и выборе удобных для решения технических вопросов голографических материалов стремление к увеличению динамического диапазона фотоотклика среды не всегда оправдано. Это связано с разной скоростью прохождения локальных участков записываемой голограммы по кривой фотоотклика голографического материала [4] и, следовательно, разного их вклада в интегральную дифракционную эффективность голограммы в целом .

В [1-6] для гауссовых пучков были получены ограничения на максимально достижимую дифракционную эффективность m, а также получен коэффициент увеличения оптимальной экспозиции, требуемой для достижения её максимума, названный формфактором. Там же было отмечено, что влияние формфактора существует даже в проявляемых средах, но только при одновременном существовании двух эффектов – нелинейности отклика, в данном случае m(E,V), и неравномерности яркости по полю E(x,y). Причём, при устранении одной из этих двух нелинейностей эффект формфактора сводится к нулю, и величина достижимой дифракционной эффективности описывается классическим выражением, аналогичным (2), полученным Когельником для плоской волны [5]. Степень приближения к этому классическому выражению определяется степенью приближения одной из двух вышеуказанных нелинейностей к прямолинейному, равномерному распределению. Средняя дифракционная эффективность m определяется (1) и переходит в классическую (2), аналогичную [7], когда произведение E(x,y)V(x,y) постоянно по полю голограммы .

m sin 2 ( E ) E ( x, y)V ( x, y)dxdy s (1) sin 2 f ( EV ) (2) Здесь, как и в [4,6], экспозиция E приводится в нормированных единицах так, что E=1 изменяет фотоотклик голографического материала, приводя к росту аргумента под синусом, равному одному радиану. Таким образом, экспозиция E=/2, при =1 приводит к =100% при видности V=1 в соответствии с выражением, найденным Когельником, в которое вырождается (2) при f(EV)=EV .

Полученный график m(E), как более подробно показано в [4,6], хорошо ложится на экспериментальную кривую, полученную на голографическом материале Реоксан [1] .

Новые результаты по экспериментальному наблюдению влияния формфактора были получены при работе с ХСП и азополимерами, проводимыми в Институте прикладной физики (Кишинев, Молдова). Получено, что дифракционная эффективность первого порядка восстановленного голограммой пучка не поднимается выше 35%. Это указывает на наличие фактора, ограничивающего такой рост, и что в этих экспериментах присутствует найденный ранее и описанный в [1-6] эффект формфактора .

1. Шойдин, С.А. Дифракционная эффективность голограмм, записанных гауссовыми пучками // Интерэкспо Гео-Сибирь – 2015. СибОптика - 2015: сб. материалов междунар .

науч. конф. Новосибирск: Изд-во Сиб. ун-т геосистем и технологий. 2015. Т. 5. С. 71-76 .

2. Shoydin, S.A. Requirements to Lasers and Form Factor of Holograms // Optical Memory and Neural Networks (Information Optics). 2014. V.23. №.4. P. 287-294 .

3. Шойдин, С.А. О требованиях к параметрам источника излучения для голографии // Лазеры. Измерения. Информация. 2013: сб. докл. - СПб.: Изд-во СПб. Политехнич. ун-та .

2013. Т.1. С. 94-107 .

4. Шойдин С. А. Метод достижения максимальной дифракционной эффективности голограмм на основе оптимизации формфактора // Компьютерная оптика. 2016. Т.40. №4 .

С. 501-507 .

5. Шойдин С.А. Формфактор голограмм и модификация статистики / Национальная конференция с международным участием. // С. А. Шойдин, А. Л. Пазоев, «СибОптикаНовосибирск. 2018. (в печати)

6. Шойдин С.А.Требования к лазерному излучению и формфактор голограмм // Оптический журнал. 2016. Т. 83. № 5. С. 65-75 .

7. Kogelnik H. Coupled Wave Theory for Thick Hologram Gratings. //The Bell System Technical Journal. 1969. V. 48. № 9. P. 2909-2947 .

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ РЕКОМБИНАЦИОННОЙ НАКАЧКИ

В ЛАЗЕРАХ НА ПАРАХ МЕТАЛЛОВ И В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

ЛАЗЕРАХ

Е.Л. Латуш (Ростов-на-Дону) Побудительной причиной провести сравнительный анализ механизмов накачки рекомбинационных лазеров на парах металлов (таких как гелийстронциевый лазер [1]) и полупроводниковых лазеров (п/п–лазеров) является то, что в обоих используется рекомбинация: в первых – ионов и электронов, вовторых– электронов из зоны проводимости с дырками в валентной зоне. Эффективность п/п–лазеров может быть очень высокой, чего нельзя сказать о рекомбинационных лазерах на парах металлов. Цель доклада – провести некоторые параллели и выделить причины этого и попытаться на этой основе нащупать пути повышения эффективности рекомбинационных лазеров .

Для создания инверсии в обоих типах лазеров необходима быстрая столкновительная релаксация внутри групп верхних и нижних уровней. В п/п–лазерах это внутризонная релаксация, поэтому она на много порядков более эффективна, чем релаксация населенностей внутри сравнительно разреженных групп уровней в газовых лазерах. Наиболее подобны рекомбинационные лазеры и п/п–лазеры с накачкой электронным лучом, но в газовых лазерах процессы создания ионов и их рекомбинации должны быть разделены во времени, что необходимо для остывания электронов, так как ударно-излучательная рекомбинация резко ускоряется при уменьшении электронной температуры (Те-9/2). В п/п–лазерах используется излучательная рекомбинация, для которой нет крутой зависимости от Те, поэтому они могут работать и в непрерывном режиме. т.е. накачка и рекомбинация электронов и дырок может происходить одновременно. Такой режим возможно осуществить в газовых лазерах с разрядом в полом катоде, так как в нем одновременно существует и группа быстрых электронов, необходимых для ионизации, и группа медленных электронов, обеспечивающих рекомбинацию. Определенное сходство можно усмотреть в механизмах работы газовых лазеров с накачкой перезарядкой или Пеннинг- процессом (например, в гелий- кадмиевом ионном лазере) и п/п–лазеров. В данном случае за счет электронного удара происходит создание и накопление энергии в ионах и метастабильных атомах гелия, которые и передают свою энергию на верхние лазерные уровни иона металла. Затем происходят лазерные вынужденные переходы на более низкорасположенные уровни ионов, которые в конце концов рекомбинируют и процесс накачки перезарядкой или Пеннинг- процессом повторяется. Поскольку для перезарядки и Пеннинг- процесса не требуется низкая температура электронов, то такие газовые лазеры могут работать и в непрерывном режиме .

Пока не существует газовых лазеров на чисто излучательной рекомбинации, т.е. на переходах электронов из континуума на связанные уровни с излучением фотона. Вероятность такой рекомбинации значительно ниже, чем тройной ударно-излучательной рекомбинации. Но зато для неё не требуется низкая температура электронов. Поэтому представляется целесообразным провести исследования и в этом направлении .

Намного более эффективны п/п–лазеры с инжекционной накачкой: в них вообще не требуется создавать электроны и дырки в процессе работы лазера – они существуют изначально в p- и n-областях лазерного диода. Их нужно просто свести вместе в p-n переходе и дать возможность рекомбинировать, создав, конечно, при этом инверсию населенностей. Процесс такого рода очень трудно осуществить в газовых средах. Однако нечто подобное можно попытаться осуществить в плазмодинамических лазерах .

Таким образом, рекомбинационным ионным лазерам на парах металлов по ряду вышеперечисленных причин трудно достичь эффективности полупроводниковых, особенно, инжекционных лазеров. Однако они могут превосходить их по качеству и мощности выходного излучения .

Выражаю благодарность Букину К.С. за помощь в подготовке доклада .

1. Латуш Е.Л., Чеботарев Г.Д., Сэм М.Ф. Малогабаритные He-Sr+(Ca+) рекомбинационные лазеры // Квант. электроника. 2000. т.30. №6. с.471-478 .

ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ РЕКОМБИНАЦИОННЫХ ЛАЗЕРОВ

НА ПАРАХ МЕТАЛЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕНЕТИЧЕСКОГО

АЛГОРИТМА

Г.Д. Чеботарев (Ростов-на-Дону) Лазеры на парах металлов (ЛПМ) обеспечивают генерацию когерентного излучения в широком диапазоне длин волн, имеют высокие выходные и эксплуатационные характеристики и находят применения во многих областях техники, науки и медицины. Активная среда ЛПМ представляет собой неравновесную газоразрядную плазму, а лазеры на рекомбинационно-неравновесной плазме называются рекомбинационными или плазменными. Среди рекомбинационных лазеров наиболее высокие энергетические характеристики имеют лазеры на ионных переходах стронция и кальция, которые генерируют в фиолетовом (=430,5 и 416,2 нм SrII) и ультрафиолетовом (=373,7 и 370,6 нм CaII) диапазонах спектра [1] .

Глубокие знания о физике процессов в активных средах ЛПМ, необходимые для создания эффективных лазеров, могут быть получены как с помощью экспериментальных исследований, так и с использованием метода математического моделирования, который позволяет детально исследовать кинетику процессов в активных средах, а также прогнозировать оптимальные параметры возбуждения и характеристики генерации, в том числе при труднореализуемых экспериментальных условиях. При моделировании автоматическая оптимизация лазерных параметров может быть эффективно осуществлена с использованием алгоритмов численной многопараметрической оптимизации [2-3] .

В настоящей работе были проведены численные исследования, направленные на оптимизацию характеристик ионных рекомбинационных лазеров на парах стронция и кальция с использованием генетического алгоритма [3]. Этот алгоритм относится к эволюционным методам оптимизации, в основу которых заложены принципы эволюционной генетики. Данный алгоритм способен найти глобальный оптимум целевой функции по многим параметрам за приемлемое время в условиях, когда другие методы оптимизации с этим не справляются .

Генетический алгоритм был программно реализован для математических моделей рекомбинационных лазеров на парах стронция и кальция [2], включающих в себя основные физические процессы в плазме, ответственные за лазерную генерацию. С использованием математических моделей была выполнена серия численных экспериментов по оптимизации ряда саморазогревных активных элементов рекомбинационных лазеров различной геометии. Полученные результаты демонстрируют хорошее согласие расчетных и экспериментальных данных .

1. Солдатов А.Н., Латуш Е.Л., Чеботарев Г.Д., Юдин Н.А., Васильева А.В., Полунин Ю.П., Пруцаков О.О. Импульсно-периодические лазеры на парах стронция и кальция / Под ред. А.Н. Солдатова, Е.Л. Латуша. – Томск: ТМЛ-Пресс, 2012. – 526 с .

2. Chebotarev G.D., Prutsakov O.O., Latush E.L. Mathematical modeling of ion recombination strontium vapour laser // Proc. SPIE. 2004. V.5483. P. 83-103 .

3. Cheng C., He S. Optimal design for a copper vapour laser with a maximum output by using a genetic algorithm. // Optical and Quant. Electron. 2001. V.33. P. 83-98 .

ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТЕЙ

ХАРАКТЕРИСТИК МНОГОВОЛНОВОГО ЛАЗЕРА НА ПАРАХ

СТРОНЦИЯ ОТ ДАВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ АКТИВНОЙ СРЕДЫ

Г.Д. Чеботарев (Ростов-на-Дону) Импульсно-периодический лазер на парах стронция (ЛПС) имеет особенность, состоящую в том, что в нем с высокой эффективностью реализуются как ионизационный, так и рекомбинационный механизмы формирования инверсии населенностей. В частности, ЛПС излучает с высокими энергетическими характеристиками как на ИК самоограниченных переходах атома и иона стронция (=6,456 мкм SrI, ~3 мкм SrI и ~1 мкм SrII), так и на видимых рекомбинационных переходах иона стронция (=430,5 и 416,2 нм SrII) [1]. Экспериментальные исследования [2-3] показали, что, несмотря на различие в механизмах генерации на ИК и видимых переходах стронция, в ЛПС возможен режим одновременной многоволновой генерации в широком спектральном диапазоне на самоограниченных и рекомбинационных переходах. При этом зависимости от давления и температуры активной среды характеристик генерации на различных переходах в спектрах как SrI, так и SrII существенно различаются. Поэтому реализация эффективного многоволногового режима генерации в ЛПС требует тщательного подбора условий возбуждения активной среды .

В настоящей работе проведены численные исследования зависимостей характеристик генерации ионного лазера на парах стронция (=1,091 и 1,033 мкм SrII, =430,5 и 416,2 нм SrII) от давления и температуры активной среды для ряда активных элементов ЛПС, исследованных экспериментально в [2-3]. При расчетах использовалась самосогласованная математическая модель ЛПС, реализующая алгоритмы автоматической численной многопараметрической оптимизации. На основе результатов расчетов найден диапазон условий возбуждения активной среды ЛПС для реализации многоволнового режима генерации. Полученные при расчетах зависимости показали хорошее согласие с экспериментальными данными .

Полученные в работе результаты дают возможность целенаправленно выбирать условия возбуждения многоволновых ЛПС с различной геометрией, а также управлять относительным вкладом различных спектральных компонент в выходное излучение ЛПС .

1. Солдатов А.Н., Латуш Е.Л., Чеботарев Г.Д., Юдин Н.А., Васильева А.В., Полунин Ю.П., Пруцаков О.О. Импульсно-периодические лазеры на парах стронция и кальция / Под ред. А.Н. Солдатова, Е.Л. Латуша. – Томск: ТМЛ-Пресс, 2012. – 526 с .

2. А.Н. Солдатов, С.Ю. Мирза, Ю.П. Полунин, А.С. Шумейко. Импульсно-периодическая генерация лазера на переходах SrI и SrII с высоким коэффициентом усиления в условиях ионизационной и рекомбинационной неравновесности плазмы. // Известия ВУЗов.Физика.– 2013.– Т.56.– №11.– С.66-71 .

3. А.Н. Солдатов, Г.Д. Чеботарев, Е.Л. Латуш, Ю.П. Полунин, А.С. Шумейко, Н.А .

Юдин. Лазер на парах стронция с ионизационным и рекомбинационным механизмами формирования инверсии. //Квантовая электроника.– 2016.– Т.46.– №12.– С.1142-1145 .

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК АКТИВНЫХ СРЕД

ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКИХ ЛАЗЕРОВ НА ПАРАХ МЕТАЛЛОВ

Г.Д. Чеботарев (Ростов-на-Дону) Активные среды импульсно-периодических лазеров на парах металлов (ЛПМ) функционируют при достаточно высоких рабочих давлениях и частотах повторения импульсов. При таких условиях возможно формирование пространственно- неоднородных распределений параметров плазмы и интенсивности выходного излучения, вызванных перегревом осевых областей разряда и радиальным катафорезом, а также из-за развития тепловых неустойчивостей плазмы (контракции разряда) [1-2]. Это приводит к ограничению роста выходных характеристик ЛПМ при больших объемах активной среды, а также при высоких давлениях и частотах повторения импульсов, при этом оптимальные для генерации условия определяются уже не только условиями эффективного действия механизмов накачки рабочих уровней, но также и условиями формирования пространственно- однородной плазмы .

В настоящей работе с использованием самосогласованных математических моделей [3] были проведены численные расчеты пространственно- временной эволюции параметров плазмы и характеристик генерации ионных рекомбинационных лазеров на парах стронция и кальция .

В частности, детально исследованы как процесс установления импульснопериодического режима, так и установившийся режим при вариациях в широких пределах условий возбуждения активной среды. Детально изучены явление контракции импульсно- периодического разряда, а также явление расконтрагирования, благодаря которому автоматически достигается высокая пространственная однородность плазмы .

На основе анализа полученных при моделировании результатов установлены основные физические механизмы, ответственные за формирование пространственных распределений параметров плазмы при типичных для ЛПМ условиях возбуждения, а также найдены основные закономерности формирования пространственных характеристик активных сред импульсно- периодических ЛПМ .

1. Энциклопедия низкотемпературной плазмы / Под ред. В.Е. Фортова. Том XI-4. Газовые и плазменные лазеры. – М.: Физматлит, 2005. – 822 с .

2. Солдатов А.Н., Латуш Е.Л., Чеботарев Г.Д., Юдин Н.А., Васильева А.В., Полунин Ю.П., Пруцаков О.О. Импульсно-периодические лазеры на парах стронция и кальция / Под ред. А.Н. Солдатова, Е.Л. Латуша. – Томск: ТМЛ-Пресс, 2012. – 526 с .

3. Chebotarev G.D., Prutsakov O.O., Latush E.L. Mathematical modeling of ion recombination strontium vapour laser // Proc. SPIE. 2004. V.5483. P. 83-103 .

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМА ВОЗБУЖДЕНИЯ АКТИВНОЙ СРЕДЫ

ИОНИЗАЦИОННО-РЕКОМБИНАЦИОННОГО ЛАЗЕРА НА ПАРАХ

СТРОНЦИЯ ЦУГАМИ ИМПУЛЬСОВ

Г.Д. Чеботарев (Ростов-на-Дону) Ионный рекомбинационный He-Sr лазер генерирует коротковолновое излучение (=430,5 и 416,2 нм SrII) с достаточно высоким уровнем средней мощности [1]. He-Sr лазер также является эффективным источником ИК излучения на самоограниченных переходах (=6,456 мкм; ~3 мкм Sr и ~1 мкм SrII). При определенных условиях возможно формирование инверсии населенностей на переходах стронция как в период рекомбинационой, так и в период ионизационной неравновесности газоразрядной плазмы, при этом реализуется совместная многоволновая генерация на рекомбинационных и самоограниченных переходах стронция [2] .

В настоящей работе с использованием математической модели He-Sr лазера [3] проведены численные исследования возможности повышения выходных характеристик ионного ионизационно- рекомбинационного He-Sr лазера (=430,5 и 416,2 нм SrII, =1,091 и 1,033 мкм SrII) в режиме возбуждения цугами импульсов тока с коротким межимпульсным интервалом (~1 мкс) .

Результаты численных экспериментов показали, что в определенном диапазоне межимпульсных интервалов импульсные энергетические характеристики генерации как на видимых рекомбинационных лазерных переходах SrII, так и на ИК самоограниченных переходах SrII во втором и последующих импульсах в цуге превышают эти значения в первом импульсе .

Также повышаются КПД и средняя мощность генерации. При этом для предотвращения перегрева активной среды по мере увеличения количества импульсов в цуге необходимо снижать частоту следования цугов .

Анализ результатов расчетов показал, что при значительном уменьшении межимпульсного интервала происходит рост остаточной предымпульсной концентрации не успевших прорекомбинировать ионов Sr+. При этом возможно повышение эффективности создания ионов Sr++ за счет ступенчатой ионизации во втором и последующих импульсах возбуждения, а, следовательно, выходных характеристик генерации на переходах SrII, накачиваемых за счет рекомбинации ионов Sr++. Кроме того, поскольку при малом межимпульсном интервале к началу второго и последующих импульсов концентрация ионов Sr+ остается существенной, то, соответственно, снижается доля энергии, затрачиваемая на создание ионов Sr + из основного состояния атомов Sr, и повышается эффективность возбуждения резонансных уровней SrII из основного состояния Sr +. Как следствие, возрастают выходные характеристики генерации на самоограниченныхпереходах SrII .

Таким образом, в работе показана перспективность использования цугов импульсов с коротким межимпульсным интервалом для возбуждения ионного ионизационно- рекомбинационного лазера на парах стронция .

1. Солдатов А.Н., Латуш Е.Л., Чеботарев Г.Д., Юдин Н.А., Васильева А.В., Полунин Ю.П., Пруцаков О.О. Импульсно-периодические лазеры на парах стронция и кальция / Под ред. А.Н. Солдатова, Е.Л. Латуша. – Томск: ТМЛ-Пресс, 2012. – 526 с .

2. Солдатов А.Н., Чеботарев Г.Д., Латуш Е.Л., Полунин Ю.П., Шумейко А.С., Юдин Н.А. Лазер на парах стронция с ионизационным и рекомбинационным механизмами формирования инверсии. // Квантовая электроника. 2016. Т.46. №12. С. 1142-1145 .

3. Chebotarev G.D., Prutsakov O.O., Latush E.L. Mathematical modeling of ion recombination strontium vapour laser. // Proc. SPIE. 2004. V.5483. P. 83-103 .

ИССЛЕДОВАНИЕ ИМПУЛЬСНОЙ ЛАЗЕРНОЙ АБЛЯЦИИ

НА КОМПОЗИТАХ С ПЕРЕХОДНЫМИ МЕТАЛЛАМИ

О.В. Мкртычев, А.П. Будник, С.О. Черкасов,,В.Г. Шеманин (Новороссийск, Ростов-на-Дону) Импульсная лазерная абляция лежит в основе процессов лазерной обработки материалов и применятся в высокотехнологичных производствах – микрообработке и модификации устройств нанофотоники [1–3]. Особенностью лазерной абляции является вероятностный характер процессов абляционного разрушения [2], что обусловлено случайным пространственным распределением поглощающих дефектов и их характеристиками. Это приводит к различным значениям порога лазерного пробоя, вероятностному характеру развития лазерного плазмообразования и к сильной зависимости между порогом разрушения и размером области взаимодействия лазерного излучения (размерный эффект). Ранее авторами были выполнены исследования лазерной абляционной деструкции стеклянных композитов [1, 2]. Были выполнены экспериментальные исследования пороговых плотностей энергии импульсной лазерной абляции композитных материалов на основе силикатного стекла, легированного переходными металлами (Au, Cu) под действием излучения YAG-Nd лазера. Представлены УФ и Видимые спектры композитов, позволяющие судить о различии в их оптических свойствах. Полученные значения характеристических параметров процесса взаимодействия лазерного излучения с материалом образцов позволяют соотнести их с различными свойствами композитов .

1. Atkarskaya A.B., Mkrtychev O.V., Privalov V.E., Shemanin V.G. Laser ablation of the glass nanocomposites studies // Optical Memory and Neural Networks (Information Optics). 2014 .

V.23, Issue 4, P. 265–270 .

2. Shemanin V.G., Mkrtychev O.V. The optical strength of the glass nanocomposites at laser ablation. //Journal of Physics: Conference Series (JPCS) 2015. 653 012012 .

3. Черкасова С.О., Будник А.П. // Инженерный вестник Дона. 2016. №3. С. 9 .

ЛАЗЕРНОЕ ОСВЕЧИВАНИЕ В ПОВЫШЕНИИ

НЕСПЕЦИФИЧЕСКОЙ РЕЗИСТЕНТНОСТИ ДЕТЕЙ

В.В. Жуков, А.А. Кожин, А.А. Афонин (Ростов-на-Дону) Ксеногенное загрязнение окружающей среды индуцировало снижение неспецифической резистентности всех слоев популяции, особенно у детей раннего возраста. Наши исследования, а также результаты работы [1], свидетельствуют о том, что этиологическим компонентом разнообразных нейроэндокринных нарушений онтогенеза у детей могут быть микроэлементозы. Они отличаются определенным патоморфозом, активацией свободно радикальных процессов, что способствует возрастанию количества болеющих детей. В их лечении успешно применяется низкоинтенсивное лазерное излучение, направляемое как на рефлексогенные или проекционные зоны, так и внутривенно. С его помощью можно активизировать адаптационно-компенсаторные реакции [2] .

Целью работы стала разработка немедикаментозного способа повышения адаптационных ресурсов детей с учетом функциональных показателей их организма. Объектом исследования были дети 5-6 лет (около 200 человек) из города Новочеркасска. По данным осмотра, из них 100 человек относились к категории часто болеющих детей последние 2 года. При проведении обследований из них было сформировано несколько групп: 1-я группа – дети, семьи которых проживали в техногенно загрязненном (по данным Ростпотребнадзора) районе города, поблизости от крупного предприятия машиностроительной промышленности (58 человек); 2-я группа – дети, родители которых работали на этом промпредприятии и контактировали длительное время с негативными профессиональными факторами во время беременности (42 человека); 3-я группа – здоровые дети того же возраста, составляющие контингент сравнения (10 человек). Они жили в «чистом» районе .

Программа обследования включала: анализ данных анамнеза, изучение антропометрических показателей с вычислением индекса массы тела; определение в плазме крови концентрации кортизола, тироксина, тестостерона общепринятым методом иммуноферментного анализа; общий анализ крови; определение иммуноглобулинов А, М, Е, G; анализ содержания химических элементов - свинец, цинк, селен, хром, марганец, медь - в утренней моче атомноабсорбционным методом .

Для повышения резистентности детей использовали лазерное освечивание излучением гелий-неонового лазера с длиной волны 632,8 нм. Для этой цели была использована установка АФЛ-1. Луч лазера направляли на проекцию лучевой вены, шейного 7 позвонка, тимуса для чрескожного освечивания крови .

Плотность мощности излучения составляла 100 мВт/см2, экспозиция -по 1-й минуте на каждую точку. В качестве общеукрепляющего лечения дополнительно применяли витаминно-минеральные комплексы «Триовит» и «Селцинк Плюс» .

Обследования проводили до и после курса терапии. Было обнаружено, что после курса физиотерапии тенденция к улучшению показателей была у всех обследуемых, но достоверные изменения были только у детей 1-й группы .

Для подтверждения лабораторных результатов проведены катамнестические наблюдения в течение 6 месяцев. Обнаружено, что случаев легочной патологии в 1-й группе не было у 82,7 % пролеченных детей (48 из 58 человек). У детей 2-й группы результаты были скромнее (у 29 из 42 человек - 69,0 % соответственно) .

Таким образом, применение лазерного освечивания и витаминно-минеральных комплексов способствует повышению неспецифической резистентности детей .

1 Prasad A.S. Discovery of human zinc deficiency: 50 years later // Journal of Trace Elements in Medicine and Biology. 2012. Vol.26, №2-3. P.66- 69 .

2 Серов В.Н., Москвин С.В., Кожин А.А., Жуков В.В. Лазерная терапия в акушерстве и гинекологии. – М.-Тверь: ООО «Изд. «Триада», 2018. – 248 с .

ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ В ТЕРАПИИ БОЛЬНЫХ НЕЙРОДЕРМИТОМ

В.В. Жуков, А.В. Письменский, А.А. Кожин (Ростов-на-Дону) Нейродермит (НД) является одной из распространенных нозологий профпатологического профиля. Чаще всего НД возникает у работников, находящихся в условиях высокой концентрации пыли. Её накопление в тканях приводит к невротизации организма. К одним из наиболее эффективных немедикаментозных методов, отличающихся активирующими свойствами, относятся низкоинтенсивное лазерное излучение (НИЛИ) и озонотерапия. Тактика же совместного применения НИЛИ и озона в лечении НД разработана мало .

Цель работы состояла в оценке совместного применения НИЛИ и озона в терапии НД работников угольных шахт. В I-ю группу больных вошли 38 шахтеров; во II-ю группу – 10 сотрудников коммунальных служб шахт, не работающих в подземных условиях. В группу сравнения вошли 10 здоровых шахтеров того же возраста .

В качестве показателя функционального состояния пораженных участков кожи выбрали концентрацию суммарных нуклеиновых кислот в клетках кожи (белковый обмен) и гликогена (углеводный обмен). Уровень концентрации веществ определяли цитофотометрически. Об интенсивности ксеногенной интоксикации и стрессирования организма судили также по изучению показателя процесса перекисного окисления липидов. Его выраженность оценивали по концентрации малонового диальдегида в слюне .

В лечении использовали метод эндоназального воздействия НИЛИ. Этот фактор индуцирует активацию гормональной продукции организма, что приводит к коррекции вегетативных нарушений [1]. В качестве источника излучения служила установка «Узор» с лазером на арсениде галлия. Световод вводили в носовой ход на глубину около 2,0 см. Излучение имело следующие параметры: длина волны 0,89 мкм, импульсная мощность - 2,8 Вт, частота следования импульсов – 3,0 кГц, экспозиция - 4 мин. Для местной обработки пораженных участков кожи применяли озонотерапию. В качестве ее несущей основы было использовано озонированное оливковое масло. Концентрация озона в масле составляла 5 мг/л, для озонирования использовали установку АСТ-НСК-01-С .

Общая схема манипуляции во время сеанса терапии имела следующий вид. Вначале пациенту проводили эндоназальное воздействие НИЛИ ИК-области спектра. После этого на пораженный участок кожи наносили озонированное масло так, чтобы кроме пораженного участка была смазана и соседняя с ним зона не пораженной кожи шириной не менее 1 см. Для улучшения проникновения озона в дерму осуществляли точечное облучение по периметру участка излучением гелий- неонового лазера с длиной волны 632,8 нм. Экспозиция облучения каждой точки составляла около 30 сек, плотность мощности

– 200 мВт/см2, расстояние между точками примерно 2 см. Курс озоно-лазерной терапии составлял 10 - 12 ежедневных процедур [2] .

На 4 - 5 день терапии у большинства пациентов возникала равномерная редукция всего симптомокомплекса, характерного для НД. К 10 - 12 дню резко снижались явления воспаления, исчезал зуд, нормализовался сон, что снижало невротизацию больных. Отмечалась позитивная динамика лабораторных показателей. Используемая комплексная терапия после завершения курса была эффективной у 32-х из 38-и больных (84,2%) I-й группы и у 9-и из 10-и больных (90,0 %) II-й группы.За время катамнестических наблюдений (через год) только у 3-х из 32-х излеченных (9,4 %) I-й группы имелись рецидивы через 6 - 7 месяцев после завершения курса .

Таким образом, предложенный метод озоно- лазерной терапии, направленной как на центральные отделы регуляции вегетативных функций, так и на очаг поражения кожи повышает эффективность лечения больных НД .

1 Жуков В.В., КожинА.А., Мрыхин В.В. Лазерная терапия нарушений психического здоровья. – Ростов-на-Дону: Изд. ЮФУ, 2016. – 146 с .

2 Пат. 2269347RU, МПК A61N5/067 Способ лечения нейродермита /А.В.Письменский. - №2004129221/14; заявл. 04.10. 04; опубл. 10.02.06 .

ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОПТИЧЕСКОГО РЕЗОНАТОРА

НА ИЗЛУЧЕНИЕ ЛАЗЕРА НА ПАРАХ МЕДИ,

ВОЗБУЖДАЕМОГО ВЧ-РАЗРЯДОМ

М.М. Маликов, В.М. Батенин, В.Т. Карпухин, М.А. Казарян (Москва) В последние годы, численным методом, нами проводилось обоснование возможности создания безэлектродной конструкции лазера на парах меди (ЛПМ), возбуждаемого новым для него способом - импульсно-периодическим индукционным разрядом [1, 2] с целью существенного увеличения ресурса его работы. Предполагалось также, что отсутствие электродов позволит упростить конструкцию и снизить стоимость отпаянных активных элементов этого лазера. Как показали результаты наших численных исследований, в рассмотренной схеме индукционного лазера на парах меди (ИЛПМ) импульсы накачки представляли собой цуги высокочастотных (fцуг=1070 МГц) затухающих колебаний электрического тока, следующих друг за другом с частотами fсл=(2

30) кГц. При объёме разрядной камеры в 1.7 литра, выходная мощность в численных экспериментах достигала 170 Вт, при физическом и техническом кпд соответственно 3,7 % и 1,9 %. Это свидетельствует о перспективности создания эффективных мощных ИЛПМ .

В данной работе проводилась оптимизация ИЛПМ по параметрам оптического резонатора с плоскими зеркалами. Варьировались коэффициенты отражения зеркал R1, R2 и длина резонатора L. Рассматривался вариант резонатора с R1R2 и симметричный вариант R1=R2. Как показано ранее в [3, 4], при fцуг30 МГц и fсл(1213) кГц в ИЛПМ генерируются гладкие импульсы излучения длительностью ~ 10 нс. При fсл (23) кГц импульс генерации представляет собой излучение, пульсирующее с частотой пульсаций джоулева тепла 2fцуг, при этом полная длительность такого импульса возрастала до 90100 нс. Представленные здесь результаты численной оптимизации по параметрам резонатора, для этого случая, показали, что уменьшение значений R2 выходного зеркала (вплоть до нуля) приводит к увеличению амплитуды пульсаций в импульсе излучения (до 90 %). С увеличением L и R2 пульсации уменьшаются, и импульс генерации сглаживается. Особенно это чётко проявлялось в симметричном резонаторе, где величины R1=R2 могу быть заданы близкими к единице. Во всех случаях вариация величин R1, R2 и L слабо сказывалась на полной длительности импульса излучения, средней мощности и физическом КПД лазера. Также отметим, что пульсационные пики в импульсе излучения, при любых значениях R1, R2 и L, оставались строго привязанными к пульсациям джоулева тепла, выделяющегося в плазме и соответственно к пульсациям электронной температуры. Изменение параметров резонатора влияло только на амплитуду пульсаций излучения. Варьируя R1, R2 и L мы изменяем декремент и время затухания излучения в резонаторе. Значительное сглаживание пульсаций излучения наблюдалось тогда, когда время затухания становилось заметно больше длительности пульсаций джоулева тепла (~1/2fцуг) в ВЧ- разряде. В расчётах другого режима работы ИЛПМ (при fсл(12-13) кГц), увеличение R2 и L приводило к значительному росту длительности импульса генерации и снижению его амплитуды. Форма импульса оставалась прежней (один пик). Средняя мощность и физический КПД лазера изменялись незначительно .

В целом, картина генерации излучения ИЛПМ при возбуждении цугами ВЧ- тока, носит более разнообразный характер, чем в обычном электродном ЛПМ. Это может расширить область его практического применения .

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 17-08-00410 а .

1. Batenin V.M., Kazaryan M.A., Karpukhin V.T., Lyabin N. A., Malikov M.M. //Plasma Physics Reports. 2016. V.42. № 11. P. 1057-1065 .

2. Батенин В.М., Казарян М.A., Карпухин В.Т., Маликов М.М. //Оптика атмосферы и океана.- 2016. Т. 29. № 2. С. 112–120 .

3. Batenin V.M., Kazaryan M.A., Karpukhin V.T., Malikov M.M. // High Temperature. 2017. V. 55. № 5 .

4. Batenin V.M., Kazaryan M.A., Karpukhin V.T., Lyabin N.A., Malikov M.M., Sachkov V.I., Feofanov I.N. // Proc. SPIE. 2018. V.10614 .

О ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НАНОЧАСТИЦ ОКСИДОВ

ВОЛЬФРАМА И МОЛИБДЕНА В КАЧЕСТВЕ СУБСТРАТОВ

В ДИАГНОСТИЧЕСКИХ МЕТОДИКАХ НА ОСНОВЕ ГИГАНТСКОГО

КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ

В.Т. Карпухин, М.М. Маликов, Т.И. Бородина, Г.Е. Вальяно (Москва) В последние годы резко выросло число исследований, направленных на развитие методик высокочувствительного анализа состава смесей газов, жидкостей и твердых веществ с использованием эффекта гигантского комбинационного рассеяния (ГКР) [1, 2]. Увеличение (на многие порядки) вероятности рассеяния лазерного излучения анализируемыми молекулами (аналитами) происходит тогда, когда эти молекулы находятся на поверхности наночастиц другого вещества (субстрата). В данной работе проведено изучение строения наноструктур оксидов молибдена и вольфрама, полученных методом лазерной абляции металлов в воде, и сделана оценка их возможного использования в качестве субстратов для ГКР .

С помощью рентгеновского дифрактометра и сканирующего электронного микроскопа показано, что высохшие суспензии (продукты абляции) имеют две основные составляющие микроструктуры: растрескавшиеся плотные аморфные массы и расположенные на их поверхности и в приповерхностном слое агрегаты округлых частиц, а также, пенистые образования, достигающие в некоторых зонах десятков микрон. Рассмотрение при более высоком увеличении отдельных агрегатов частиц и пенных образований указывает, что они состоят из сплошных и полых квазисфер размером, в основном, от единиц до нескольких десятков нанометров. Все отмеченные наноструктуры сложены из рентгеноаморфного материала (размер частиц менее 1-2 нм). Наблюдается высокая развитость поверхности и подобие форм нанообразований оксидов вольфрама и молибдена. Отмеченные особенности структур указывают на перспективность применения этих оксидов в качестве субстратов в аналитическом методе на основе ГКР. На возможность достижения достаточно больших величин усиления с использованием наночастиц оксидов молибдена и вольфрама указывают результаты экспериментов, ранее выполненных авторами с оксидами циркония, которые имеют аналогичное строение наноструктур [3] .

В работе [3] был измерен коэффициент усиления ГКР, значение которого составило не менее~104. Результаты данной работы показывают так же, что метод лазерной абляции металлов в воде позволяет синтезировать и исследовать наноструктуры оксидов переходных металлов, которые могут найти перспективные применения в различных приложениях .

Зуев В.С. Поверхностные поляритоны и плазмоны: спонтанное излучение атома вблизи тела малого размера. ФИАН, 2006, препринт №3. – С. 15 .

1.Емельянов В.И., Коротеев Н.И. Эффект гигантского комбинационного рассеяния света молекулами. // УФН. 1981. Т. 135. С. 345

2.Karpukhin V.T., Malikov M.M., Borodina T.I., Val'yano G.E., Gololobova О.А. An investigation of the effect of surface-enhanced Raman scattering on zirconium and molybdenum nanostructures synthesized by laser ablation in a liquid environment. / in "Laser Ablation: Advances in Research and Applications Nova Science Publishers. New York. 2017. Р. 179-192,

ОПТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПАТОЛОГИИ СУСТАВОВ

Е.В. Тимченко, П.Е. Тимченко, Л.Т. Волова, Д.А. Долгушкин, Е. Ф. Ягофарова, М.Д. Маркова (Самара) При заболевании остеоартрозом (ОА) одним из важных составляющих является синовиальная жидкость. Поэтому для своевременной и верной диагностики заболевания суставов, как следствие, более точного назначения последующего лечения пациента, является анализ синовиальной жидкости .

Изучение суставной жидкости проводится относительно редко, т.к. интерпретация результатов анализа вызывает немалые трудности .

Одними из методов диагностики синовиальной жидкости являются оптические методы, среди которых широкое применение в биомедицинских задачах получили методы спектроскопии комбинационного рассеяния (СКР) и конфокальной флуоресцентной микроскопии .

Образцы исследовали с помощью стенда, реализующего метод СКР .

Стенд включал в себя высокоразрешающий цифровой спектрометр Shamrock sr-303i со спектральным диапазоном 200-1200 нм, со встроенной охлаждаемой камерой DV420A-OE, волоконно-оптический зонд RPB-785 для спектроскопии КР, совмещённый с лазерным модулем LuxxMaster LML-785.0RB-04 с длиной волной лазерного излучения 785 нм и с шириной линии 0,2 нм [1]. Обработка спектров была проведена в программной среде Wolfram Mathematica 10 и заключалась в удалении шумов сглаживающим медианным фильтром по 7 точкам. Затем на выбранном интервале 300-2200 см-1 при помощи итерационного алгоритма определяли аппроксимирующую линию (полином пятой степени) автофлуоресцентной составляющей и затем вычитали эту составляющую, получая выделенный спектр КР .

Сравнивая спектры условно здоровых- контрольных образцов СЖ в сравнении с развившимся ОА, было выявлено увеличение содержания гиалуроновой кислоты на волновом числе 1155 см-1 (Гиалуроновая кислота (С-О, С-С)), наличие которой обеспечивает вязкость СЖ, смазочный эффект и поглощение ударных импульсов в суставе, а также увеличение содержание Амида III на волновом числе 1250 см-1 возникающее в результате износа хрящевой ткани, субхондральной кости .

С помощью оптических методов исследований было выявлено увеличение белковых компонентов в синовиальной жидкости пораженного сустава, что говорит о развитии дегенеративно- дистрофического процесса .

Данные методы позволяют также оценить динамику развития заболевания патологии суставов, что существенно помогает назначить верное лечение пациенту .

1. Тимченко П.Е., Тимченко Е.В., Жердева Л.А., Белоусов Н.В., Волова Л.Т., Россинская В.В., Болтовская В.В., Пугачев Е.И. Оптические методы контроля клеточно-тканевых имплантатов, находившихся в условиях невесомости. //Краткие сообщения по физике. ФИ им. П.Н. Лебедева РАН. 2015. Т. 42. № 10. С. 39-44 .

ХЕМОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СПЕКТРОВ КОМБИНАЦИОННОГО

РАССЕЯНИЯ ДЛЯ ЭКСПРЕСС- ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА

ГИДРОКСИАПАТИТА

П.Е. Тимченко, Е.В. Тимченко, Л.Т. Волова, Е.В. Писарева, О.О. Фролов (Самара) Гидроксиапатит является основным минералом костной ткани и твердых тканей зуба. При создании композиционных материалов как синтетических заменителей костной ткани целесообразно использовать гидроксиапатит, улучшающий механические свойства материала и его остеоиндуктивные свойства .

К его положительным характеристикам относятся такие показатели как легкость стерилизации, продолжительный срок хранения, высокий уровень биосовместимости и крайне медленная резорбция в организме [1] .

Физико- механические и химико- биологические свойства гидроксиапатита зависят от состава костного биоматериала донора, из которого он получен, что, в первую очередь, влияет на остеоинтегративные свойства и формирование прочных химических связей с поверхностью кости, а значит, имеются пути повышения эффективности процесса производства [2] .

В качестве объектов исследования были использованы 59 образцов гидроксиапатитов, полученных из губчатой костной ткани барана, коровы, индейки, утки и гуся методом восстановления из раствора с разным временем деминерализации. Отличие полученного таким образом биоматериала от синтетического гидроксиапатита заключается в том, что конечный порошок, помимо гидроксиапатита, может содержать органические компоненты и микроэлементы, а также малые концентрации других апатитов, присутствующие в костной ткани. Для сравнения, некоторые образцы гидроксиапатита подвергали последующей термической обработке при температуре 700C в течение 6 часов .

Для исследований использовалась экспериментальная установка с рамановским пробником RPB-785, спектрометром Andor Shamrock sr-303i с встроенной охлаждаемой камерой Andor DV420A-OE и лазерным модулем LuxxMaster LML-785.0RB-04 [3]. Метод моделирования спектрального контура для повышения информативности спектров был реализован в программной среде MagicPlotPro 2.7.2, в которой было произведено разложение спектра на линии, описываемые функцией Гаусса. Дальнейший хемометрический анализ с помощью метода главных компонент (PCA) реализован в программной среде The Unscrambler X .

Установлены особенности спектров комбинационного рассеяния для образцов гидроксиапатита, изготовленных при различной экспозиции деминерализации и термической обработке .

Метод моделирования спектрального контура позволяет провести расширенный компонентный качественный и количественный анализ гидроксиапатита по содержанию основных показателей биоматрикса. Введены коэффициенты и проведён PCA анализ. На основе проведённого хемометрического анализа методом главных компонент, показано, что введённые коэффициенты являются репрезентативными и могут быть использованы в экспресс- оценке качества гидроксиапатита .

Воложин А.И. Некоторые достижения в создании синтетических заменителей костной ткани. // Тез. докл. Международн. научн.-практ. конф. «Достижения и перспективы стоматологии». М.: 1999, Т.12, C. 7-10 .

Ripamonti U., Reddi A.H. Tissue engineering, morphogenesis and regeneration of the periodontal tissues by bone morphogenetic proteins. // Crit. Rev. Oral Biol. Med. 1997. V.8. P. 154-163 .

Тимченко Е.В., Тимченко П.Е., Волова Л.Т., Пономарева Ю.В., Таскина Л.А. Исследование органоминеральной структуры костных имплантатов методом комбинационного рассеяния. // Квантовая электроника. 2014. Т.44. №7. С.696-700

ЛАЗЕРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ

И РАССТОЯНИЯ ПРЯМОГО ПУЛЕВОГО ВЫСТРЕЛА

В.А. Алексеев, Г.Э. Бахтадзе, С.И. Юран, В.П. Усольцев, А.С. Перминов (Ижевск) Важной задачей в криминалистике, а именно, в судебной баллистике является определение направления и расстояния прямого пулевого выстрела с помощью моделирования траектории полета пули на месте происшествия, связанного с преступным применением огнестрельного оружия в условиях неочевидности. Для этих целей широко используется отражение или вторичное излучение электромагнитных волн, в частности, лазерных локаторов .

В простейшем случае для определения направления прямого пулевого выстрела в пулевое отверстие устанавливается источник света (лазерная указка) и по направлению распространения лазерного луча определяется вероятное местоположение стрелявшего на местности. Для повышения точности определения направления выстрела источник лазерного излучения устанавливают на направляющую, например, металлическую спицу. Однако такая конструкция достаточно громоздка, тяжела и плохо удерживается в пулевом отверстии .

В работе рассматривается лазерное устройство, позволяющее повысить точность и удобство определения направления и расстояния прямого пулевого криминального выстрела в ходе производства осмотра места происшествия, судебно-баллистической экспертизы и (или) следственного эксперимента при различных погодных условиях .

Для облегчения конструкции устройства, монтируемого на металлической спице, на ней устанавливается только фокусирующая система, оптическая ось которой соосна с направляющей, а само лазерное излучение подается по световоду от стационарного лазера. Это, во-первых, не нагружает конструкцию, устанавливаемую на направляющей, во-вторых, позволяет использовать для работы более мощный, а значит, и более тяжелый лазер, и, следовательно, расширяет функциональные возможности решения искомой задачи .

Кроме того, на практике качество производства осмотра места происшествия, судебно- баллистической экспертизы и (или) следственного эксперимента по определению направления и расстояния выстрела во многом зависит от метеорологических параметров атмосферы. При неблагоприятных метеоусловиях (дождь, снег, туман, пыль и др.) точность полученных результатов, а значит, и их достоверность будут низки. В то же время известна зависимость коэффициента ослабления лазерного излучения в атмосфере при различных значениях длины волны излучения от внешних влияющих факторов [1]. Из приведенных в работе [1] графиков видно, что путем использования лазеров, работающих на различных длинах волн излучения, можно увеличить дальность определения выстрела и достоверность полученных результатов .

Устройство позволяет не только определять направление выстрела, но и оценивать расстояние до предполагаемого места расположения стрелявшего .

Для этого оно оснащено закрепленным на направляющей блоком фотоприемников, имеющих максимальную чувствительность на длинах волн используемых источников импульсного лазерного излучения с различными длинами волн излучения. Соответствующие погодным условиям лазер и фотоприемник подключаются с помощью оптического коммутатора и мультиплексора через блок управления и измерения .

В результате применения устройства повышается точность и достоверность определения направления и расстояния прямого пулевого криминального выстрела практически при любых (возможных) погодных условиях за счет облегчения конструкции узла, устанавливаемого в пулевое отверстие, и расширения оптического диапазона применяемых в устройстве источников импульсного лазерного излучения. Это облегчает властным субъектам доказывания задачу по максимально полному сбору и вовлечению в уголовно-процессуальный оборот доказательственной информации о криминальном выстреле, произведенном в условиях неочевидности, и лице, его совершившем .

1.Агишев Р.Р. Лидарный мониторинг атмосферы. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009 .

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛАЗЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ВОЗДЕЙСТВИЯ

НА БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ТОЧКИ В СОЧЕТАНИИ

С ВВЕДЕНИЕМ СИЛИМАРИНА И КУРКУМИНА ДЛЯ РЕГУЛЯЦИИ

СОСТОЯНИЯ АНТИОКСИДАНТНОЙ СИСТЕМЫ В ПЕЧЕНИ КРЫС

С ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ДИАБЕТОМ

Н.М. Орёл, А.М. Лисенкова, Т.А. Железнякова (Минск, Беларусь) Многообразие нарушений функционирования органов и тканей при сахарном диабете (СД) существенно осложняет задачу медикаментозной коррекции метаболических сдвигов, наступающих при этом заболевании, и предполагает наряду с компенсированием недостаточности инсулина также применение других средств широкого спектра действия, к которым следует отнести низкоинтенсивное лазерное излучение (НИЛИ) и препараты растительного происхождения – флавоноиды, куркуминоиды .

Ранее была показана эффективность лазерной активации определенных биологически активных точек (БАТ) в сочетании с внутрижелудочным введением рекомбинантного лактоферрина для нормализации метаболических процессов в печени крыс с экспериментальными аллоксановым СД и холестазом [1, 2]. Также было установлено, что сеансное облучение БАТ вместе с введением масла расторопши пятнистой крысам с экспериментальным СД приближает к норме активность супероксиддисмутазы (СОД), скорость восстановления пероксида водорода каталазой (Кат) и уровень малонового диальдегида (МДА) в печени крыс [3] .

В продолжение исследований в данной работе изучалась возможность коррекции этих же показателей в печени крыс с СД (аллоксан тетрогидрат в дозе 150 мг/кг внутрибрюшинно однократно) путем сеансного в течение 6 дней воздействия НИЛИ (=650 нм) на БАТ в сочетании с одновременным внутрижелудочным введением силимарина (2 мг/кг) или куркумина (0,8 мг/кг) .

Результаты исследований свидетельствуют о том, что аллоксан достоверно повышает активность СОД на 75%, но снижает Кат на 38%. Это сопровождается нарастанием до 218,5% концентрации ТБК- активных продуктов .

Облучение БАТ и введение силимарина на фоне СД нормализует активность СОД, снижает концентрацию ТБК- активных продуктов на 81 %, но не влияет на активность Кат по сравнению с изменениями этих же показателей при действии аллоксана. Введение куркумина животным с СД активирует оба исследуемых фермента на 35% и 49,5% соответственно и уменьшает содержание МДА до 114%. Разработанная технология активации БАТ с помощью НИЛИ усиливает положительные эффекты куркумина на изучаемые показатели печени крыс с аллоксановым диабетом, что выражается в уменьшении уровня активации СОД, нормализации активности каталазы и концентрации ТБК- активных продуктов .

Таким образом, использование лазерного воздействия в сочетании с введением и силимарина, и куркумина позволяет регулировать активность ферментов антиоксидантной системы и интенсивность перекисного окисления липидов у крыс с экспериментальным сахарным диабетом .

1. Орёл Н.М., Лисенкова А.М., Железнякова Т.А., Кобак И.А. Перспективы использования лазерных технологий воздействия на биологически активные точки для коррекции нарушений метаболизма при экспериментальных патологиях печени. Вестник БГУ, серия

1. Минск: Изд. центр БГУ, 2014. №2. С. 33-39 .

2. Орёл Н.М., Пышко Е.С., Соколовский Д.Ю., Железнякова Т.А., Лисенкова А.М., Кобак И.А., Щербатюк В.А. Регуляция метаболизма в печени крыс с экспериментальным холестазом путем воздействия лазерным излучением на биологически активные точки // Лазерная физика и оптические технологии: Сб. науч. статей IX Междунар. науч. конф. в 2 ч. Гродно.2012.Ч.1.С. 118–120 .

3. Орёл Н.М., Лисенкова А.М., Абметко А.А., Железнякова Т.А. Лазерные технологии воздействия на биологически активные точки для коррекции изменений активности ферментов при экспериментальном сахарном диабете. Доклады БГУИР. 2016. №7 (101). С. 95-99 .

НЕРАЗРУШАЮЩИЙ ОПТИЧЕСКИЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ

СОСТОЯНИЯ ТЕКУЩЕЙ ВОДЫ

Н.М. Гребенникова, В.В. Давыдов (Санкт-Петербург) Вода – это жизнь! Человек на 80% состоит из воды, 71% Земли составляет водная поверхность. В связи с техногенным воздействием человека на природу, водные ресурсы сильно истощаются и загрязняются. И это вредно не только для животных, для которых водная среда – это место обитания, но и для самого человека, так как мы берём воду для полива почвы, а также употребляем её в пищу и прочее .

Чтобы уменьшить влияние вредных воздействий на живые организмы загрязненной воды необходим постоянный её контроль. Наиболее сложным является контроль состояния воды, которая течет по трубопроводам. Кроме того, методы, которые должны быть применены при реализации данного контроля, не должны вносить изменений в структуру воды, не ухудшать её биологические свойства .

Одним из таких методов является рефрактометрия. Для решения задачи контроля состояния текущей воды нами предлагается использовать рефрактометр, который позволяет измерять показатель преломления воды nв. А так как показатель преломления связан с концентрацией, то по изменению показателя преломления среды можно судить об изменении состояния измеряемой среды .

То есть, если в исследуемой водной среде появляются дополнительные примеси - загрязнения, не присутствовавшие в ней раньше, это ведёт за собой изменение показателя преломления, что регистрируется нашим прибором .

По причине того, что вода в зависимости от регионов, а также источников её забора разная более целесообразно контролировать её состояние не по измерению значения nв, а смещению границы свет- тень. Положение этой границы определяется значением показателя преломления воды nв и при любых его изменениях смещается. Для практической реализации контроля состояния воды была разработана новая оптическая часть рефрактометра .

Новым элементом в данной конструкции оптической части является рассчитанная и изготовленная нами призма в форме трапеции из лейкосапфира .

В разработанной конструкции оптической части рефрактометра источник лазерного излучения устанавливается таким образом, чтобы его лучи после прохождения оптической системы достигали границы раздела призмы, которая соприкасается с текущей средой под различными углами. Часть лучей, угол падения которых больше критического с, полностью отражается от внутренней поверхности призмы и, выходя из нее, формирует светлую часть изображения на фотодиодной линейке.

Критический угол с определяется следующим соотношением:

с = arcsin (nm/np) (1) где np – показатель преломления материала, из которого изготовлена призма;

nm – показатель преломления текущей среды .

Оставшиеся лучи, угол падения которых меньше критического с, частично преломляются и проходят в текущую среду, частично отражаются и формируют темную часть изображения на фотодиодной линейке. При изменении состава среды, изменяется её показатель преломления nm и смещается положение границы свет- тень, регистрируемое фотодиодной линейкой .

Необходимо отметить, что разработанный прибор можно использовать не только для контроля качества воды, но для контроля состояния различных водных растворов .

Особенностью данного прибора является то, что осуществлять контроль за водной средой с его помощью можно не только в текущем состоянии, но и в стационарном. Скорость протекания среды не влияет на положение границы свет- тень. Информация об изменении состояния среды по смещению границы свет- тень поступает в реальном времени, что позволяет наиболее эффективно отслеживать уровень загрязнения вод .

ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ЗАТОПЛЕННОЙ СТРУИ ТЕНЕВЫМ

ФОНОВЫМ МЕТОДОМ

Д.Г. Сычёв, Н.М. Скорнякова (Москва) Применение оптических методов диагностики, а также измерительных приборов на их основе довольно широко распространено во множестве задач современной промышленности. Отдельно стоят методы оптической визуализации, находящие широкое применение в промышленной аэро- и гидродинамике при исследованиях течений жидкостей и/или газов. Одним из представителей таковых является теневой фоновый метод (Background Oriented Schlieren (BOS) в зарубежной литературе; далее ТФМ) .

Целью данной работы является визуализация затопленных струй жидкостей с различными параметрами, а также визуализация смешения двух струй с целью определения возможности одновременной количественной оценки их параметров при помощи теневого фонового метода .

Схема экспериментальной установки представляла собой классическую схему реализации ТФМ; она состояла из видеокамеры, светодиодного RGBпрожектора в качестве подсветки и искусственно сгенерированного фонового экрана. В качестве исследуемого объекта выступала стеклянная кювета, заполненная водой, в которую при помощи медицинского шприца вводился раствор соли низкой концентрации. Также был выполнен эксперимент, в ходе которого в кювету вводилось два потока под углом друг к другу: одна струя состояла из раствора соли, другая – из обыкновенной воды, нагретой до температуры 30°С .

В результате проведенной работы получены качественные визуализации процесса распространения турбулентной затопленной струи солевого раствора низкой концентрации, а также процесса смешения двух потоков с различными характеристиками .

Благодарности. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант 16-07-01256 А) .

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАССЕЯНИЯ РЭЛЕЯ МОНОДИСПЕРСНОЙ

СИСТЕМОЙ ЧАСТИЦ

М.В. Сапронов (Москва) Моделирование явления рассеяния света на молекулах и атомах является начальным этапом исследования рассеяния Рэлея, которое приобретает все большую актуальность в последние несколько лет. Это вызвано тем, что, благодаря технологическому развитию мощных когерентных источников излучения и матричных фотоприемников с высокой чувствительностью, экспериментальная регистрация рассеянного излучения малыми частицами стала осуществима [1, 2]. Интерес к рассеянию Рэлея вызван возможностью создания на его основе новых оптических методов диагностики потоков, которые могут быть использованы для экспериментального решения задач тепло- и массообмена в газах и плазме, возникающих, например, при анализе эффективности работы систем, сжигающих топливо, при тестировании моделей летательных аппаратов, при изучении атмосферных явлений, а также в ходе других исследований в различных сферах науки и производства .

В данной работе представлена программа для построения 2D- и 3D-моделей индикатрис рассеяния линейно поляризованной когерентной монохроматической световой волны на отдельной сферической частице, а также на ансамбле монодисперсных частиц. В основе алгоритма моделирования рассеяния Рэлея лежит теория Г. Ми [3], голландского физика, решившего в общем виде задачу рассеяния электромагнитного излучения на прозрачных или слабо поглощающих сферических частицах. Полученные Г. Ми амплитудные функции рассеяния представлены в виде сумм членов бесконечных последовательностей, которые не представляется возможным вычислить аналитически в общем случае. Поэтому для компьютерного моделирования были использованы рекуррентные формулы вычисления членов бесконечных последовательностей, полученные Д. Дейрменджаном и представленные в его работе [4], которые позволяют провести расчеты значений амплитудных функций рассеяния с заданной точностью .

Программа позволяет рассчитывать модели 2D- и 3D- индикатрис рассеяния света различной длины волны на частицах, радиус и значения действительной и мнимой частей комплексного показателя преломления которых также могут варьироваться в широких пределах. Это указывает на универсальность программы. В работе демонстрируется возможность проследить динамику формы моделей индикатрис рассеяния и величину относительной интенсивности рассеянного излучения при изменении оптических свойств частиц, их размеров или параметров падающего излучения. Подобные результаты для рассеяния на одной частице представлены в [5] .

Подобное моделирование физического явления – это необходимый этап научного исследования, поскольку представленные результаты позволяют подобрать оптимальные параметры экспериментальной установки и найти оптимальные условия проведения эксперимента .

Работа выполнена при поддержке Министерства Образования и Науки Российской Федерации (проект 3.8009.2017/БЧ) .

1. Nathan J. Kempema, Marshall B. Long. Quantitative Rayleigh thermometry for high background scattering applications with structured laser illumination planar imaging. // Applied Optics .

V. 53, № 29, P. 6688 – 6697 .

2. Fischer A. Imaging Flow Velocimetry with Laser Mie Scattering. // Applied Sciences .

2017. 7. 1298. DOI:10.3390/app7121298 .

3. Mie G. Beitrge zur Optik trber Medien, speziell kolloidaler Metallsungen. //Annalen der Physik, 330 (3), 1908. P. 377-445 .

4. Deirmendjian D. Electromagnetic Scattering on Spherical Polydispersions. New York, American Elsevier Publishing Company INC, 1969. p. 165 .

5. Sapronov M.V., Skornyakova N.M. Computer visualization of rayleigh scattering indicatrix in dynamic. // Scientific Visualization, 2017, 9 (3), P. 42-53 .

ДИАГНОСТИКА ПЛАЗМЕННОГО ФАКЕЛА

ОПТИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

А.В. Шершнёва, И.И. Коротких, Н.М. Скорнякова (Москва) В настоящее время существует множество областей использования низкотемпературной плазмы. В промышленности, например, с помощью низкотемпературной плазмы создаются ресурсосберегающие технологии; в биомедицине для терапевтического воздействия на биологическую поверхность; в электронной технике для производства микросхем и т.д .

Эффективное использование плазмотронов требует различных исследований плазменных процессов для выявления их закономерностей; получения плазменного потока с требуемыми свойствами; определения оптимальных режимов работы и разработки новых конструкций плазмотронов .

Поставленные задачи возможно решать на основе экспериментального изучения процессов, происходящих в плазме. Результаты натурных экспериментов могут быть использованы для сравнения с теоретическими данными, в целях анализа физических процессов и непосредственного управления плазмой. Важная задача определения пространственных распределений таких величин, как скорость течения газа и другие в их связи с внешними параметрами плазмотрона – сложная экспериментальная задача. Не всегда представляется возможность получить полную информацию о потоке плазмы при помощи контактных методов .

В данной работе рассматривается возможность применения оптического метода визуализации, а именно метода прямой высокоскоростной видеорегистрации для исследования плазменного потока при различных конструкциях плазмотрона .

Для исследований процессов в плазменном потоке аргона было использовано четыре разновидности плазмотронов при атмосферном давлении: маломощный, искровой высоковольтный, высокочастотный и медицинский плазмотроны. Для возможности визуализации структуры развития, затухания и распространения плазменного потока была произведена высокоскоростная регистрация последовательных стадий развития плазменного факела .

Для выявления более четкой структуры плазменного факела применялся светофильтры, соответствующие спектральным линиям аргона, что в дальнейшем позволит точнее рассчитать скорость нарастания и спада плазменного импульса, а соответственно, и скорость истечения газа. Были выявлены отличительные особенности в структуре и поведение плазменного потока аргона для различных типов плазмотрона .

Благодарности. Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (проект 3.8009.2017/БЧ) .

ГЕОМЕТРИЯ СЕЧЕНИЯ ТРУБКИ И МОЩНОСТЬ ИЗЛУЧЕНИЯ

ГАЗОРАЗРЯДНОГО ЛАЗЕРА

В.А. Кожевников, В.Е. Привалов (Санкт-Петербург) Большинство лазеров имеют активные элементы цилиндрической формы .

Но с начала лазерной эпохи стали интересоваться и иными формами. В частности, шли поиски резервов мощности линейных He-Ne лазеров [1], особенностей работы кольцевых лазеров [2]. Модели не были строгими. Однако эксперименты с He-Ne лазером прямоугольного сечения показали соответствие модели и реальности [3]. Появилось желание найти оптимальное с энергетической точки зрения сечение. Изучались сложные сечения [4]. Исследовались различные сечения и в последнее время [5,6] .

В процессе исследований выяснялись новые влияющие факторы. Для их учета требовались более сложные модели. Кроме того, большинство сечений не допускают аналитических решений. Поэтому велись приближенные вычисления. За прошедшее время существенно изменились методы и средства вычислений. Появилась необходимость рассмотрения прежних моделей с учетом этих изменений. В прежних моделях были и противоречивые результаты. Основным достоинством уточненных моделей стала их непротиворечивость [7Выясняется роль неоднородных граничных условий. Оказывается, что и в диэлектрических лазерах геометрия активного элемента влияет на мощность излучения [10] .

1. Привалов В.Е., Фридрихов С.А.Зависимость мощности излучения He-Ne лазера от геометрии сечения разрядного промежутка. //Журнал технической физики. 1968, Т.38, С .

2. Привалов В.Е., Юдин С.Ф. Влияние формы сечения разрядного промежутка на усиление активной среды газового лазера. // Квантовая электроника 1974. Т.1, С. 2484

3.Привалов В.Е., Ходовой В.А. Экспериментальное исследование He-Ne лазера с разрядным промежутком прямоугольного сечения. // Оптика и спектроскопия. 1974. Т.37, С.797 .

4. Привалов В.Е., Юдин С.Ф. Зависимость усиления излучения газового лазера от геометрии сечения разряда. // Оптика и спектроскопия. 1978. Т.45, С.340

5. Привалов В.Е. //Тезисы лекций и докладов 15-й ММК по люминесценции и лазерной физике, Иркутск, 2016, с.141

6. Долгих Г.И., Привалов В.Е. Лазерная физика. Фундаментальные и прикладные исследования. Владивосток: изд. Рея. 2016, 352 с .

7. Кожевников В.А., Привалов В.Е. Влияние геометрии сечения активного элемента лазера на усиление его излучения. // Научно-технические ведомости СПбПУ Петра Великого. Физ.-мат. серия. 2018. Т.11. №2. С. 84

8. Кожевников В.А., Привалов В.Е. Исследование нетрадиционных поперечных сечений газоразрядных лазеров. //Известия ВУЗов. Физика. 2018. Т.61, №5, С. 94

9. Кожевников В.А., Привалов В.Е. Влияние геометрии сечения активного элемента на усиление его излучения. // Тезисы лекций и докладов 16-й ММК по люминесценции и лазерной физике, Иркутск, 2018, С. 122

10. Привалов В.Е. Твердотельный лазер, Патент России №98847, опубликовано 27.10.2010

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗЛОЖЕНИЯ ВОДЫ

В.Е. Привалов (Санкт-Петербург) Простейший способ разложения воды – её электролиз. С позиций водородной энергетики способ не эффективен. Возможно, эффективным окажется диссоциация жидкого сероводорода, добываемого из Черного моря [1]. В ряде случаев, когда не планируются промышленные масштабы получения водорода, рассматривается разложение воды в высоковольтном электрическом поле (например, [2]). Указанное устройство имеет свои достоинства, но всегда хочется поискать резервы и повысить эффективность процесса. Поиски продолжаются, один из них привел к дополнительному оптическому возбуждению [3]. В качестве указанного источника применяется лазер с длиной волны, соответствующей одному из потенциалов возбуждения молекул воды, либо комбинация лазеров. Рассматриваются различные способы повышения степени разложения воды .

Привалов В.Е., Шеманин В.Г. Лазерная диагностика сероводорода. // Труды 25-й МК «Лазерно-информационные технологии..», Новороссийск, ГМУ им. Адмирала Ф.Ф.Ушакова, 2018.– С. 194, 195 Привалов В.Е. Устройство для разложения воды. Патент России №165752, БИ №31, Привалов В.Е. Устройство для разложения воды. Патент России. №1680441, БИ №17,

РЕЗКА СИЛИКАТНОГО СТЕКЛА ВОЛОКОННЫМ

ИТТЕРБИЕВЫМ ЛАЗЕРОМ

М.О. Каптаков, В.И. Ревенко, М.Е. Кустов, И.С. Курчатов, В.В. Скрозникова, Т.Б. Киселёва, В.В Бучанов, Э.Н. Муравьёв, А.С. Аверюшкин, М.А. Казарян, Е.А. Кузнецова, Е.Ф.Солинов, В.И. Скачков, И.Н. Феофанов (Москва, Томск) В эксперименте использовалось стекло марки М1 толщиной 5 мм. Формирование притуплённого торца на теле стеклозаготовки возможно при направлении лазерного луча таким образом, чтобы пятно отраженного луча располагалось несколько впереди основного пятна лазерного излучения и было отклонено от траектории реза в сторону тела образца. При контакте образца с подложкой отклонить отражённый луч удаётся незначительно. Кроме того, наблюдается разница в притуплении нижней и верхней кромки, по всей видимости, связанная с разницей нагрева нижней и верхней поверхности из-за контакта с подложкой. Для получения равномерного притупления требуется вывесить стекло над латунной поверхностью на некотором расстоянии. Для обеспечения стабильности на протяжении всего реза необходимо обеспечить ровную отражающую поверхность. Альтернативой может служить система с нижним отражающим зеркалом, закреплённым под образцом .

ИССЛЕДОВАНИЕ АКУСТОПЛАЗМЕННОГО РАЗРЯДА КАК

МЕТОДА СИНТЕЗА ОПТИЧЕСКИ АКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Н.А. Булычев, М.А. Казарян, М.Н. Кириченко, А.В. Иванов (Москва) В настоящей работе показано, что получаемый в жидкофазных средах акустоплазменный разряд, т.е. плазменный разряд под действием интенсивной кавитации, порождаемой ультразвуковым полем имеет ряд преимуществ как метод синтеза наноматериалов – относительно узкое размерное распределение частиц синтезируемого нанопорошка, специфические состав и свойства получаемых наноматериалов, высокую производительность .

Установлено, что продуктом разложения жидкофазных соединений является также газообразный водород .

Разработана методика получения наноразмерных материалов (главным образом, оксидов металлов и различных твердых форм углерода) в акустоплазменном разряде, исследованы размерные и люминесцентные характеристики наноматериалов и влияние параметров плазмы и ультразвука на их свойства .

Данный способ обладает преимуществами по сравнению с известными, т.к. применение ультразвукового поля позволяет активировать поверхность образующихся частиц и существенно повлиять на их способность к адгезии и адсорбции. Показано, что наночастицы оксидов металлов, полученные в акустоплазменном разряде, обладаю большей интенсивностью люминесценции по сравнению с наночастицами, полученными другими методами. Данные наноматериалы могут найти применение в качестве компонентов светоизлучающих устройств .

Работа выполнена при частичной поддержке гранта Президента Российской Федерации МД-3964.2018.8 .

ЛАЗЕРНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ЯРКОСТИ ДЛЯ РЕГИСТРАЦИЯ

ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЛАЗЕРНОГО

ТЕРМОУПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЙ

С.М. Аракелян, В.Л. Евстигнеев, А.С. Аверюшкин, М.А. Казарян, М.Н. Герке, А.Ф. Галкин, С.В. Жирнова, А.В. Осипов, Г.А. Евстюнин, Е.Л. Шаманская (Владимир, Москва) Упрочнение материалов с помощью лазерного излучения, а также размерная обработка по сравнению с традиционными методами намного экологичнее, так как происходит очень быстро, почти без выбросов вредных веществ .

А возможность наблюдения поверхности в момент процесса упрочнения, позволяет улучшать качество обрабатываемых изделий. С помощью лазерного проекционного микроскопа, возможно выявить момент появления переходной области, возникающей при взаимодействии лазерного излучения с веществом, проследить за динамикой ее расширения, регистрировать появление теплового фронта, фронта плавления, окисных фронтов, что является актуальным при процессах термообработки. В данной работе проведена модернизация лазерного проекционного микроскопа с включением в зондирующий канал оптического жгута. Выявлены базовые физические принципы работы полученной системы и существующие при этом проблемы, а также перспективы их преодоления в различных условиях конкретных процессов лазерного термоупрочнения, в том числе, с использованием компьютерной симуляции для поиска оптимальных оптических схем и режимов .

Обсуждаются проблемы с глубиной резкости для получаемого изображения через оптическое волокно/оптический жгут при регистрации таких динамических процессов и пути их преодоления путем выбора соответствующей оптической схемы .

МУЛЬТИЭЛЕМЕНТНЫЕ ЛАЗЕРЫ НА ПАРАХ МЕТАЛЛОВ

И ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

А.Н. Солдатов (Томск) Лазеры на парах металлов (ЛПМ) широко применяются для решения большого круга научных и практических задач благодаря совокупности уникальных характеристик: наносекундным длительностям импульсов излучения; высокой частоте следования импульсов генерации; высокой средней и импульсной мощностям, а также имеют высокий для газовых лазеров коэффициент полезного действия. При этом, поскольку активная среда - газовая, ЛПМ имеют малую ширину линии излучения и высокую стабильность ее положения на шкале частот, высокое качество лазерного пучка, а также большой коэффициент усиления (10-100 дБ/м) .

В данной работе представлены результаты цикла экспериментальных исследований многоволновой лазерной системы на парах металлов на основе оригинальных конфигураций мультимедийных лазерных излучателей. Расширение набора генерационных длин волн, которые бы перекрывали видимый и инфракрасный спектр возможно несколькими способами. Прежде всего, создание многоволновой генерации возможно путем совмещения различных лазерных сред в одном активном элементе, с другой стороны получить необходимый набор длин волн можно путем совмещения нескольких активных элементов в одном резонаторе .

Использование многоволновых систем генератора- усилителя и мультимедийных лазеров позволяет создавать системы для медицины, промышленных технологий и зондирования атмосферы .

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ СТЕКЛА И КЕРАМИКИ

А.Н. Солдатов, Н.С. Грибанов, В.Ю. Юрин (Томск) В наши дни все более и более возрастают требования к качеству обработки различных материалов. Стекло и различные изделия из него, благодаря своим исключительным оптическим, механическим и химическим свойствам, получили широкое распространение в производстве различных электронных и оптических устройств, а также медицинских приборов и оборудования .

Наиболее распространенные методы соединения стекла и кремния на данный момент – это склеивание и анодная сварка. Использование этих методов приводит к ухудшению механических, термических и химических свойств изделий, снижает срок их службы, а получение изделий высокой точности с помощью таких методов значительно затрудняется .

Особые свойства лазерного излучения позволяют получать сварные соединения высокого качества размером в несколько микрометров без физического контакта с рабочей поверхностью и без добавления сторонних материалов при осуществлении соединения .

Лазерные технологии также открывают новые возможности для производителей электроники. В частности, уменьшение габаритов портативных устройств требует большей точности обработки материалов. Сварка кремния и стекла лазером позволит повысить качество продукции и ускорить процесс производства. Соединение стекла с кремнием находит свое применение при производстве биомедицинских устройств, корпусировании и герметизации микроэлектромеханических систем (МЭМС) и устройств на базе МЭМС. Прогнозы аналитических компаний, рост количества новостей и научных публикаций явно дают понять, что рынок микроэлектромеханических систем, а также микроэлектроники в целом является весьма перспективным, обладает стабильным ростом и по прогнозам к 2021 году его объем может достигнуть 20 млрд. долларов в стоимостном выражении и 7 млрд. произведенных устройств в натуральном .

Одним из главных преимуществ лазерной сварки перед аналогами является то, что она обеспечивает более безопасную герметизацию материалов, чувствительных к перепадам температур и химическому воздействию. При сварке лазером получается цельное соединение с хорошими механическими свойствами сварного шва. Однако при сварке хрупких материалов лазерным излучением одной из наиболее важных целей является предотвращение образования трещин. Из-за хрупкости материалов и больших градиентов температуры при локальном нагревании создается благоприятная среда для образования трещин .

В объеме материала развиваются напряжения сжатия и растяжения .

На данный момент существует несколько методов сварки стекла и кремния при помощи лазерного излучения без использования дополнительных материалов. В основном данная операция осуществляется при помощи диодных и Nd:YAG лазеров .

Для осуществления сварки необходимо достижение тесного контакта между свариваемыми элементами. Свариваемые элементы зажимается между двух пластин, одна из которых прозрачна для лазерного излучения. Давление между этих пластин составляет от 1 МПа до 30 МПа .

Большой потенциал лазерной сварки стекла с кремнием, миниатюризация устройств и их компонентов, устойчивый рост рынка микроэлектро-механических систем говорят о целесообразности ведения исследований и разработок в данной области .

ВЛИЯНИЕ ОТРАЖЕННОГО СИГНАЛА НА ФОРМИРОВАНИЕ

ИЗЛУЧЕНИЯ В СИСТЕМАХ ГЕНЕРАТОР-УСИЛИТЕЛЬ

НА ПАРАХ МЕТАЛЛОВ

А.Н. Солдатов, И.К. Костадинов, А.С. Шумейко, А.В. Васильева (Томск) Лазеры на парах металлов обладают очень высоким коэффициентом усиления излучения, поэтому генерация может осуществляться в резонаторах с одним зеркалом или даже без зеркал. Возбуждение активной среды газовым разрядом и разогрев рабочего вещества за счет диссипации его энергии (саморазогрев) обладает существенным недостатком, так как для поддержания плотности паров металла в оптимальных пределах, необходимо стабилизировать вводимую энергию в разряд, а это не позволяет оперативно варьировать характеристикам импульсов генерации (частота и энергия импульса). Одним из способов управления генерационными параметрами, что актуально при технологическом применении, является использование лазерных систем генератор- усилитель (MOPA). Это позволяет выключать генерацию, не изменяя температурного режима активной среды, так как в режиме рассогласования усилитель является поглощающей ячейкой и только при синхронизованном возбуждении усиливает излучение. Однако некоторые активные седы обладающие набором генерационных переходов, такие как пары стронция, не поглощают излучение генератора полностью, а всего лишь на 70-80% и поэтому, в период рассогласования, излучение генератора частично проходит через оптический тракт системы. В технологических установках это явление дает отрицательный результат потому, что производит паразитное тепловое воздействие на мишень. Свести к минимально возможному воздействию на образец в межимпульсный период, можно уменьшив мощность излучения генератора до пороговых значений. При решении ряда прикладных задач требуются высокие пространственно- временные характеристики лазерного излучения. Генератор в системах MOPA отвечает за формирование этих параметров, а усилитель обеспечивает необходимые энергетические величины. Длительность импульса генерации составляет десятки, сотни нано секунд в зависимости от конкретного металла. Для лазеров на парах стронция длительность суммарного импульса генерации находится в пределах 50-60 нс. Время жизни верхнего лазерного уровня перехода 5pP°1-4dD2 (6,45 мкм) порядка 10-7 с. Таким образом, за время существования инверсной населенности в усилителе, отраженное излучение с большим набором угловых компонент проходит канал активного элемента несколько раз. Тем самым стимулирует лазерное излучение с ухудшенной угловой расходимостью относительно сформированного задающим генератором. Как следствие, это явление приводит к увеличению диаметра фокального пятна на мишени и существенному снижению плотности мощности в зоне фокусировки за время воздействия импульса излучения. Коллимирование излучения усилителя сферическими зеркалами позволяет уменьшить число угловых компонент с высокой расходимостью, но не позволяет выделить излучение с дифракционной расходимостью в течении всего импульса генерации. Установка второй диафрагмы, с малой апертурой, в фокальной плоскости коллиматора полностью компенсировало паразитное влияние отраженного излучения и значительно улучшило характеристики излучения системы MOPA на парах стронция .

Таким образом, в данной работе проведены экспериментальные исследования временного изменения расходимости излучения в течение импульса генерации в системе генератор- усилитель лазеров на парах стронция. Предложены методы компенсирования воздействия отраженного излучения в обратном направлении по оси оптического тракта .

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТЕРМИЧЕСКОГО ПОВРЕЖДЕНИЯ

БИОТКАНИ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРА

НА ПАРАХ СТРОНЦИЯ

А.Н. Солдатов, А.С. Шумейко, Ю.П. Полунин, А.В. Васильева, Я.А. Лоева (Томск) Был проведен расчет распределения температурына поверхности твердой биоткани в области воздействия излучения на длине волны 6,45 мкмгенерируемого лазером на парах стронция.Для моделирования процессов взаимодействия лазерного излучения с биотканями используют уравнение теплопроводности [1]:

dT 1 {(H a d ) R L } = (1) Cv dt где d = 0 exp eff d) – поток излучения в ткани; R L – потери тепла за счет ( теплопроводности ткани;Xopt= 1/eff – глубина проникновения излучения .

В первом приближении использовали решение одномерного линейного уравнения теплопроводности, описывающее нагрев полубесконечной среды (z0) неограниченным однородным поверхностным источником.

Поверхностный источник тепла предполагает, что энергия пучка поглощается в слое пренебрежимо малой толщины по сравнению с размерами нагреваемого объекта:

AI z T(z, t) = 4aierf( ) (2) 4a Мы рассматриваем импульсное нагревание (r0) и размер лазерного пучка на поверхности материала существенно превышает глубину проникновения тепла в материал, то есть dпучкаh [2].

В этом случае уравнение (2) может быть записано в виде:

2q0 (1R)a + Тн = (3) k где q0 – плотность мощности излучения; R – коэффициент отражения; k – теплопроводность; а - температуропроводность; – длительность импульса на полувысоте; r0 – радиус сфокусированного пучка .

В качестве образца мишени бралась кортикальная костная ткань с такими ключевыми параметрами, как теплопроводность, удельная теплоемкость плотность и время терморелаксации. Для лазерного излучения ключевыми стали такие параметры, как длительность импульса, частота следования импульса, энергия в импульсе, а также плотность мощности .

Проведя расчеты, получили максимальную температуру участка тела при воздействии единичным лазерным импульсом Т = 489 К или 216°С на длине волны = 6,45 мкм .

При превышении энергии в импульсе порогового значения происходит кипение перегретой воды и ее испарение в ограниченном объеме с образованием высокого давления. Давление пара фактически ограничивает температуру нагрева водосодержащей биоткани до температуры, при которой не происходит ее карбонизации (появление твердофазного углерода). При температуре Т=170-250С происходит выброс фрагментов костной биоткани из зоны лазерного воздействия под действием давления пара в процессе лазерной абляции. Увеличение давления пара и выброс фрагментов биоткани приводят к охлаждению зоны лазерного воздействия за счет испарения, что позволяет избежать перегрева других компонентов биоткани, содержащихся в объеме, и соседних участков биоткани [3] .

При дальнейшем увеличении энергии импульса излучении, а следовательно, и повышении температуры биоткани в замкнутом объеме (при температуре более 250°С) происходит карбонизация, а затем полное сгорание биоткани [4]. Данные математических расчетов подтверждаются результатами экспериментов [5] .

1. V. A. Serebriakov, Laser technologies in medicine (ITMO, St.Petersburg, 2009), 266 p .

2. Климков Ю.М., Майоров В.С., Хорошев М.В. Взаимодействие лазерного излучения с веществом: учебное пособие. — M.: МИИГАиК, 2014.— 108 с .

3. Беляков А.В. Оптико-физические процессы при воздействии лазерного излучения на твердые биоткани: автореф. дисс. … д-ра ф.-м.н.: 01.04.05. – Санкт-Петербург, 2012 .

4. Возможности использования СО2 лазерной хирургии / Варев Г.А., Погорельский С.Л. // [Электронный ресурс]. – URL: http://www.medicus.ru (Дата обращения: 27.02.2017) .

5. Soldatov A.N., PoluninYu.P., Kostadinov I.K., Shumeiko A.S., Vasilieva A.V., LoevaYa.A., Laser ablation of bone tissue at a wavelength 6.45 m //Pulsed Lasers and Laser Applications - "AMPL-2017" Abstracts of XIII International Conference. 2017. p. 127 .

ЛАЗЕРНАЯ СВАРКА ХРУПКИХ МАТЕРИАЛОВ

ДЛЯ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ

А.Н. Солдатов, В.Ю. Юрин, А.С. Шумейко, Ю.П. Полунин, Н.С. Грибанов (Томск) Микроэлектронные устройства и микроэлектромеханические системы используется везде, где нужны разнообразные датчики положения, гироскопы и другие сенсоры подобного типа. По словам специалистов «Yole Dveloppement» рынок МЭМС в период с 2018 по 2022 года вырастит почти в 2 раза, и достигнет объема в 25 миллиардов долларов США. Одним из важнейших этапов создания данных устройств является соединение диэлектрика с полупроводником, в частности соединение подложек стекло-кремний. На данный момент наиболее распространенные способы это склеивание и анодная сварка, имеющие ряд недостатков, такие как низкая скорость процесса соединения, низкая прочность шва и недостаточная герметизация детали. За последние 10 лет, многие научные группы из Китая, Южной Кореи, США, Франции и других стран, занимаются исследованиями лазерной сварки подложек стекло-кремний .

В первую очередь данный интерес вызван возрастающими требованиями к устойчивости к нагрузкам МЭМС, а также к снижению размеров изделий. Учитывая спектр пропускания стеклянных подложек, лазер на парах стронция может стать наиболее релевантным источником лазерного излучения для сварки подложек стекла с полупроводниками. В данной работе проводились экспериментальные исследования по сварке подложек стекло-кремний, при использовании двух лазеров на парах металлов: Sr лазера и CuBr лазера .

Лазер на парах стронция генерирует свое излучение на 8 длинах волн в ИК спектре, в области 1, 3, 6,45 мкм. Причем максимальная мощность наблюдается на длине волны 6,45 мкм. А при работе лазера в режиме «перегрева», мы получаем генерацию только на длине волны 6,45 мкм. Лазер на парах меди генерирует излучение на 2 длинах волн: 510 и 578 нм. Оба лазера относятся к классу газовых лазеров на парах металлов, имеют схожее распределение мощности в сечении пучка, могут генерировать излучение на одной частоте – 17 кГц, и имеют расходимость излучения, близкую к дифракционной. Силикатное стекло является прозрачной средой для излучения CuBr лазера, а тонкая подложка кремния пропускает около 50% излучения Sr лазера, таким образом, при воздействии излучения на подложки стекло-кремний нагреваться в первую очередь будут места их стыков. Причем, для соединения подложек, не обязательно, чтобы и кремний и стекло достигали температуры плавления, которые сильно отличаются друг от друга .

После соединения подложек, происходила операция разделения, в месте сварки. Как показал эксперимент, прочность сварного шва на растяжение оказалась выше прочности кремния, так как разрыв происходил не в месте стыка двух подложек, а в подложке кремния .

В результате проведенных экспериментов была выявлена возможность соединения тонких подложек стекла и кремния при помощи лазерного излучения, а учитывая рост рынка микроэлектроники и тенденцию к миниатюризации данных устройств, сварка подложек стекло-кремний является одним из самых перспективных применений Sr лазера. Помимо сварки подложек стекло-кремний, теоретически возможно выполнять сварку подложек стекло-германий, так как германий имеет схожие термические свойства с кремнием, такие как коэффициент линейного температурного расширения и температуру плавления .

ПРИМЕНЕНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ ИНФРАКРАСНЫХЛАЗЕРОВ

ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА

ПРИ АБЛЯЦИИ КОСТИ

В.Е. Прокопьев, А.Н. Солдатов, Ю.П. Полунин,А.С. Шумейко, А.В. Васильева, В.Ю. Юрин (Томск) Любое медицинское применение лазеров основано на компромиссе между эффективностью лазерной медицинской процедуры и сопутствующими нежелательными эффектами лазерного воздействия. Все процессы лазерного воздействия зависят как от оптико- спектроскопических характеристик биологических тканей, так и параметров лазерного излучения, например, от его длины волны и энергии импульса. Действительно, прецизионное удаление ткани с минимальным термическим повреждением окружающих областей требует высокого поглощения лазерной энергии, т.е. создания тонкого поглощающего слоя на облучаемой поверхности. В частности, глубина проникновения лазерного излучения с длиной волны порядка нескольких микрон, сравнима с размером клетки. Большая глубина проникновения увеличивает число повреждаемых клеток в результате их термического нагрева и незначительному выносу вещества, в то время как меньшая глубина проникновения приводит к взрывному термическому нагреву и быстрому удалению биологического материала поверхности. В результате фотоабляции биологической ткани в ней может возникнуть лазерная плазма, которая служит удобным объектом для спектроскопического определения микроэлементного состава биологических тканей методом лазерного эмиссионного микроспектрального анализа (ЛЭМА). Этот метод анализа материалов характеризуется высокой точностью локального анализа, воспроизводимостью, высокой экспрессностью, малоинвазивностью .

В настоящей работе экспериментально исследуется элементный состав кости методом ЛЭМА при его облучении лазерами, работающими на электронных переходах атома и иона стронция с энергией в импульсе 0,5 мДж и частотой следования до 10 кГц и Nd:YAG лазером с длиной волны 1,064 мкм и энергией в импульсе от единиц мДж до 100 мДж. Для регистрации спектров использовались спектроанализаторы OceanOptics HR4000 позволяющими анализировать обзорные спектры элементов в диапазоне 200 - 1200 нм, так и спектры высокого разрешения в диапазоне 250 - 430 нм. Последнее позволяет более точно определить элементный состав .

Проводился микроспектральный анализ различных участков и тканей кости. Определены более 15 химических элементов: основными из которых являются Р, Са, Mg, Fe, Cu, Na, K, Mn, Si, Sr, Zn а также C, O, N. Проведено сравнение химического состава кости полученного указанным способом и методом дугового спектрального анализа .

Полученные результаты позволяют оптимизировать режимы резки различных костей излучением лазера на переходах атома и иона стронция работающего на большом числе переходов, основными из которых являются 6,45 мкм, 3,09 мкм, и т. д. Исследуется возможность диагностики и дифференциации патологий костей по элементному составу тканей в локальных точках отбора пробы in vivo .

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СТОЛКНОВИТЕЛЬНЫХ ЛАЗЕРОВ

НА ПАРАХМЕТАЛЛОВ С ОПТИЧЕСКОЙ НАКАЧКОЙ

А.Н. Солдатов, В.Е. Прокопьев (Томск) Все имеющиеся публикации по исследованию газоразрядных лазеров на атомах и атомарных ионах говорят об их малых КПД и низких удельных энергетических характеристик. Однако такие фундаментальные преимущества газовых лазеров по сравнению с твердотельными и полупроводниковыми лазерами, как большие рабочие объёмы активной среды при их высокой степени однородности; высокая спектральная яркость; стабильное положение лазерных линий в шкале частот; предельно низкая расходимость лазерного излучения позволяют надеяться, что если будет существенно повышен КПД газовых лазеров, то такие устройства найдут практические применения .

Проведённый в работе обзор литературы показывает, что основной причиной низкого КПД и выходной мощности столкновительных газоразрядных лазеров являются принципиальные недостатки неселективного возбуждения верхнего лазерного уровня электронами и тушения нижнего лазерного уровня в газовом разряде .

Рассмотренная концепция столкновительного лазера на парах металлов, сформулированная Гулдом и Беннетом, как наиболее приемлемая схема построения газового лазера с большим КПД и энергетическими характеристиками, оказалась нереализованной на практике .

Предложено использовать концепцию столкновительных лазеров с оптической накачкой верхних уровней для решения основной проблемы столкновительных лазеров и возможности реализации лазера с высоким КПД и высокими энергетическими характеристиками .

Предлагается использовать активные среды, работающие на переходах атомов в парах редкоземельных металлов (Sm, Gd, Tb,La, Pr, Nd, Pm), элементов III группы (Al, Ga, In и Y) в смеси с инертными газами и актиноиды (например, U, Cm), схемы уровней которых аналогичны схемам редкоземельных металлов .

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРОВ

ИЗЛУЧЕНИЯ АКТИВНЫХ СРЕД ЛАЗЕРОВ НА ПЕРЕХОДАХ

АТОМОВ МЕДИ, ЗОЛОТА И ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ

А.Н. Солдатов, В.Е. Прокопьев, Ю.П. Полунин, А.С. Шумейко, А.В. Васильева (Томск) Спектроскопические характеристики излучения плазмы импульсного высоковольтного наносекундного разряда лазеров, работающих на самоограниченных переходах атомов и ионов металлов в смеси с инертными газами, в настоящее время изучены очень плохо. В настоящей работе были экспериментально измерены спектры излучения рабочих сред импульсных газоразрядных лазеров на электронных переходах атомов и ионов металлов меди, золота, бария, стронцияв смеси с инертными газами .

Для создания и удержания паров металлов в смеси с инертными газами была создана рабочая кювета (трубка), которая была способна работать в режиме саморазогрева в случае высокочастотного газоразрядного способа возбуждения или испарения паров в кювете внешним нагревателем (печь сопротивления) при малых частотах следования. Металл кусочками закладывался по всей длине трубки-вкладыша. Длина активной зоны равнялась 40 см, внутренний диаметр трубок в разных экспериментах составлял 10 мм. Выходные окна из BaF2 приклеивались к торцам газоразрядной трубки под углом к оптической оси. В качестве буферного газа использовались гелий или неон. Возбуждение разряда осуществлялось от высоковольтного источника напряжения по схеме Блюмляйна, в котором коммутатором служил тиратрон ТГИ1/1000 .

Частота следования импульсов возбуждения была близка к 20 кГц. Импульсы тока через трубку и коммутатор исследовались с помощью пояса Роговского и двухлучевого осциллографа, имеющего временное разрешение не хуже 0,1 нс .

Измерены спектры излучения указанных выше активных сред при оптимальных условиях работы. Показано, что основной неконтролируемой примесью в рабочем объеме лазера является молекулы воды, водорода и кислорода, концентрация которых существенно влияет на выходные параметры излучения и сроки службы лазера .

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ КИНЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ

АКТИВНОЙ СРЕДЫ ЛАЗЕРА НА ПАРАХ МЕДИ

А.Е. Кулагин, С.Н. Торгаев (Томск) Высокий коэффициент усиления делает активные среды на парах меди и ее галогенидов актуальными для их применения в качестве усилителей яркости в активных оптических системах [1]. В связи с этим возникает потребность в исследовании пространственно- временных характеристик активных сред на парах меди. В лазерах из пространственных характеристик излучения интерес представляет в основном его расходимость, которая слабо зависит от радиального профиля коэффициента усиления вдоль радиуса газоразрядной трубки .

Для усилителя яркости же пространственно- временная эволюция коэффициента усиления сильно влияет на качество получаемого в активных оптических системах изображения, а также на максимальную рабочую дальность лазерного монитора, работающего в моностатическом режиме. В бистатическом режиме [2] подсветка объекта визуализации и усиление отраженного света производится разными активными средами. Поэтому интерес также представляет усилительная характеристика (зависимость коэффициента усиления от мощности вводимого в активную среду излучения), которая для активных сред на самоограниченных переходах является существенно нелинейной .

Кинетическое моделирование временных характеристик активных сред на парах меди проводилось в работах [3, 4]. Радиальная неоднородность процессов в активной среде экспериментально и численно исследовалась в [5]. Нами была разработана численная кинетическая модель, которая нацелена на изучение радиальных и временных характеристик активных сред на парах меди, важность которых была подчеркнута ранее в контексте их использования в качестве усилителя яркости в активных оптических системах.

Она позволяет получить:

радиальные и временные зависимости концентраций основных реагентов плазмы, а также температуры газа и электронов;

диаграммы напряжений и токов в схеме накачки, а также исследовать влияние схемы накачки на основные характеристики усилителя яркости;

исследовать радиальную и временную структуру коэффициента усиления активной среды и ее зависимость от величины входного сигнала (излучения) .

Модель тестировалась при разных частотах, токах и напряжениях накачки, а также размерах газоразрядной трубки и показала хорошее качественное согласие с экспериментом .

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, проект № 14-19-00175 .

1.Evtushenko G.S., Trigub M.V., Gubarev F.A., Evtushenko T.G., Torgaev S.N., Shiyanov D.V. Laser monitor for non-destructive testing of materials and processes shielded by intensive background lighting. //Review of Scientific Instruments. 2014. V. 85, Issue 3, Article number 033111. – P. 1-5 .

2.Trigub M.V., Torgaev S.N., Evtushenko G.S., Troitskii V.O., Shiyanov D.V. A bistatic laser monitor. // Technical Physics Letters. 2016. V. 42, no. 6. P. 632-634 .

3.Cheng Ch., Sun W. Study on the Kinetic Mechanisms of Copper Vapor Lasers with Hydrogen Neon Admixtures. // Optics Commun. 1997. V.144, no. 13. P. 109–117 .

4.Boichenko A.M., Evtushenko G.S., Nekhoroshev V.O., Shiyanov D.V., Torgaev S.N .

CuBr-Ne-HBr laser with a high repetition frequency of the lasing pulses at a reduced energy deposition in the discharge. //Physics of Wave Phenomena. 2015. V. 23, Issue 1. P. 1-13 .

5.Gocheva-Ilieva S.G., Voynikova D.S., Iliev I.P. Modeling of output characteristics of a UV Cu+ Ne-CuBr laser. // Mathematical Problems in Engineering. 2012. V. 2012. P. 1-21 .

ЗАДАНИЕ РЕЖИМОВ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ БИОМАТЕРИАЛОВ

А.В. Усольцева (Ижевск) В последние годы активное развитие лазерной техники расширило рамки представления о возможности лазерных технологий, которые представлены практически во всех областях медицины и ветеринарии. Большое количество проведенных исследований по взаимодействию высокоэнергетического лазерного излучения с биотканью, а также накопленный большой практический опыт использования медицинских лазеров позволили обеспечить не только качество и эффективность лазерного воздействия, но и безопасность его применения. Особое место занимают лазеры на углекислом газе (СО 2 лазеры) за счет уникальных свойств излучения с длиной волны 10,6 мкм при взаимодействии с биоматериалом. Целью настоящей работы является показать возможности СО2 лазера не только теоретически, но и на основе практического опыта .

Применение лазеров в биологии и медицине основано на использовании широкого круга явлений, связанных с разнообразными проявлениями взаимодействия света с биологическими объектами. При воздействии лазерного излучения на биоткань наблюдаться следующие процессы: часть оптического излучения отражается, другая рассеивается, третья поглощается, а четвертая проходит сквозь различные слои биологических тканей. При этом проникающие в ткань лучи частично поглощаются, частично рассеиваются и частично пропускаются. Длина волны лазерного излучения определяет соотношение между этими процессами .

При воздействии лазерного излучения на биоматериалы деструктивное действие определяется тепловой энергией. Вся поглощенная энергия идет на нагревание объема биоматериала до температуры кипения и на испарение этого объема. При допущении отождествления биоткани и воды [1], поглощенная энергия рассчитывается по известным формулам [2]. Из представленных выражений следует, что глубина проникновения лазерного излучения в биоматериал пропорциональна энергия, затрачиваемая на нагрев и испарение биоткани, как следствие, температуре, необходимой для достижения теплового эффекта коагуляции, при температуре 70-200°С, вапоризации – 200-250°С, абляции – 250-300°С [3] .

Поскольку термические свойства биоматериалов нелинейно изменяется с изменением температуры, проведена экспериментальная проверка корректности применения имеющихся аналитических выражений для определения глубины проникновения лазерного излучения в материал и получаемого рельефа поверхности после обработки в зависимости от заданных режимов .

Исследования проведены на двух биологических материалах: коже и кости. Проведенные эксперименты показали, что результаты опытной эксплуатации на заданных режимах лазерной обработки не противоречат результатам математического моделирования и используемым аналитическим выражениям. Согласованность теоретического и статистического распределения проверена с использованием критерия согласия, «критерия 2» Пирсона .

Серебряков В.А. и др. Медицинское применение лазеров среднего инфракрасного диапазона. Проблемы и перспективы. // Оптический журнал. 2010. Т.77. №1 .

Nishimura N., Schaffer С.В., Kleinfeld D. In vivo manipulation of biological system with 2 .

femtosecond laser pulses. // Proc. SPIE, High Power Laser Ablation VI. 2006 .

Usoltseva A.V. The laser engraving in decorative processing of organic glass. Instrumentation 3 .

engineering, electronics and telecommunications – 2015: Paper book of the I International Forum IEET-2015 held within the framework of the XI International Scientific-Technical Conference “Instrumentation Engineering in the XXI Century. Integration of Science, Education and Production” (November, 25–27, 2015, Izhevsk, Russia). – Izhevsk: Publishing House of Kalashnikov ISTU, 2016. – 190-194 p .

ЭФФЕКТИВНОСТЬ НАКАЧКИ ЛАЗЕРОВ НА ПАРАХ МЕТАЛЛОВ

Х.А. Баалбаки, И.Э. Размахнин, А.Н. Солдатов, Н.А. Юдин, Н.Н. Юдин (Томск) Основной причиной ограничения энергетических характеристик лазеров на самоограниченных переходах атомов металлов (ЛСПМ) является высокая скорость девозбуждения верхних лазерных уровней ступенчатыми процессами в ионизацию [1-3], которые ограничивают населенность резонансных уровней [4] и, соответственно, энергосъем [2]. Величина инверсной населенности в этих условиях полностью определяется процессами заселения нижних лазерных уровней на фронте импульса возбуждения и их релаксацией в межимпульсный период, а увеличение средней мощности генерации возможно только за счет повышения частоты следования импульсов (ЧСИ) генерации .

Увеличение энергии импульса генерации в этих условиях должно быть однозначно связано с ростом объема активной среды, а увеличение эффективности накачки возможно только за счет снижения энергозатрат на формирование инверсии в активной среде. При этом оптимальным условием для увеличения эффективности накачки является снижение энергозатрат за счет уменьшения емкости накопительного конденсатора .

В докладе представлены результаты анализа электрофизических процессов в разрядном контуре ЛСПМ с газоразрядной трубкой (ГРТ), у которой электроды расположены в холодных буферных зонах. Показано, что можно реализовать эффективную генерацию при условии наличия пробоя в холодных буферных зонах ГРТ с параметрами накачки, при которых ток через коммутатор упадет до нуля после зарядки емкостных составляющих от накопительного конденсатора. В этих условиях накачка активной среды определяется энерговкладом от обостряющей емкости и, соответственно, можно на порядок повысить эффективность накачки, если “отсечь” энерговклад от накопительного конденсатора в активную среду после зарядки емкостных составляющих, используя управляемый коммутатор. Проведенные экспериментальные исследования раскрывают механизм формирования “отсечки” энерговклада в активную среду ЛСПМ после импульса генерации [5] и демонстрируют возможность реализации в этом режиме прогнозируемой эффективности накачки. Тем не менее, при всей привлекательности анализируемого способа накачки, очевидны границы его применимости для реализации прогнозируемыхэнергетических характеристик ЛСПМ, которые определяются условием пробоя в холодных буферных зонах ГРТ. Это обуславливает необходимость детального исследования механизма формирования пробоя в активной среде ЛСПМ .

Елецкий А.В., Земцов Ю.К., Родин А.B., Старостин А.И. // Доклады АН СССР.– 1975. Т .

1 .

220.– №2.– С. 318-321 .

Пиотровский Ю.А., Реутова Н.М., Толмачев Ю.А. // Оптика и спектроскопия.– 1984.– Т .

2 .

7. –Вып. 1.– С. 99–104 .

Юдин Н.А., Климкин В.М., Прокопьев В.Е., Калайда В.Т. // Известия вузов. Физика.– 3 .

1999.– №9.– С.128–132 .

Исаев А.А., Михкельсоо В.Т., Петраш Г.Г., Пеэт В.Э., Пономарев И.В., Трещалов А.Б. // 4 .

Квантовая электроника.– 1988.– Т.15(12).– С. 2510-2513 .

Солдатов А.Н., Федоров В.Ф., Юдин Н.А. // Квантовая электроника. 1994. Т. 21(8). С .

5 .

733-734

ПРОБОЙ В АКТИВНЫХ СРЕДАХ С ВЫСОКОЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ

ПЛАЗМЫ

Н.А. Юдин, Н.Н. Юдин (Томск) Активная среда лазеров на самоограниченных переходах атомов металлов (ЛСПМ) характеризуется высокой предымпульсной проводимостью плазмы. Поэтому полагалось, что развитие разряда в таких средах осуществляется без стадии пробоя, а эквивалентная схема разрядного контура лазера представляет собой простой колебательный контур [1]. Впервые о наличие пробоя в активной среде лазера на парах меди указано в работе [2]. В [3] показано, что наблюдаемый пробой должен происходить в холодных буферных зонах газоразрядной трубки (ГРТ), где отсутствуют пары металла и нейтрализация зарядов в межимпульсный период определяется процессом диссоциативной рекомбинации. Проведенные исследования электрофизических процессов в разрядном контуре ЛСПМ подтверждают наличие пробоя в холодных буферных зонах ГРТ, а эквивалентная схема разрядного контура лазера [4] существенно отличается от типично используемой для анализа электрофизических процессов. Пробой наблюдается в широком диапазоне частоты следования импульсов возбуждения независимо от используемого буферного газа. Это указывает на малую вероятность полной рекомбинации плазмы в холодных буферных зонах за счет диссоциативной рекомбинации, поскольку в гелии наблюдается аномально низкая скорость диссоциативной рекомбинации .

В докладе рассматривается возможный механизм развития пробоя в холодных буферных зонах ГРТ. Показано, что пробой обусловлен резким изменением проводимости плазмы в холодных буферных зонах ГРТ и связан с процессом прогрева катодного пятна на электроде и контракцией разряда в холодных буферных зонах ГРТ. На начальной стадии разрядки накопительного конденсатора (на подготовительном этапе накачки [5]) возникает аномальный тлеющий разряд с высоким катодным падением потенциала. Происходит разогрев катодного пятна за счет ион-атомной бомбардировки до температуры ~ 2000К, возникает термоэмиссии электронов с катода и происходит переход от аномального разряда к нетермическому дуговому разряду, что обуславливает резкое перераспределение напряжения между холодными буферными зонами и активной средой ЛСПМ. В этот период времени наблюдается контракция разряда в холодных буферных зонах ГРТ. Контракция разряда обуславливает нарастание степени ионизации плазмы. Проводимость плазмы, как известно, определяется электронной температурой, а не концентрацией электронов при высокой степени ионизации плазмы. Соответственно, данный процесс также обуславливает резкое перераспределение напряжения между холодными буферными зонами и активной средой ЛСПМ. В совокупности процессы резкого перераспределения напряжения между холодными буферными зонами и активной средой ЛСПМ определяют пробой в активной среде ЛСПМ .

Обратный процесс после импульса возбуждения – охлаждение катодного пятна и расконтракция (за счет теплового расширения) плазмы в холодных буферных зонах могут происходить за времена ~ 1 мкс, что позволяет реализовывать разряд в ЛСПМ со стадией пробоя на частотах следования импульсов возбуждения ~ 1 мГц .

1. Батенин В.М., Бучанов В.В., Казарян М.А., Климовский И.И., Молодых Э.И. Лазеры на самоограниченных переходах атомов металлов.– М.: Научная книга. 1998.– 544 с .

2. Hogan G.P., Webb C.E. // Optics Communication. 1995. V. 117. P. 570–579 .

3.Земсков К.И., Исаев А.А., Петраш Г.Г. // Квантовая электроника.– 1999. –Т. 27.– №2.– С. 183–188 .

4. Юдин Н.А., Суханов В.Б., Губарев Ф.А., Евтушенко Г.С. // Квантовая электроника.– 2008.– Т. 38.– № 1.– С. 23-29 .

5. Солдатов А.Н., Юдин Н.А., Полунин Ю.П., Юдин Н.Н. // Оптика атмосферы и океана.– 2018.– Т. 31. №3. С. 191-197 .

ПРОЕКЦИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

ОПТИЧЕСКОГО ПРОБОЯ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ

МАТЕРИАЛОВ ПРОЗРАЧНЫХ В ИК ДИАПАЗОНЕ СПЕКТРА

А.И. Грибенюков, С.Н. Подзывалов, А.Н. Солдатов, А.С. Шумейко, Н.А. Юдин, Юдин Н.Н .

(Томск) На сегодняшний день в таких странах как Россия, США и Китай разработаны и внедрены в производство перестраиваемые компактные твердотельные источники большой мощности в спектральном диапазоне 3-5 мкм. Данные источники излучения являются ключевым элементом систем противодействия инфракрасным сенсорам, а также нашли применение в медицине и спектроскопии. В данных источниках используется модулированное излучение на длине волны ~ 2 мкм и перестраиваемый параметрический генератор света на основе кристалла ZnGeP2 [1, 2]. Данные возможности применения делают монокристаллы ZnGeP2 востребованными на рынке .

В процессе производства элементов из ZnGeP2 важную роль играет своевременное обнаружение и классификация дефектов на этапе раскройки заготовки быстрыми, бесконтактными и неразрушающими методами. Наиболее подходящими для решения данной задачи являются оптические методы дефектоскопии. Обнаружение и визуализация внутренних дефектов, вызванных технологическим процессом роста кристалла или процессом его дальнейшей обработки обуславливает необходимо использовать ИК-излучение, попадающее в окно прозрачности данного материала .

Принцип работы проекционного дефектоскопа заключается в том, что из излучения от генератора, проходящего через узкополосный оптический фильтр, выделяется излучение с необходимой длинной волны, а далее излучение с выбранной длиной волны фокусируется линзой в исследуемую область монокристалла. Поскольку показатель преломления n монокристалла ZnGeP2 в ближнем и среднем ИК диапазоне излучения n ~ 3, то пучок излучения в монокристалле практически не расширяется. Излучение, вышедшее из монокристалла, попадает на линзу, которая формирует плоскопараллельный пучок, содержавший информацию о внутренних дефектах монокристалла. Данный пучок при проходе через ГРТ усилителя усиливается и попадает на линзу, с помощью которой происходит увеличение изображения и проецирование его на экран. Минимальные линейные размеры регистрируемых дефектов данным дефектоскопом ограничены длиной волны регистрирующего излучения Данный метод предполагается применять для регистрации быстропротекающих процессов внутри монокристалла, например, в момент оптического пробоя или предпробойного состояния, благодаря возможности достижения высокой частоты следования импульсов генерации ~ 1 МГц лазера на парах стронция .

В настоящее время получено изображение внутренней трещины, образовавшейся в процессе роста монокристалла ZnGeP2 теневым методом при помощи лазера на парах стронция .

1. Захаров Н. Г., Антипов О. Л., Шарков В. В., Савикин А. П. // Квантовая электроника.– 2010.– 40(2)

2. ZhouRen-Lai, JUYou-Lun, WangWei, ZhuGuo-Li, WangYue-Zhu.//Chin. Phys. Lett .

2011. 28(7), 074210

ОПТИМАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ НАКАЧКИ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО

ГЕНЕРАТОРА СВЕТА НА БАЗЕ НЕЛИНЕЙНОГО КРИСТАЛЛА ZNGEP2

Н.Н. Юдин, В.В. Демин, А.И. Грибенюков, С.М. Ватник (Томск) Условия эффективной параметрической генерации света (ПГС) требуют использования кристаллов с высокой оптической прозрачностью в рабочем диапазоне частот, с большим значением квадратичной нелинейной восприимчивостью, с высоким порогом оптического пробоя и пространственной однородностью. Одним из наиболее приемлемых для генерации излучения по своим характеристикам (из большого многообразия нелинейно-оптических кристаллов) является монокристалл ZnGeP2 [1, 2] .

Целью настоящей работы является определение энергетических характеристик ПГС в монокристалле ZnGeP2 при накачке излучением Ho:YAG лазера для оценки возможности создания на его базе эффективных перестраиваемых источников излучения в диапазоне ~ 3-4 мкм .

В качестве источника модулированного излучения с ~ 2 мкм для накачки монокристалла ZnGeP2 использовался Ho:YAG лазер с оптической накачкой излучением Tm:YLF лазера. Эффективность преобразования излучения в такой схеме достигает ~ 50%, при этом реализуется уровень средней мощности генерации ~ 15 Вт [3] .

Существенный рост средней мощности и КПД генерации, а также уменьшение пропускания (за счет роста поглощения) на длине волны накачки монокристалла ZnGeP2 наблюдается при значении средней мощности накачки 2,071 Вт и плотности энергии излучения накачки на торце нелинейного кристалла 0,18 Дж/см2 .

Зависимость средней мощности генерируемого излучения монокристаллом от средней мощности излучения накачки указывает на наличие пороговых условий в накачке (см. рис.). Дифференциальный КПД ПГС составляет ~ 3,9% при значениях средней мощности накачки 2,071 Вт и ~ 49,8% при более высоких значениях средней мощности накачки. Максимальное значение средней мощности излучения ПГС достигнутое в эксперименте составило ~ 1,6 Вт и КПД ~ 28,6 % при средней мощности излучения накачки ~ 5,5 Вт и плотности энергии накачки ~ 0,47 Дж/см2, а КПД по поглощенной мощности составило ~ 56,5%. Измерения проводились при диаметре пучка накачки 385 мкм на уровне 1/e2 на входной апертуре радиатора резонатора ПГС .

–  –  –

Рисунок – Зависимость мощности ПГС Рпгс; мощности излучения накачки вышедшей из кристалла P2,096 и суммарной мощности Рсумм от мощности накачки .

Stoeppler G., Thilmann N., Pasiskevicius V., Zukauskas A., Canalias C., Eichhorn M. // J .

1 .

Optical Society of America. 2012. 20(4) .

Антипов О.Л., Еранов И.Д., Косицын Р.И. // Квантовая электроника. 2017. 47(7). С. 601 2 .

Lippert E., Nicolas S., Arisholm G., Stenersen K., Rustad G. // Applied Optics. 2006. 45(16) .

3 .

P.3839

МЕТОДЫ ЦИФРОВОЙ ГОЛОГРАФИИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

МЕХАНИЗМА ОПТИЧЕСКОГО ПРОБОЯ МОНОКРИСТАЛЛА

ZNGEP2 В.В. Дёмин, А.И. Грибенюков, И.Г. Половцев, С.Н. Подзывалов, Н.Н. Юдин (Томск) Эффективность параметрических преобразователей частоты излучения представляет собой нелинейную функцию плотности мощности (интенсивности) излучения накачки, поэтому максимально достижимая эффективность ограничивается порогом оптического пробоя, что вынуждает технологов искать пути повышения лучевой стойкости материала .

Известно два типа пробоя кристаллических материалов при взаимодействии с импульсным наносекундным излучением. Оптический пробой – вызванный процессом лавинной ионизации, происходящей в материале под действием лазерного излучения. Первичными затравочными электронами могут быть электроны проводимости, а также валентные электроны, расположенные в атомах примесей и различных объемных дефектов кристаллической решетки. Или же пробой материала, имеющий тепловую природу, за счет термического нагрева .

В случае оптического пробоя инициированного лавинной ионизацией за счет электронов примесей и различных неоднородных включений в структуру материала, встает вопрос об увеличении лучевой стойкости материала за счет изменения условий роста, синтеза и постростовой обработки материала с целью уменьшения концентрации примесей и/или объемных дефектов. Если же пробой вызван свойствами самого материала, то дальнейших путей увеличения оптического порога не наблюдается .

В связи с чем, поиск и разработка новых методов исследования формирования оптического пробоя и выявления физических механизмов пробоя является актуальной задачей .

Для определения механизмов, приводящих к оптическому пробою монокристаллов ZnGeP2 при облучении излучением с длиной волны в диапазоне 2,25 - 8,25 мкм, необходимы методы мониторинга процессов, происходящих в материале в момент пробоя, позволяющие отслеживать дефектную структуру монокристаллического материала и ее влияние на процесс формирования пробоя. В дальнейшем данные знания могут быть полезны для выработки технологических рекомендаций, позволяющих увеличить порог оптического пробоя .

Для реализации данной задачи был использован метод цифровой голографии .

Целью данного исследования является применение методов цифровой голографии для определения дефектной структуры монокристаллов ZnGeP2, и классификации выявленных дефектов, а также применения данных методов для исследования оптического пробоя материала .

Современные технологии позволяют использовать ПЗС-камеру в качестве средства регистрации картины интерференции опорной и предметной волн. Такой процесс регистрации голограмм на ПЗС-камеру и последующего численного восстановления из них изображения получил название цифровой голографии. Регистрация голограммы производится по осевой схеме записи цифровых голограмм Габора. Результатом проведенных работ стала регистрация процесса развития оптического пробоя .

СРАВНИТЕЛЬНАЯ СПЕКТРАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРОТОКОЛОВ

ДЕЦЕЛЛЮРИЗАЦИИ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ

СЕРДЕЧНЫХ ИМПЛАНТОВ

Е.В. Тимченко, П.Е. Тимченко, Л.Т. Волова, П.Ю. Шалковская, Д. С. Трапезников (Самара) В работе представлены результаты применения метода спектроскопии комбинационного рассеяния (КР) для оценки протоколов децеллюляризации сердечных имплантов. В качестве материалов исследований использованы створки аллогенных аортальных клапанов. Децеллюляризацию клапанов проводили с использованием детергентно- энзиматического метода двумя способами: в первом случае согласно протоколам децеллюризации [1, 2], во втором - децеллюляризацию клапанов проводили согласно протоколам [1, 2] в модификации Института экспериментальной медицины и биотехнологий Самарского медицинского государственного университета .

Спектральные характеристики образцов изучали с помощью экспериментального стенда, включающего в себя высокоразрешающий цифровой спектрометр Shamrock sr-303i с встроенной охлаждаемой камерой DV420A-OE, волоконно-оптический зонд для спектроскопии комбинационного рассеяния RPB785, совмещённый с лазерным модулем LuxxMaster LML-785.0RB-04 (с регулируемой мощностью до 500 мВт, длиной волны 785 нм) [3] .

В результате проведенных исследований были выявлены спектральные различия аллогенных аортальных клапанов, изготовленных при использовании разных модификаций протокола детергентно- энзиматического метода децеллюризации .

Данные модификации протокола детергентно-энзиматического метода децеллюризации имеют большое сходство в диапазонах 744-1001 см-1, 1200-1260 см-1 и в области линии 1650 см-1. Однако установлено, что при использовании протокола децеллюризации аллогенных аортальных клапанов в модификации Института экспериментальной медицины и биотехнологий Самарского медицинского государственного университета наблюдаются большие концентрации протеинов и липидов (1442 см -1) .

Lichtenberg A., Tudorache I., Cebotari S. et al. A Preclinical testing of tissue-engineered heart 1 .

valves re-endothelialized under simulated physiological conditions. // Circulation. 2006. 114 (1 Suppl): I559-65 .

Lichtenberg A. et al. Biological scaffolds for heart valve tissue engineering. //Methods Mol .

2 .

Med., 2007, V. 140. no. 2. P. 309-317 .

Тимченко П.Е., Тимченко Е.В., Долгушкин Д.А., Волова Л.Т., Маркова М.Д. Применение метода спектроскопии комбинационного рассеяния для оценки костно-хрящевых биоптатов. // Оптический журнал. 2017. Т.84. №6. С.75-78

ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРНОГО МОНИТОРА ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ

ПРОЦЕССА РОСТА АЛМАЗОВ

Г.С. Евтушенко, С.Н. Торгаев, М.В. Тригуб, Д.В. Шиянов, В.Г. Ральченко, Е.В. Бушуев, А.П. Большаков, К.И. Земсков, В.В. Савранский, В.И. Конов (Томск, Москва) Активные оптические системы с усилителями яркости на атомных переходах в парах металлов востребованы при визуализации объектов и процессов в условиях фоновой засветки. Мы предположили, что одним из таких процессов может стать процесс химического осаждения алмаза из газовой фазы (CVD- процесс). В Институте общей физики РАН проводятся исследования по CVD синтезу поли- и монокристаллического алмаза из СВЧ плазмы [1] на плазмохимических СВЧ реакторах ARDIS производства ООО Оптосистемы, г. Троицк. Данный процесс сопровождается фоновой засветкой, создаваемой плазмой, с характерной температурой порядка 3000 K. Вследствие чего, визуальный контроль объекта наблюдения - алмаза через диагностические окна затруднен .

В данной работе представлены первые результаты по применению лазерного монитора для визуализации алмаза в рабочей камере СВЧ реактора ARDIS 300. Размеры образца-алмаза 3x4 мм. Визуализация проведена как без включения СВЧ-разряда (в отсутствии засветки), так и в рабочем режиме (с засветкой). Наблюдение осуществлялось как через боковые, горизонтально расположенные окна (перпендикулярно направлению роста), так и непосредственно сверху (в направлении роста). Параметры рабочего режима следующие: газовая смесь СН4(3 - 7%)/Н2, давление - 50 - 200 Торр, СВЧ мощность кВт .

В качестве активной оптической системы использован мобильный вариант лазерного монитора на основе скоростного усилителя яркости на парах бромида меди [2]. Режим работы лазерного монитора – импульсно-периодический, с частотой следования 20 кГц, и длительностью импульсов 30 нс. Отличительной особенностью данного устройства является возможность получения изображения в одном, отдельно взятом, импульсе излучения/усиления, с фильтрацией сигнала в узкой полосе спектра (2-3 пм). Что позволяет проводить визуальный неразрушающий контроль изделий в условиях засветки, в режиме реального времени. Монитор может работать и в режиме генератора излучения – лазера, для реализации режима лазерной подсветки объекта .

Проведенные эксперименты показали, что для собранной оптической схемы (поле зрения составляет 4x4 мм, а пространственное разрешение 100 мкм. Наличие засветки никак не влияет на контраст получаемого изображения при изменениях состава и давления газовой смеси, вводимой мощности в плазму. Следующим шагом должно стать улучшение пространственного разрешения системы (до 5-10 мкм), за счет модификации оптической схемы .

С тем, чтобы наблюдать изменения морфологии ростовой поверхности алмаза in situ, в процессе роста .

Работа, в части использования скоростного усилителя яркости на парах металлов, выполнена при поддержке гранта РНФ № 14-19-00175 .

1. Bolshakov A.P., Ralchenko V.G., Yurov V.Y., Popovich A.F., Antonova I.A., Khomich A.A., Ashkinazi E.E., Ryzhkov S.G., Vlasov A.V., Khomich A.V. High-rate growth of single crystal diamond in microwave plasma in CH4/H2 and CH4/H2/Ar gas mixtures in presence of intensive soot formation.// Diam. and Relat. Mater. 2016. V.62 P. 49–57 .

2. Evtushenko G.S., Trigub M.V., Gubarev F.A., Evtushenko T.G., Torgaev S.N., Shiyanov D.V. Laser monitor for non-destructive testing of materials and processes shielded by intensive background lighting. // Review of Scientific Instruments. 2014. V. 85. Issue 3. Article number 033111. P. 1-5 .

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИНДИКАТРИС РЭЛЕЕВСКОГО

РАССЕЯННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ

ИССЛЕДОВАНИЙ

Ш.Ш. Усманова, М.В. Сапронов (Москва) Наличие пресной чистой воды – необходимое условие существования всех живых организмов на планете. Несмотря на это, человек в процессе своей жизнедеятельности загрязняет ее. Резкое ухудшение качества пресной воды произошло в результате загрязнения ее химическими и радиоактивными веществами, различными ядохимикатами. К сожалению, загрязнение воды токсичными жидкостями не всегда возможно обнаружить невооруженным глазом и без особых мер предосторожности выявить загрязнение можно лишь по трагическим последствиям аварии или вредоносных выбросов .

В свою очередь, процесс загрязнения водоема можно рассматривать как образование мутной рассеивающей среды [1]. Большинство методов диагностики химического состава воды предполагает отбор проб для лабораторного анализа и последующего определения концентрации загрязняющих веществ .

Целесообразным было бы использовать существующие и разрабатывать новые оптические методы диагностики прозрачных и мутных сред для подобных исследований, поскольку оптические методы обладают преимуществами бесконтакности, безынерционности и дистанционности измерений. В частности, для диагностики мутных и прозрачных сред рационально развивать оптические методы на основе рассеяния Рэлея [2] .

В работе представлены результаты лабораторного моделирования рассеяния света в растворе молока в воде. В эксперименте на цилиндрический сосуд с мутной средой вода- молоко направлялся коллимированный пучок белого света таким образом, чтобы весь свет был ослаблен внутри среды, а на стенки сосуда попадало только рассеянное излучение. Источником света служила галогенная лампа накаливания, излучательная способность которой схожа с излучательной способностью абсолютно черного тела. Регистрация рассеянного излучения осуществлялась с помощью фотоаппарата, ПЗС-матрица которого имеет равномерную спектральную чувствительность в видимом диапазоне длин волн. Фотоаппарат был установлен таким образом, что мог вращаться вокруг оси цилиндрического сосуда, а ось объектива при этом всегда пересекала ось сосуда. Фокусное расстояние объектива было таким, что плоскость изображения содержала ось цилиндрического сосуда при любом угле поворота фотоаппарата. В экспериментальной установке предусмотрена установка полосно- пропускающего светофильтра, за счёт которого обеспечивалась спектральная селективность регистрируемого света .

В силу того, что галогенная лампа накаливания обладает неравномерным спектром, на первом этапе работы была произведена калибровка. Суть ее заключалась в том, что была сделана серия снимков источника света через различные светофильтры с известными длинами волн и коэффициентами пропускания, в результате были рассчитаны коэффициенты, позволяющие произвести нормировку интенсивности рассеянного излучения .

Далее была получена индикатриса рассеяния света для разных длин волн [3]. Обработка экспериментальных измерений показала, что для длин волн 656 нм, 589 нм, 546 нм, 479 нм преобладает рассеяние вперед, а для длин волн 434 нм и 404 нм – рассеяние назад. При этом с увеличением длины волны рассеяние вперед становилось все более выраженным .

Полученные результаты могут быть использованы для развития метода диагностики мутных сред на основе рассеяния Рэлея, который имеет перспективы применения в экологических исследованиях загрязненной воды .

Работа выполнена при поддержке Министерства Образования и Науки Российской Федерации (проект 3.8009.2017/БЧ) .

1. Шифрин К.С. Рассеяние света в мутной среде.– М. – Л.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1951. – 288 с .

2. Ван де Хюлст Г. Рассеяние света малыми частицами.– М.: Изд. иностр. лит-ры, 1961.– 536 с .

3. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами.– М.: Мир, 1986. 664 с .

ВОЗБУЖДЕНИЕ ПАРОВ НАТРИЯ ИМПУЛЬСАМИ ИЗЛУЧЕНИЯ

НАНО- И ФЕМТОСЕКУНДНОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ

Т.Д. Петухов, Г.С. Евтушенко, В.Б. Суханов, М.В. Тригуб, А.Н. Куряк, В.К. Ошлаков, В.О. Троицкий (Томск) Активные среды на парах щелочных металлов представляют интерес, как для создания высокоэффективных лазеров с диодной накачкой, так и узкополосных газовых фильтров и усилителей яркости. Интерес к исследованию сред на парах щелочных металлов обусловлен и созданием опорных звезд, с использованием резонансных переходов натрия .

В литературе описано несколько способов возбуждения паров щелочных металлов .

- Резонансная накачка D2 (589 нм) линии и получение излучения на D 1 (589.6 нм) .

- Нерезонансная накачка с большой отстройкой от линии D 2 в коротковолновую область. Она реализуется при высоком давление буферного газа за счет межатомных соударений. При этом величина отстройки и эффективность накачки зависят от давления буферного газа, а излучение регистрируется на D2 и D1 линиях .

- Еще один механизм накачки предполагает существование квазимолекул из атомов щелочного металла и буферного газа (Xe, Ar, CH 4, C2H6), при этом накачка осуществляется в область поглощения таких молекул 550-560 нм .

В данной работе проведены эксперименты по накачке активной среды с парами натрия (в присутствии буферного газа He и Xe, давлением до 500 тор) импульсным лазером на красителе на длине волны 589 нм и 560 нм, фемтосекундным лазером на длине волны 780 нм, а также лазером на парах бромида меди, с длинами волн 510 и 578 нм .

При продольной накачке кюветы диаметром 1,6 см и длиной нагреваемой зоны 10 см и буферным газом - Xe фемтосекундным лазером с энергией импульса до 14 мДж зарегистрировано интенсивное излучение в районе D-линий натрия. Излучение на D-линиях наблюдалось при возникновении филаментации фемтосекундного излучения внутри кюветы .

В остальных экспериментах, наряду с кюветой для продольной накачки, использовалась кювета с поперечной накачкой и размерами активной зоны 3х2 см .

Накачка лазером на красителе с энергией импульса до 0,6 мДж и фокусировкой излучения в центр кюветы на длине волны 589 нм (резонансная накачка в линию D2) вызывала спонтанное излучение на линии D 1. Излучение регистрировалось при буферном газе He и Xe .

При накачке лазером на красителе с длиной волны 560 нм (механизм существования квазимолекулы Na-Xe) и энергией 5 мДж кюветы с парами натрия и буферным газом Xe регистрировалось слабое излучение в районе D-линий натрия .

Согласно литературным данным при “большой” отстройке линии накачки от уровня D2 в коротковолновую область возможно возникновение двухфотонной накачки при исходной длине волны 578 нм. Проведены эксперименты по накачке кюветы с парами натрия и буферным газом Xe лазером на парах бромида меди. Суммарная энергия импульса излучения (на линиях 510 нм и 578 нм) составляла 1 мДж. В результате эксперимента зарегистрировано излучение в районе D-линий натрия .

Проведенные эксперименты показывают, что возбуждение паров натрия возможно различными способами и при различной частоте следования импульсов накачки (от единиц герц до десятков килогерц) .

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, проект № 14-19-00175 .

ПРИМЕНЕНИЕ БИСТАТИЧЕСКОГО ЛАЗЕРНОГО МОНИТОРА ДЛЯ

ВИЗУАЛИЗАЦИИ УДАЛЕННЫХ ТЕСТОВЫХ ОБЪЕКТОВ

Н.А. Васнев, М.В. Тригуб, Г.С. Евтушенко (Томск) Лазерные оптические системы с усилителями яркости активно применяются для визуализации объектов и быстропротекающих процессов. Такие системы обычно выполняют на основе активных сред на переходах атомов металлов, в частности – галогенидов меди. Высокая спектральная яркость, большой коэффициент усиления и узкая полоса генерации обеспечивают визуализацию даже в условиях мощной фоновой засветки [1, 2] .

Существует моностатическая и бистатическая схемы лазерного монитора. Вторая схема отличается от первой тем, что используются два активных элемента: источник подсветки и усилитель яркости. Такой подход позволяет варьировать параметры подсветки и усиления независимо друг от друга, что обеспечивает ряд достоинств и прежде всего – увеличение предельно-допустимой дистанции от усилителя яркости до объекта наблюдения [3] .

В работе представлены результаты экспериментальных исследований возможности наблюдения объектов, расположенных на расстоянии до 15 метров от усилителя яркости в схеме бистатического лазерного монитора. Определяются оптимальные условия работы усилителя яркости для получения наиболее качественного изображения. Для оценки изменения яркости и размера области зрения в условиях эксперимента приводится распределение интенсивности вдоль выбранных фрагментов полученных изображений .

Работа выполнена в рамках гранта РНФ № 14-19-00175 .

1. Little C.E., Sabotinov N.V. Pulsed Metal Vapour Lasers. St Andrews, United Kingdom:

Kluwer Academic Publishers.1996. P. 480 .

2. Кузнецов А.П., Бужинский Р.О., Губский К.Л., Савёлов А.С., Саранцев С.А., Терёхин А.Н. Визуализация плазмоиндуцированных процессов проекционной системой с усилителем яркости на основе лазера на парах меди. // Физика плазмы.– 2010.– Т. 36.– № 5. – С. 463-472 .

3. Тригуб М.В., Торгаев С.Н., Евтушенко Г.С., Троицкий В.О., Шиянов Д.В. Бистатический лазерный монитор.// Письма в журнал технической физики.– 2016.– Т. 42.– Вып. 12.– C. 51-56 .

ВОЗДЕЙСТВИЕ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ

ВНУТРИРЕЗОНАТОРНЫХ РЕШЁТОК НА СПЕКТРАЛЬНЫЕ

СВОЙСТВА ИЗЛУЧЕНИЯ МОЩНЫХ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ЛАЗЕРОВ

Е. Э. Попов, А.П. Погода, А.Л. Дмитриев А.С. Борейшо (Санкт-Петербург) Измерены спектральные характеристики твердотельных лазеров на основе Nd:YAG с поперечной накачкой полупроводниковыми матрицами, в режиме пассивной модуляции добротности, со следующими конфигурациями резонаторов: 1) линейный резонатор со стационарной внутрирезонаторной брэгговской решёткой; 2) кольцевой резонатор с внутрирезонаторной стационарной брэгговской решёткой, с выходным зеркалом и без него; 3)кольцевой резонатор с динамической внутрирезонаторной брэгговской решёткой, с выходным зеркалом и без него .

Наблюдалось увеличение яркости и сужение спектра выходного излучения в результате действия следующих факторов: 1) при определенном угле падения света на решетку ее дифракционная эффективность отличается для разных рабочих длин волн внутри контура усиления; 2) слабая обратная связь для крайних мод спектрального контура не позволяет им эффективно влиять на инверсию населенностей в активной среде .

Сравнение динамических и статических решёток показало, что:

1) В лазере со стационарной брэгговской решеткой, без выходного зеркала, генерируемый импульс содержит 1–5 продольных мод. Межмодовое расстояние на интерферограмме равно 0,47 пм в режиме второй гармоники, что соответствует величине 0,33 пм на первой гармонике. Вращение зеркала влияет на спектр излучения аналогично вращению решётки, так как отсутствует заранее установленный оптический путь. Конкуренция мод в пределах контура усиления позволяет каждой моде сформировать собственный эффективный контур кольцевого резонатора, что приводит к хаотичным флуктуациям рабочей длины волны резонатора в ограниченной области спектра .

2) В резонаторе на решетках коэффициента усиления, записанных в активной лазерной среде внутрирезонаторными интерферирующими пучками, поворот зеркала приводит к смещению всех лучей резонатора и перезаписи решетки с теми же параметрами в той же активной среде под другим углом .

При этом наблюдается хаотичное смещение частоты в диапазоне 7,5 пм, которое также объясняется конкуренцией мод в диапазоне полосы усиления среды .

3) В резонаторе с выходным зеркалом при повороте каждого из зеркал, происходит перестройка частоты резонанса на величину 20 пм. При повороте решетки, как и в случае с линейным резонатором, падающий и дифрагирующий лучи смещаются на одинаковый угол, центральная длина волны сохраняется, а интенсивность излучения падает вследствие падения дифракционной эффективности решетки, при этом положение центральной частоты остается неизменным .

4) Поворот одного из зеркал в лазере с кольцевым резонатором на основе динамической решетки коэффициента усиления вызывает изменение угла падения и сопровождается вращением нормали решетки. При этом второе зеркало резонатора остается неподвижным. Поэтому центральная длина волны генерации смещается, испытывая хаотичное отклонение, что и наблюдается в режиме генерации цугов из одиночных импульсов. Хаотичное отклонение световых лучей происходит, вследствие формирования излучением собственного контура кольцевого резонатора с предоставляемой выходным зеркалом дополнительной обратной связью .

В результате экспериментов установлено, что внутрирезонаторная решётка способствует повышению спектральной яркости излучения лазера и сужению его спектра, так же как и динамическая решётка коэффициента усиления в активной среде. Показана возможность осуществлять управляемое воздействие на спектр излучения: перестройку длины волны и изменение ширины полосы генерации лазера .

МАЛОГАБАРИТНЫЙ ОТПАЯННЫЙ ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКИЙ

ТЕА–СО2 ЛАЗЕР ДЛЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРИМЕНЕНИЙ

К.М. До, Б.А. Козлов, Т.Н. Май, А.Б. Ястребков (Рязань) Применение для целей оптической локации и экологического мониторинга окружающей среды инфракрасного (ИК) излучения с длинами волн в области 911 мкм обеспечивает большую дальность обнаружения по сравнению с более коротковолновым ИК–излучением. В качестве таких источников когерентного излучения наиболее подходящими являются ТЕА–СО2 лазеры. В случае применения импульсных схем оптической локации важное значение имеет форма импульса зондирующего излучения. Наиболее качественные показатели оптических импульсных локационных устройств достигаются при использовании импульсов излучения, имеющих форму одного пика с минимальной длительностью .

Вторым важным требованием к источникам инфракрасного излучения является обеспечение работы на повышенных частотах повторения импульсов. В случае применения ТЕА–СО2 лазеров в устройствах для экологического контроля окружающей среды приемлемыми являются частоты повторения импульсов в несколько десятков герц. И третьим важным требованием к ТЕА–СО2 лазерам, работающим в импульсно–периодическом режиме, является достаточно продолжительный ресурс непрерывной работы. Очевидно, что источник когерентного ИК–излучения – ТЕА– СО2 лазер – должен обладать минимальными размерами и весом .

Настоящая работа направлена на определение условий получения импульсов излучения в виде одного «гигантского» пика с длительностью до нескольких наносекунд, обеспечение устойчивой работы малогабаритного отпаянного ТЕА–СО2 лазера на частотах повторения импульсов до 25 герц в течение 2000 часов и более. Работа включала в себя исследование возможностей эффективной регенерации рабочих смесей отпаянных ТЕА–СО2 лазеров с помощью нового типа газового катализатора на основе аммиака и моноокиси азота, обладающего повышенной химической активностью и «мгновенной»

готовностью, а также разработку малогабаритного высоковольтного источника питания лазера на основе новых методов преобразовательной техники .

В результате выполнения данной работы был разработан новый газовый катализатор на основе смеси моноокиси азота с обезвоженным аммиаком в соотношении 1:1 с парциальным давлением 10–16 мм рт. ст., обеспечивающий наиболее эффективную регенерацию двуокиси углерода в активном элементе малогабаритного ТЕА–СО2 лазера в течение 2000 часов. Его работа на частоте повторения импульсов до 25 Гц была обеспечена в результате применения эффекта «электрического ветра» [1–3]. Минимальная длительность импульсов излучения до 5 наносекунд достигалась при увеличении давления рабочей смеси до 10 атмосфер [4]. Необходимая форма импульсов излучения обеспечивалась химическим составом СО2:N2:Не, в котором двуокись углерода и молекулярный азот находились в соотношениях СО2:N2 = 3:15:1. Типичные значения энергии излучения в импульсе составляют 25–50 мДж. При увеличении давления рабочей смеси до 10 атмосфер энергия излучения в импульсе достигает 120 мДж .

1. Верещагин И.П. Коронный разряд в аппаратах электрон– ионной технологии.– М.:

Энергоатомиздат, 1985.– 160 с .

2. Горкин С.Б., Козлов Б.А., Соловьев В.И. Малогабаритные отпаянные импульсно– периодические ТЕА–СО2 лазеры с прокачкой газовых смесей «электрическим ветром»// Известия РАН. Серия физическая.– 1994.– Т.58.– N2.– С.42-45 .

3. Kozlov B.A., Solovyov V.I. Formation of Gas Flows in Active Media of Small–Sized Sealed–Off TEA–Lasers by an “Electrical Wind”.//Proc. SPIE. 1998. v.3574. p. 519–522 .

4. Kozlov B.A., Do K.M. Super–atmospheric metal–ceramic small–sized sealed–off TE– CO2 laser with PRR up to 25 Hz. // http://ieeexplore.ieee.org/docu-ment/7549706/2016 International Conference Laser Optics June 27–July 1 2016 .

–  –  –

ниях He+-Se в плазме положительного столба, известен как эффективный источник лазерного излучения на шести квантовых переходах SeII в сине-зеленой части спектра (см., например, [1]). О генерации на ионных переходах TeII в жёлтозелёной части спектра известно из первых работ поискового характера .

В докладе сообщается о результатах оптимизации режима разряда ионного катафорезного лазера на парах теллура, которые оказались близки к условиям накачки катафорезного лазера на парах селена: генерация на ионах теллура происходит также в смеси с гелием, оптимальное давление гелия и оптимальные плотности тока разряда для смеси Не-Те и смеси He-Se различаются незначительно. В плазме отсутствует химическое взаимодействие паров селена и теллура, причем рабочая температура испарителя с теллуром (360°С) в лазере на парах теллура на 130°С превышает рабочую температуру испарителя в лазере на парах селена. Последнее позволяет осуществить совместное введение паров селена и теллура в рабочую зону разрядной трубки без взаимного “загрязнения” веществ в этой зоне и в испарителях. В разрядной трубке оба испарителя располагались вблизи её анода, причем испаритель с селеном – ближе к аноду. Работа трубки происходила в трех режимах: а)введения паров теллура, при этом испаритель с селеном не нагревается; б)введения только паров селена, при этом испаритель с теллуром нагревается до температуры, на ~80°С превышающей рабочую температуру испарителя с селеном; и в)одновременного введения паров двух веществ при нагреве обоих испарителей. В результате в последнем режиме наблюдалась одновременная генерация на лазерных линиях 497,6 нм, 499,3 нм, 506,8 нм, 517,6 нм, 522,7 нм, 530,5 нм SeII и 557,6 нм, 566,2 нм и 570,8 нм TeII, чем увеличен набор излучаемых одним лазером лазерных линий от сине-зеленой до желто-зеленой части спектра. Выявлены причины снижения мощности на отдельных линиях в смеси по сравнению с режимом раздельной генерации на каждом из веществ. Характеристики данного лазера сравниваются с характеристиками разработанных нами ранее катафорезных лазеров с активными средами на смесях с гелием паров кадмия и цинка, а также паров кадмия и ртути .

1. Иванов И.Г. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Сер. Б. Том XI-4 «Газовые и плазменные лазеры». М., Физматлит. 2005. С. 460-468 .

ВЛИЯНИЕ СТОЛКНОВЕНИЙ В ПЛАЗМЕ НА УСИЛЕНИЕ

И МОЩНОСТЬ ИЗЛУЧЕНИЯ ИОННЫХ ЛАЗЕРНЫХ ПЕРЕХОДОВ

МЕТАЛЛОВ В РАЗРЯДЕ “ПОПЕРЕЧНОГО ТИПА”

И.Г. Иванов (Ростов-на-Дону, ЮФУ) Использование плазмы отрицательного свечения (ОС) разряда поперечного типа с полым катодом (РПК) для возбуждения ионных лазерных переходов металлов за счёт перезарядки ионов инертного буферного газа при неупругих столкновениях с атомами металла, имеет ряд преимуществ перед возбуждением в положительном столбе продольного разряда [1] .

В докладе на примере ионных лазерных переходов таллия, возбуждаемых как в смеси паров таллия с гелием, так и с неоном, и ртути – в смеси с гелием, подробно рассмотрены процессы возбуждения ионных переходов металлов в плазме ОС РПК. Проанализирована кинетика ионных энергетических уровней в импульсном РПК, в том числе с учётом столкновений с тепловыми электронами плазмы и с тяжёлыми частицами .

Зависимости от концентрации тепловых электронов neтепл величины населённости уровней TlII и HgII, приведенные к скорости накачки перезарядкой, находились путем решения систем кинетических уравнений, что позволило рассчитать приведенные к скорости накачки перезарядкой величины ненасыщенного коэффициента усиления и удельной выходной мощности на лазерном квантовом переходе ik: Gik/FПЗ и Pik/FПЗ для различных значений neтепл, а Gik тепл P тепл именно: и Далее, используя связь концентраций быстne ) .

(ne ) ik <

–  –  –

УСИЛИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА

НА ПЕРЕХОДАХ МЕДИ ПРИ УВЕЛИЧЕННОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ

ИМПУЛЬСА

В.В. Власов, М.В. Тригуб, Г.С. Евтушенко (Томск) Визуально- оптический метод контроля обладает наиболее полной информативностью, так как видео фиксация может осуществляться в широком спектре излучения, проходить в режиме «реального времени», а само оборудование для слежения легко встраивается в системы автоматической обработки материалов [1]. Однако использование данного метода ограничено рядом проблем. Такие технические процессы, как сварка, наплавка металлов, сопровождаются мощным фоновым излучением. Это приводит к необходимости ставить дополнительные светофильтры и ограничивать область зрения. Также существует проблема безопасности оборудования и оператора. Особенно часто это встречается в научной сфере. Взаимодействия высоких энергий с материалами, кроме видимого, сопровождаются ещё мощным тепловым и радиационным излучением, а, в некоторых случаях, также происходит разлёт фрагментов объекта наблюдения. В результате наблюдается снижение информативности и качества изображения. Для решения этой проблемы предлагается использовать активные оптические системы – скоростные усилители яркости на парах металлов [2]. Это обусловлено рядом их достоинств, а именно, высокая однородность среды усиления, высокий коэффициент усиления, узкополосность спектра усиления, импульсный высокочастотный режим работы .

Однако такие системы на описанных усилителях яркости ограничены по дистанции до наблюдаемого объекта. Это связано с временем существования инверсии в активной среде усилителя .

Нашей научной группой был предложен метод получения «длинных» импульсов излучения/усиления и показана возможность создания активных оптических систем для визуализации удаленных объектов [3] .

В настоящей работе проведено детальное исследование усилительных характеристик активных сред на парах меди с увеличенной (до 100 нс) длительностью импульса излучения/усиления. Представлены результаты по стабилизации работы активных элементов за счет изменения условий формирования разряда .

Работа выполнена при поддержке РНФ, проект №. 14-19-00175 .

1. Webb Colin E., Jones Julian D. C. Handbook of Laser Technology: Applications // IoP Publishing. 2004. 1180 p .

2. Евтушенко Г.С., Казарян М.А., Торгаев С.Н., Тригуб М.В., Шиянов Д.В. Скоростные усилители яркости на индуцированных переходах в парах металлов. –Томск: STT, 2016.- 40c .

3. Trigub Maxim V., Vlasov Vasilii V. Laser monitor for imaging of the processes located at different distances // International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices, EDM. Volume 2016-August, 9 August 2016, Article number 7538744, P .

295-299 .

Eu+Ne – ЛАЗЕР А.Г. Филонов, Д.В. Шиянов, В.Г. Соковиков (Томск) Одним из ярких представителей многоволновых систем является лазер на парах европия, который способен излучать на нескольких ионных и атомных линиях одновременно. Особенность этого лазера заключается в том, что при использовании гелия в качестве буферного газа с давлением близким к атмосферному и более, реализован столкновительный режим генерации на ионной линии 1,0020 мкм [1]. До настоящего времени почти все работы были посвящены исследованию этого режима [2-4]. В связи с этим не уделялось должного внимания работе лазера на парах европия с буферным газом неоном .

Наша работа посвящена рассмотрению некоторых аспектов работы лазера на парах европия в инертной среде неона (при стандартных для лазеров на парах металлов давлении 10-150 торр) .

Рабочий канал исследуемой газоразрядной трубки из керамики BeO имел диаметр 2 см и длину 50 см. Для возбуждения активной среды использовалась схема прямого разряда рабочей емкости на ГРТ через коммутатор - тиратрон ТГИ1-1000/25 .

В результате проведенной работы в Eu+Ne – лазере была реализована генерация на четырех линиях излучения с длинами волн 664,5, 1001,9, 1361 и 1759 нм, определены форма и положение импульсов генерации относительно импульсов тока и напряжения. Выявлено, что Eu+Ne - лазер является эффективным лазером, который, в зависимости от параметров лазерной системы, может производить излучение как на атомной линии 1759 нм с мощностью 1,5 Вт, так и на ионной линии 664.5 нм мощностью до 70 мВт .

В максимуме мощности генерации на линии 1759 нм область оптимальных давлений лежит в пределах 20-30 торр, а ЧСИ ~ 10 кГц. На переходе с = 664,5 нм оптимальная ЧСИ составляет 15-25 кГц, а влияние давления на выходную мощность требует дополнительного изучения, поскольку до 150 торр мощность генерации показывает монотонный рост. При этом импульсная энергия излучения возрастает с увеличением напряжения. Изменение температурного режима работы ГРТ лазера позволяет осуществлять перестройку длины волны излучения .

Проведены сравнительные исследования работы Eu+Ne и Eu+He-лазеров на длине волны 1,76 мкм при одинаковых давлениях буферных газов в зависимости от частоты следования импульсов, мощности накачки. Результаты исследования показали, что характеристики Eu+Ne-лазера превосходят характеристики Eu+He-лазера .

Сравнение газоразрядного и оптического способа возбуждения активной среды европия показало одинаковый порядок появления ионных и атомных линий генерации .

Особенно важно отметить то, что через ~ 3 часа мощность генерации Eu+He-лазера на длине волны 1,76 мкм снизилась до нуля, в то время как Eu+Ne-лазер на момент окончания эксперимента отработал около 200 часов .

Выявленные закономерности определяют возможность дальнейшего улучшения параметров работы лазера .

Бохан П.А., Климкин В.М., Прокопьев В.Е. Газовый лазер на ионизированном европии .

1 .

// Письма в ЖЭТФ. 1973. Т. 18. Вып. 2. С. 80-82 .

Бохан П.А., Климкин В.М., Прокопьев В.Е. Столкновительный газоразрядный лазер на 2 .

ионизированных парах европия. // Квантовая электроника. 1974. Т. 1. № 6. С. 1365-1369 .

Бохан П.А. Непрерывная генерация в столкновительном гелий-.европиевом лазере. // 3 .

Письма в ЖТФ. 1984. Т. 10. Вып. 4. С. 210-214 .

Bokhan P.A., Zakrevsky D.E. High power high repetition rate pulsed collisional laser using a 4 .

He+Eu+ mixture. // Optical and Quantum Electronics. 1991. Vol. 23. P. S513-S522 .

ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ

И УСИЛИТЕЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК MnCl2 – ЛАЗЕРА

Д.В. Шиянов, М.В. Тригуб, Г.С. Евтушенко, В.В. Дробчик (Томск, Санкт-Петербург) Лазер на парах марганца примечателен тем, что он излучает на пяти линиях в видимой (в диапазоне 534,1-553,8 нм) и шести линиях ближней ИК области спектра (1,29-1,4 мкм). Атом марганца имеет мультиплетную структуру рабочих уровней и характеризуется наличием общих нижних лазерных уровней для переходов в этих областях спектра. Этот факт определяет то, что может быть реализована столкновительная конкуренция, что в свою очередь, позволит сосредоточить энергию на одном переходе [1]. Кроме этого, открывается возможность создания усилителей яркости в этих спектральных диапазонах и преобразования изображения объектов из ИК в видимый диапазон, поскольку насыщение усиления на одном из связанных переходов приводит к значительной амплитудной модуляции усиления (излучения) на другом [2] .

До настоящего времени основные исследования были направлены на изучение характеристик лазера на основе металлического марганца. Наша работа посвящена исследованию частотно-энергетических и усилительных характеристик MnCl2- лазера .

В работе использовались две газоразрядные трубки (ГРТ) длиной активной зоны 30 и 50 см, диаметром 1 и 2 см, соответственно. Для накачки лазеров использовалась схема прямого разряда рабочей емкости через тиратрон ТГИ1с использованием импульсного кабельного автотрансформатора, с коэффициентом трансформации 1:2 .

Из полученных результатов отметим следующие. Идентифицированы и установлены соотношения интенсивностей линий излучения в различных областях спектра. Для ГРТ объемом 24 см3 с мощностью накачки 340 Вт определены значения напряженности электрического поля, при увеличении которых изменяется соотношение мощностей видимых и ИК линий излучения. При напряженности поля 180 В/см мощность генерации на ИК-линиях втрое превышала интенсивность линий видимого спектра. С увеличением напряженности до 250 В/см и выше преобладает излучение линий видимого диапазона .

Так при 500 В/см мощность видимого излучения вдвое превышает мощность ИК излучения. Это объясняется высоким расположением верхних уровней линий излучения видимого диапазона, для эффективной накачки которых требуется увеличивать напряжение на разрядном промежутке. Увеличение мощности накачки приводит к линейному росту суммарной выходной мощности лазера. Максимальная мощность излучения составила 1 Вт, а КПД 0,2% .

Проведено исследование влияния активных примесей на характеристики лазера с ГРТ объемом 157 см3. Установлено, что добавка HCl позволяет повысить суммарную мощность излучения на 35-40% для разных давлений буферного газа. При этом максимальная мощность излучения составила 2 Вт. Профиль пучка генерации в максимуме мощности генерации имеет небольшой провал. При этом добавка HCl выравнивает профиль .

Использование коммутатора таситрона ТГУ1-1000/25 позволило впервые на переходах атома марганца получить генерацию при частоте следования импульсов накачки свыше 100 кГц (125 кГц, с мощностью излучения 255 мВт) .

Проведены исследования усилительных характеристик на переходах марганца и визуализация тестовых объектов в видимой и ИК областях спектра .

Исследована зависимость контраста от мощности накачки .

На основании полученных результатов сделан вывод о том, что активные среды на парах галогенидов марганца являются перспективными для применений в активных оптических системах - скоростных усилителях яркости и лазерных мониторах на их основе [3] .

Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 14-19-00175 .

Бохан П.А., Бурлаков В.Д., Герасимов В.А., Соломонов В.И. Механизм генерации и 1 .

энергетические характеристики лазера на парах марганца // Квантовая электроника.– 1976.– Т. 3.– № 6.– С. 1239-1244 .

Земсков К.И., Казарян М.А., Петраш Г.Г. Визуализация усиленных ИК изображений при 2 .

нелинейном взаимодействии пучков в насыщающихся усилителях // Письма в ЖЭТФ. –

1985. Т. 42. Вып. 6. С. 260-263 .

Евтушенко Г.С., Казарян М.А., Торгаев С.Н., Тригуб М.В., Шиянов Д.В. Скоростные 3 .

усилители яркости на индуцированных переходах в парах металлов. STT. 2016. 246 с .

ISBN 978-5-93629-562-1 .

ЛАЗЕР НА ПАРАХ МЕДИ С ИНДУКЦИОННЫМ

ДОЗАТОРОМ МЕТАЛЛА

В.Ф. Федоров, К.Ю. Семенов, Д.В. Шиянов, М.В. Тригуб, В.В. Власов (Томск) В [1] нами показана возможность работы лазера на парах меди с индукционным испарителем, где на керамическую трубку надевался графитовый нагреватель. Разогрев графита производился от наружного индуктора и за счет тепла, передаваемого керамической трубке, происходило испарение меди, а при подаче на электроды импульса возбуждения возникала генерация .

Мы предположили, что при таком независимом разогреве канала до рабочей температуры и получении нужной концентрации паров, на электроды можно подавать любой импульс возбуждения, в том числе слаботочный, чтобы реализовать высокий КПД, высокую частоту следования импульсов .

Однако испытания показали, что мы получили большую паразитную емкость, образованную графитовой трубкой и внешним индуктором. Это привело к повышению напряжения пробоя на газоразрядном промежутке, которое достигало 1000 В/см. Другой недостаток данной конструкции – это быстрый вынос рабочего вещества из рабочей зоны лазера, что сокращает срок службы лазера .

Для исключения этих недостатков нами предложен вариант независимой подачи металлов в рабочие зоны газоразрядной трубки (ГРТ). ГРТ представляла собой двухсекционную конструкцию. Средней электрод заземлен и в этой зоне располагался дозатор паров металла с индукционным нагревом. Керамические трубки двух секций имели длину 7 см и диаметр 5 мм каждая. Рабочие емкости обоих секций составляли 680 пФ, частота следования импульсов 15 кГц, напряжение на источнике 4 кВ, а ток был равен 0,2 А .

В первых экспериментах один источник питания коммутировал мощность через обе разрядные трубки. Подача паров металла в рабочие зоны производилась включением индукционного нагрева дозатора. Пока не наступал «пробой» газового промежутка, импульс напряжения достигал почти удвоенного значения источника питания. При этом импульс генерации имел пичковую структуру (как в работах [2, 3]) и состоял из трех импульсов длительностью 10-15 нс, и отстоящих друг от друга приблизительно на 30 нс, что соответствует частоте ~ 33 МГц .

На следующем этапе была получена генерация на отдельных секциях ГРТ. Для выключения одной из трубок во время работы лазера, между тиратроном и конденсатором было включено высоковольтное вакуумное реле. При размыкании контактов реле оставалась работать только одна трубка, но генерация не была получена. Можно предположить, что за счет катафореза, переносящего атомы от минуса к плюсу и ударной волны, образованной импульсом тока происходит вынос паров в неработающий канал .

Из этого явления можно сделать один положительный вывод: при работе двух рабочих каналов, пары металла практически не выносятся из трубки, что позволяет разработать лазеру с очень большим сроком службы .

Мы предполагаем, что при изменении направления катафореза (с использованием трансформатора для смены полярности на электродах ГРТ) начнет работать больший объем трубки и мощность генерации возрастет. Данная работа запланирована в наших дальнейших исследованиях .

Федоров В.Ф., Тригуб М.В., Шиянов Д.В., Евтушенко Г.С. Лазеры на парах металлов с 1 .

индукционным нагревом рабочей зоны. // Оптика атмосферы и океана.– 2018.– Т. 31.– №3.– С. 203-206 .

Федоров В.Ф., Шиянов Д.В., Федоров К.В., Евтушенко Г.С., Торгаев С.Н., Кулагин А.Е .

2 .

Комбинированный слаботочный разряд в лазере на парах меди. // ЖТФ.– 2016.– Т. 86.– С. 113-116 .

Герасимов В.А., Герасимов В.В. Исследование лазера на парах меди при накачке цугами 3 .

затухающих синусоидальных импульсов возбуждения. // ЖТФ.– 2011.– Т. 81.– Вып.– 1.– С. 153-156 .

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ

В АКТИВНЫХ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

С УСИЛИТЕЛЯМИ ЯРКОСТИ НА ПАРАХ МЕТАЛЛОВ

М.В. Тригуб, Д.В. Шиянов, Г.С. Евтушенко (Томск) Системы визуально- оптического контроля повсеместно используются, как для проведения научных исследований, так и для неразрушающего контроля материалов и изделий. Лазерные мониторы с усилителями яркости на парах металлов имеют ряд особенностей, позволяющих проводить визуальнооптическую диагностику быстропротекающих процессов, экранированных фоновым излучением. Достигается это за счет высокой спектральной яркости излучения, высокого коэффициента усиления активного элемента (усилителя яркости), высокой частоты повторения импульсов излучения/усиления [1] .

При этом, наличие активного элемента неизбежно приводит к искажениям формируемого изображения, что значительно ограничивает применимость такого метода для решения современных задач науки и техники. Наличие нелинейного элемента, функция усиления которого на данный момент детально не исследовалась, делает такой метод визуализации мало пригодным для автоматизации и применению математической обработки .

В рамках работы рассматриваются основные искажения, вносимые усилителями яркости на парах металлов. В частности, шум, который всегда присутствует на изображениях, является усиленным спонтанным излучением. Величина шума зависит от уровня входного полезного сигнала, параметров накачки, концентрации паров рабочего вещества и т.д. Активный элемент вносит искажения, связанные с неоднородностью профиля усиления, как в пространстве, так и во времени. В результате, передача контраста через активную среду зависит как от момента поступления полезного сигнала на вход, так и от распределения интенсивности по полю зрения. Изменения в наблюдаемом объекте приводят к изменению реакции усилителя яркости на входной сигнал, т.е. усилительных характеристик. В рамках работы проведены исследование численных показателей качества изображений, формируемых в активных средах с усилителями яркости на переходах различных металлов. Исследование механизмов формирования усиленных изображений в лазерных мониторах, позволит вносить корректировки в математическую обработку изображений, с целью компенсации искажений .

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, проект № 14-19-00175 .

1. Евтушенко Г.С., Казарян М.А., Торгаев С.Н., Тригуб М.В., Шиянов Д.В. Скоростные усилители яркости на индуцированных переходах в парах металлов. Изд. STT. 2016. с. - ISBN 978-5-93629-562-1 .

ВОЗМОЖНОСТИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ПРОВЕРКИ

НЕИНВАЗИВНОГО МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МИКРОФИЗИЧЕСКИХ

ПАРАМЕТРОВ ДВУСЛОЙНЫХ СРЕД ДЛЯ ОТРАЖАТЕЛЬНОЙ

СПЕКТРОСКОПИИ С ПРОСТРАНСТВЕННЫМ РАЗРЕШЕНИЕМ

Д. А. Смунёв, Т. А. Железнякова, М. М. Кугейко, А. Н. Кочетов (Минск, Беларусь) Распространенным методом оптической диагностики биорассеивателей является метод диффузной отражательной спектроскопии. Его принцип заключается в анализе спектральной составляющей рассеянного тканью в обратном направлении излучения с пространственным разнесением каналов регистрации. Интерпретация измерений является сложной задачей и может быть реализована с помощью регрессионных соотношений [1]. Заявленная точность восстановления микрофизических параметров при интерпретации измеренных оптических сигналов с помощью регрессионных соотношений (~10 %) основана на численном эксперименте и требует проверки .

Авторами был создан макет прибора для регистрации спектра отражения с пространственным разрешением на основе многомодовых волокон (для доставки и регистрации излучения) диаметром 0,6 мм, шагового двигателя (шаг 0,25 мм) и спектрометра LOTIS GMS 400 (разрешение 0,1 нм). В качестве модели была выбрана двуслойная среда, которая соответствует модели кожных покровов человека. Хромофоры модели подбирались максимально схожими с хромофорами кожных покровов человека. В частности, использовались фурацилин (спектр схож со спектром билирубина в видимом диапазоне), цианокобаламин и фукорцин (окси- и дезоксигемоглобин соответственно). Было создано несколько модельных объектов с заданной концентрацией хромофоров .

Восстановленные с помощью регрессионных соотношений и реальные концентрации хорошо согласуются, но для количественных оценок необходимо автоматизировать измерения и создать выборку модельных объектов. На данный момент авторы работают над описанной проблемой .

Лысенко С.А. Методы оптической диагностики биологических объектов.– Минск:

1 .

БГУ, 2014 .

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИФФУЗИИ ЛЕКАРСТВ В МЯГКИХ КОНТАКТНЫХ

ЛИНЗАХ ПОСРЕДСТВОМ ЛАЗЕРНОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ

Е.В. Дорофеева, П.Ю. Лобанов, И.С. Мануйлович, О.Е. Сидорюк (Москва) В фармакотерапии и офтальмологии известно, что традиционная доставка препаратов глазными каплями не очень эффективна и в некоторых случаях приводит к серьезным побочным эффектам. Биодоступность лекарственных средств может быть улучшена, если в качестве их источника использовать материал мягких контактных линз [1]. Контактные линзы могут обеспечить наиболее однородный во времени профиль высвобождения лекарств по сравнению с пульсирующей их подачей глазными каплями [2] .

Настоящая работа посвящена разработке методики анализа диффузионных процессов в мягких контактных линзах с использованием прозрачного абсорбера, в котором удобно исследовать концентрацию и распределение примесей с использованием оптических методов .

Сегмент сферы контактной линзы надевался на полимерный шар, радиус которого подбирался равным радиусу кривизны линзы. Для этой цели использовались образцы из полиакриламидного гидрогеля .

Полиакриламидный гель получали сополимеризацией акриламида и N-N'-метиленбисакриламидного сшивающего агента традиционным методом [3]. Величины рН были в области 6-8. Использовали активаторы персульфата аммония и N, N, N, N-тетраметилэтилендиамина. Гидрогелевые шарики выдерживались в буферном растворе, аналогичном используемому для хранения мягких контактных линз [4] .

Высокая оптическая прозрачность образцов полиакриламида позволяет использовать оптические методы для анализа объема этого материала. Использовались известные соотношения между показателем преломления композитного материала и концентрацией его компонентов. В настоящей работе показана эффективность метода лазерной фазосдвигающей интерферометрии [5] для решения рассматриваемых задач. Использовалась установка, аналогичная описанной в [6]. Были рассмотрены различные варианты экспериментальных схем: а) с погружением внешней поверхности исследуемой линзы в раствор с лекарственным препаратом, b) с исследованием эмиссии лекарств из предварительно насыщенного полимера .

Экспериментальные картины искажений волнового фронта и их временная динамика сопоставлялись с данными математического 3D моделирования с использованием программы конечно-элементного анализа Ansys .

Возможности разработанного метода показаны при исследованиях диффузионных процессов ряда аминокислот, витаминов, антибиотиков в широко распространенных контактных линзах на основе гидрогелей etafilcon a, narafilcon a и senofilcon a .

1 Xinming L., Yingde C., Lloyd A.W., Mikhalovsky S.V., Sandeman S.R., Howel C.A., Liewen L. Polymeric hydrogels for novel contact lens-based ophthalmic drug delivery systems // Contact Lens & Anterior Eye. 2008. v.31. N2. p.57–64 .

2 Hsu K.-H., Gause S., Chauhan A. Review of ophthalmic drug delivery by contact lenses .

//J. Drug Deliv. Sci. Technol. 2014. v.24. N2. p.123-135 .

3 Gaal., Medgyesi G.A., Vereczkey L. Electrophoresis in the separation of biological macromolecules 1980. Budapest: John Wiley & Sons, Chichester .

4 Dalton K., Subbaraman L.N., Rogers R., Jones L. Physical Properties of Soft Contact Lens Solutions. //Optometry and Vision Science. 2008.v.85. N2. p.122-128 .

5 Greivenkamp J. E., Bruning J. H. Phase shifting interferometry, in Optical Shop Testing .

2nd ed., ed. Malacara D. 1992. New York: Wiley .

6 Babenko T.N., Golyaevа A.Yu., Lobanov P.Yu., Manuylovich I.S., Sidoryuk O.E., Quality evaluation for optical glass-ceramics parts using laser phase-shifting interferometry.// St. Petersburg State Polytechnical University Journal. Physics and Mathematics. 2013. v.177. N3. p.130ИНТЕРФЕРОМЕТР НА ОСНОВЕ ЧАСТОТНО-ФАЗОВОЙ МОДУЛЯЦИИ Д.В. Александров, М.Н. Дубров, В.В. Кравцов (Фрязино) Лазерная интерферометрия – интенсивно развивающаяся область прикладной оптики и измерительной техники, имеющая широкую сферу применений как в научном эксперименте, так и в промышленной технологии .

Обычно измерительная аппаратура строится по схеме двухплечевого интерферометра Майкельсона или его различных модификаций (используются также и другие интерферометры, в частности интерферометр Фабри-Перо) .

Модернизацией классических методов лазерной интерферометрии является активная интерферометрия или интерферометрия с оптической обратной связью [1-3]. При этом используется частотная модуляция излучения на основе электрооптического, акустооптического и пьезо- эффектов. Частотную модуляцию интерференционного сигнала обеспечивают также путем суперпозиции двух волн разной оптической частоты .

Разработанный в ФИРЭ им. В.А. Котельникова РАН метод интерферометрических измерений деформаций основан на управлении параметрами излучения трехзеркального лазерного интерферометра, работающего на больших базах (от 3 м до 300 м), при суперпозиции двух независимых модуляционных процессов. Один из них осуществляется с помощью электрооптического модулятора, частота модуляции задается пилообразным опорным напряжением (30 кГц) от внешнего источника, это позволяет регистрировать интерференционный сигнал и в отсутствие деформационных колебаний. Второй модуляционный процесс обусловлен изменениями длины измерительного плеча интерферометра в соответствии с деформационными колебаниями. Параметры обратной связи предлагается определять с помощью экспериментального моделирования и по характеристикам электромагнитного поля в трехзеркальном лазерном резонаторе, полученным из решения интегральных уравнений и численных расчетов. При разработке методик цифровой обработки применяются методы Фурье- преобразования и развиваются методы линеаризации, что позволяет компенсировать помехи, вносимые системой регистрации и увеличить динамический диапазон .

Созданные деформографы на базе подземного лучеводного полигона ФИРЭ, предложенные методы частотной модуляции в лазерной интерферометрии и разработанные методы линеаризации и цифровой обработки интерферометрических данных позволяют регистрировать изменение спектральновременной диаграммы оптического отклика при акустических и сейсмических колебаниях в широком динамическом до 200 дБ диапазоне с точностью регистрации деформаций L/L = 10-12 .

Создаваемые варианты лазерных деформографов могут быть эффективными при решении различных задач: геологические, геофизические и экологические службы, строительство, инженерная инфраструктура, и др .

1. Алешин, В.А. Оптические измерители перемещений и деформаций на основе трехзеркальных лазерных интерферометров / В.А. Алешин, М.Н. Дубров, Л.В. Смеляков // Автометрия.– 1985.– С. 101-103

2. Bosch, T. Optical feedback interferometry for sensing application / T. Bosch, N .

Servagent, S. Donati // Opt. Eng. 2001. 40, N 1, P. 20-27 .

3. Plantier, G. Behavioral model of a self-mixing laser diode sensor / G. Plantier, C. Bes, T .

Dosch. // IEEE Journ. Quant. Electron. 2005. 41, N 9, P.1157 -1167,

СРАВНЕНИЕ ГЕНЕРАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК CU-NE ЛАЗЕРА

ПРИ ГАЗОРАЗРЯДНОМ ВОЗБУЖДЕНИИ ИМПУЛЬСАМИ

С РАЗЛИЧНОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ФРОНТА

П.А. Бохан, П.П. Гугин, Дм.Э. Закревский, М.А. Лаврухин (Новосибирск) Несмотря на конкуренцию с DPSS-лазерами, лазер на парах меди ЛПМ находит применение в области точной обработки материалов [1], высокоскоростной фотографии объектов [2, 3] и пр. Для повышения конкурентной способности медного лазера необходимо дальнейшее улучшение характеристик отпаянных приборов по сравнению с достигнутыми [1]. В настоящем сообщении приводятся результаты исследования характеристик газоразрядного ЛПМ в широком диапазоне условий при возбуждении импульсами с различным фронтом нарастания рабочего напряжения .

Исследования проведены с трубкой из BeO керамики длиной 50 см и диаметром 2 см. Трубка имела независимое управление ее температурой с помощью встроенного нагревателя, питаемого полупериодом сетевого напряжения .

В паузе импульсов питания нагревателя на трубку подавался цуг импульсов накачки. Сравнительные исследования проведены для трёх видов импульсов накачки: формируемого с помощью тиратрона ТГИ1 - 1000/25 и линии магнитного сжатия с фронтом импульса ф 25 нс; с помощью кивотрона [4] с фронтом импульса ф 1нс до частоты следования импульсов f = 13 кГц и c ф 3 нс до f = 30 кГц .

Представлены частотно- энергетические характеристики и эффективности генерации лаз, рассчитанной относительно энергии, запасаемой в первичном накопителе, для разных режимов питания. При давлении неона pNe = 45 Торр и возбуждении импульсами в схеме с линией магнитного сжатия энергия генерации wлаз и лаз уменьшаются с f = 4 кГц, в схеме с ф 3 нс wлаз практически не изменяется до f = 10 кГц, а при ф 1 нс wлаз и лаз возрастают до f = 10 кГц с дальнейшим постепенным уменьшением .

При pNe = 150 Торр характер зависимостей изменяется. Для ф 1 нс wлаз и лаз не изменяются до достижения частоты f = 13 кГц, а для схемы с ф 3 нс практически не изменяется до f = 30 кГц. Обсуждаются механизмы, ограничивающие мощность и эффективность, и перспективы дальнейшего прогресса в совершенствовании генераторов накачки и улучшения выходных характеристик ЛПМ .

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 17–08–00121 .

1 Григорьянц А.Г., Казарян М.А., Лябин Н.А. Лазеры на парах меди.– М.: Физматлит, 2 Trigub M.V., Platonov V.V., Evtushenko G.S., Osipov V.V., Evtushenko T.G. Laser monitor for high speed imaging of materials modification and production // Vacuum.– 2017.– V.143 .

№3.– P. 486-490 .

3 Evtushenko G.S., Torgaev S.N., Trigub M.V., Shiyanov D.V., Evtushenko T.G., Kulagin A.E. High-speed CuBr brightness amplifier beam profile. // Optics Communications. 2017. V.383 .

№1. P. 148-152 .

4 Bokhan P.A., Gugin P.P., Lavrukhin M.A., Zakrevsky Dm. E., Generation of high-voltage pulses with subnanosecond front rise times in open discharge. // Physics of Plasma. 2013. V.20, №3. P.033507 .

ЭПТРОН – СУБНАНОСЕКУНДНЫЙ КОММУТАТОР

ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМПУЛЬСОВ ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ ЛАЗЕРОВ

НА САМООГРАНИЧЕННЫХ ПЕРЕХОДАХ С ЧАСТОТОЙ

СЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ ДО 100 КГЦ

П.А. Бохан, П.П. Гугин, Д.Э. Закревский, М.А. Лаврухин (Новосибирск) В работах [1, 2] было показано, что укорочение фронта импульса возбуждения по крайней мере до единиц нс требуется самограниченным лазерам на парах металлов для преодоления негативного влияния начальной концентрации электронов на заселение рабочих уровней при повышении частоты следования импульсов f. В частности, в работе [3] было показано, что лазер на парах меди сохраняет энергию в импульсе генерации вплоть до f = 16 кГц при возбуждении его импульсом с фронтом ~1нс. Поэтому разработка новых устройств, пригодных для использования в генераторах накачки, способных генерировать импульсы возбуждения с фронтом ~1нс и f 10кГц является актуальной научно- технической задачей .

В [3] для накачки лазера на парах меди был использован коммутационный прибор на основе открытого разряда с генерацией встречных электронных пучков – кивотрон. Однако дальнейшие исследования показали, что данный прибор удобен для использования при f 20 – 25 кГц. Из-за падающей зависимости задержки развития разряда d(f) существенно повышаются требования к первичному генератору, накачивающему кивотрон. Для возможности существенного повышения f и упрощения требований к первичному генератору кивотрон был дополнен секцией капиллярного разряда. Таким образом, получился коммутационный прибор с комбинацией последовательно включенных разрядной структуры на основе открытого разряда с генерацией встречных электронных пучков и капиллярной структуры. Таким образом, эптрон – электронно- пучковый с торцевым разрядом обостритель напряжения В работе исследованы частотно- энергетические и коммутационные характеристики эптрона в He, Ar, Ne в широком диапазоне давлений при f = 1 – 100 кГц. Экспериментально показано, что задержка пробоя и скорость перехода в проводящее состояние определяются в основном развитием разряда в капилляре и может достигать d 1 мкс, в то время как характеристики тока коммутации определяются кивотроном и реактивными характеристиками разрядной цепи, поскольку пробой капилляра происходит за время sw 1нс .

Показано, что в широком диапазоне экспериментальных условий и нагрузок эптрон имеет степень компрессии S = d/sw в диапазоне 500 – 1000. В целом сочетание свойств эптрона позволило в качестве первичного коммутатора использовать, как тиратрон ТГИ1-1000/25, так и транзисторно-трансформаторный генератор без дополнительных корректирующих цепей .

Таким образом, представлена новая разновидность газоразрядного компрессора импульсов на основе комбинации капиллярного и открытого разряда с генерацией встречных электронных пучков, перспективная для применения в цепях возбуждения лазеров на самоограниченных переходах в качестве оконечного каскада генератора накачки в диапазоне f = 1 – 100 кГц с фронтом импульса возбуждения f ~ 1 нс при напряжении U = 10 – 30 кВ .

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 14-19-00339) .

1. Батенин В.М., Вохмин П.А., Климовский И.И., Селезнева Л.А. К.П.Д. лазеров на парах меди.// ТВТ.– 1982.– Т. 20.– С. 177-180 .

2. Батенин В.М., Бойченко А.М., Бучанов В.В., Казарян М.А., Климовский И.И., Молодых Э.И. Лазеры на самоограниченных переходах атомов металлов – 2.– М.: Физматлит, 2009, т.1

3. Бохан П.А., ГугинП.П., ЗакревскийДм.Э., ЛаврухинМ.А., КазарянМ.А., ЛябинН.А. Влияние уменьшениядлительности фронта импульса напряжения на частоту следования импульсов генерации лазера на парах меди.// Квантовая электроника.– 2013.– Т.43.– № 8.– С. 715-719 .

ГЕНЕРАЦИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ В «ОТКРЫТОМ» РАЗРЯДЕ

И ЕГО ПРЕИМУЩЕСТВА ПЕРЕД РАЗРЯДОМ В ПОЛОМ КАТОДЕ

Е.В. Бельская, П.А. Бохан, Дм.Э. Закревский (Новосибирск) Разряд в полом катоде (РПК) широко используется для накачки непрерывных лазеров на парах металлов [1]. Его недостатком является ничем неограниченный дрейф ионов на катод, что снижает эффективность генерации быстрых электронов, ведет к распылению катода и повышает температуру плазменных электронов .

В работе проведены сравнительные исследования параметров функционирования «открытого» разряда (ОР) и РПК в лазерных кюветах, имеющих идентичные размеры .

1 При импульсном возбуждении проведены исследования усилительных свойств гелия при возбуждении РПК и ОР. Измерения поглощения пробного сигнала на самоограниченном переходе атома гелия 2 1P1 – 21S0 с = 2,06 мкм в зависимости от времени задержки сигнала от задающего генератора относительно импульса накачки показали, что в случае РПК в отличие от ОР в начале импульса накачки наблюдалось поглощение пробного сигнала, обусловленного подогревом плазменных электронов из-за протекания тока между плазменной областью и анодом. В результате энергия усиленного импульса и эффективность лазерной генерации в лазере с РПК на порядок ниже, чем ОР .

2 Подавляющее число исследований с ОР проведено для импульсов наносекундной длительности. В настоящем докладе представлены результаты исследований генерации электронного пучка в непрерывном режиме. Показано, что вольтамперная характеристика ОР в этом случае имеет ярко выраженный Z – характер, что объясняется разными механизмами эмиссии электронов и степенью размножения электронов в разрядном зазоре. Получена эффективность электронного пучка 83% при прозрачности сетки – анода 87%, плотности тока до 50 мА/см 2 и давлении гелия 25 – 30 Торр. Получена мощность ЭП до 500 Вт в Не – Sr смеси в непрерывном режиме .

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 17–08–00121

1. Иванов И.Г., Латуш Е.Л., Сэм М.Ф. Ионные лазеры на парах металлов. – М.: Энергоатомиздат, 1990 .

УСТРОЙСТВО СТАБИЛИЗАЦИИ ТЕМПЕРАТУРЫ КОНТЕЙНЕРОВ

С РАБОЧИМ ВЕЩЕСТВОМ ДЛЯ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ

АКТИВНЫХ СРЕД НА ПАРАХ МЕТАЛЛОВ

Е.Г. Букреев, И.С. Мусоров, С.Н. Торгаев, Т.Г. Евтушенко (Томск, Санкт-Петербург) Одной из областей применения высокочастотных активных сред на парах металлов, в частности на парах меди/бромида меди, является разработка высокоскоростных активных оптических систем [1,2]. В таких системах активные среды на парах металлов применяются в качестве усилителей яркости. В работе [3] показано, что при увеличении частоты работы свыше 100 кГц параметры излучения\усиления активной среды на парах бромида меди сильно зависят от условий работы. Отсюда следует, что высокочастотные активные среды требуют большей точности стабилизации параметров. Одним из таких параметров является температура контейнеров с рабочим веществом, что обусловлено малыми размерами активных сред при работе на повышенных частотах следования импульсов накачки .

Данная работа посвящена разработке устройства стабилизации температуры нагревателей контейнеров с рабочим веществом и газоразрядной трубки (ГРТ). Нами была разработана система регулирования температуры, в основе которой лежит источник питания, управляемый посредством микроконтроллера. Для управления были рассмотрены линейные и нелинейные ПИД- регуляторы [4]. С целью оптимизации работы системы в широком диапазоне температур и конфигураций нагреваемой среды были разработаны законы регулирования с изменяющимися коэффициентами, в основу которых положено разделение процесса нагрева и стабилизации на отдельные фазы, в которых менялся как компонентный состав ПИД- регулятора, так и законы изменения коэффициентов отдельных компонентов. Разработанные законы были протестированы на макете нагреваемого устройства при низких температурах (до 100°C). Полученные в работе температурные характеристики показали преимущество разработанных нелинейных законов по сравнению с типовыми линейными: объект быстрее нагревался до необходимой температуры и лучше удерживал температуру при воздействии дестабилизирующих факторов. В дальнейшем, разработанные законы регулирования будут протестированы при стабилизации типовых значений температур контейнеров (до 650 °C), с использованием термопар в качестве датчиков температуры .

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, проект № 14-19-00175 .

1 Evtushenko G.S., Trigub M.V., Gubarev F.A., Evtushenko T.G., Torgaev S.N., Shiyanov D.V. Laser monitor for non-destructive testing of materials and processes shielded by intensive background lighting. // Review of Scientific Instruments. 2014. V. 85. Issue 3. Article number

033111. P. 1-5 .

2 Trigub M.V., Evtushenko G.S., Torgaev S.N., Shiyanov D.V., Evtushenko T.G. Copper bromide vapor brightness amplifiers with 100 kHz pulse repetition frequency. // Optics Communications. 2016. V. 376. P. 81-85 3 Musorov I.S., Torgaev S.N., Evtushenko G.S., Kulagin A.E., Evtushenko T.G. High frequency CuBr vapor brightness amplifier // 18th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices, EDM 2017: proceedings, New York: IEEE,

2017. P. 341-344

4. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. / В.В. Денисенко.– М.: Горячая линия.Телеком, 2014. – 608 с .

СЕКЦИЯ Б-2 –НАНОТЕХНОЛОГИИ

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СРЕДЫ

ПО ОТРАЖЕНИЮ СВЕТА

А.В. Князьков (Санкт-Петербург) Электрооптические (ЭО) среды предоставляют неограниченные возможности для оптического ввода и обработки информации. Однако в процессе создания этих сред, вследствие технологических флуктуаций параметров, например, температуры, вызывающей термические напряжения, появляются объемные неоднородности ЭО свойств [1]. Для наблюдения сложной картины оптических неоднородностей обычно используются пропускающие поляризационно- оптические методы [2]. Целью настоящей работы является демонстрация отражательного метода для оценки ЭО свойств наиболее популярных кристаллов LiNbO3, SBN ((SrxBa1x)1y(Nb2O6)yx=0.61; y=0.4993) и PLZT-сегнетокерамики (Pb1-3x/2LaxZr0.65Ti0.35O3 (x=0.09)). Исследовались распределения поверхностных ЭО коэффициентов, полученных новым методом [3], при сканировании отражения модулированного лазерного света .

Коэффициент отражения R от границы раздела двух сред определяется относительным показателем преломления n законом Френеля, который в случае нормального падения: R = (n1)2/(n+1)2.

Изменение отражения R(E) под действием поля E в материалах с линейным ЭО эффектом для нормального падения света можно записать в виде:

I R R (n 1) n 3 R( x, y ) n( x, y ) 2 reff ( x, y ) E n (n 1)3 I0 Распределение изменений коэффициента отражения R(x,y) отражает распределение ЭО коэффициента reff .

В образцах создавалось переменное поле E(f) звуковой частоты f = 65 Гц, модулирующее отраженное излучение. Электроды на образцах кристалла LiNbO3 и электрооптической PLZT-керамики являлись планарными. Фокальное пятно сканирования имело размер 50 мкм. Скорость сканирования была 30 мкм/сек. Шаг построчного сканирования – 750 мкм .

Кузьминов Ю.С. Электрооптический и нелинейнооптический кристалл ниобата лития.– М.: Наука, 1987. – 264 с .

2. Блистанов А. А. Кристаллы квантовой и нелинейной оптики.– М.: МИСИС, 2000. – 432 с .

3. Князьков А.В. // Оптика и спектроскопия.– 2015.– Т. 118.– № 2,– С. 269-272 .

ПОРОГИ ПРОТЕКАНИЯ В КОМПОЗИТАХ С ТОПОЛОГИЕЙ

КЕРМЕТА В ПРИБЛИЖЕНИ БРУГГЕМАНА

Л.А. Апресян, С.И. Расмагин, В.И. Красовский, В.И. Крыштоб, М.А. Казарян, И.Н. Феофанов (Москва) При описании оптических явлений в самых разнообразных случайно-неоднородных средах широко используется хорошо известное приближение Бруггемана [1], которое позволяет качественно описать возникновение порога протекания и связанного с его прохождением резкого изменения наблюдаемых характеристик среды. Случайно- неоднородные композиты, состоящие из нескольких макроскопических компонент, по характеру пространственного строения обычно разделяются на агрегаты (статистически- симметричные, типа смесей порошков), и керметы (несимметричные, в которых статистика пространственного распределения матрицы отлична от статистики наполнителей, как в случае сред со случайными вкраплениями) [2]. Симметричное приближение эффективного поля Бруггемана формально относится к композитам первого типа, хотя в приложениях широко используется и для случая керметов [3, 4] .

В работе рассмотрены варианты обобщений этого приближения для многокомпонентных случайно- неоднородных сред, содержащих дискретные включения с различной морфологией [5, 6], например, углеродные нанотрубки и графены. Получены выражения для порогов протекания. Показано, что из рассматриваемых приближений вытекает «формула сложения обратных порогов», выведенная ранее в литературе на основе оценки эксклюзивного объема [7]. Эта формула не позволяет учесть синергетических эффектов, приводящих к снижению порога протекания у многокомпонентного композита по сравнению с порогом при использовании лишь одной из компонент. Описание синергизма лежит за пределами приближения эффективной среды и требует учета корреляционных эффектов, например, с привлечением обобщения теории эксклюзивного объема [8], неявно учитывающей межчастичные корреляции .

1. Bruggeman D.A.G. Berechnung verschiedener physikalischer Konstanten von heterogenen Substanzen. I. Dielektrizittskonstanten und Leitfhigkeiten der Mischkrper aus isotropen Substanzen. //Ann.Phys. 1935. V.23. P. 636-664 .

2. Lamb W., Wood D.M., Ashcroft N.W. Long-wavelength electromagnetic propagation in heterogeneous media. // Phys.Rev.B. 1980. 21 (6) P. 2248-2266 .

3. Quinten M. Optical properties of nanoparticle systems: Mie and beyond. - Weinheim:

Wiley-VCH, 2011. 488 p .

4. Qin F., Brosseau C. A review and analysis of microwave absorption in polymer composites filledwith carbonaceous particles. // J. Appl. Phys. 2012. 111, 061301

5. Wang Y., Weng G.J. Electrical Conductivity of Carbon Nanotubeand Graphene-Based Nanocomposites, Ch. 4 In: S.A. Meguid, G.J. Weng (eds.), Micromechanics and Nanomechanics of Composite Solids, Springer Int. Publishing AG 2018

6. Apresyan L.A., Vlasov D.V., Zadorin D.A., Krasovskii V.I. On the Effective Medium Model for Particles with a Complex Structure. // Technical Physics. 2017. V. 62. No. 1. P. 6–13 .

7. Sun, Y. Bao H.-D., Guo Z.-X., Yu J. Modeling of the Electrical Percolation of Mixed Carbon Fillers in Polymer-Based Composites.// Macromolecules. 2009. 42. 459-463

8. Chen Y., Pan F., Wang S., Liu B., Zhang J. Theoretical estimation on the percolation threshold for polymer matrix composites with hybrid fillers. //Composite Structures. 2015. 124 292–299

ПРИБЛИЖЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ СРЕДЫ ДЛЯ ОПИСАНИЯ

МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ КОМПОЗИТОВ

Л.А. Апресян, С.И. Расмагин, В.И. Красовский, В.И. Крыштоб, М.А. Казарян (Москва) При описании самых разнообразных экспериментов, связанных с прохождением лазерного излучения через нано-композитные среды, широко используется понятие эффективных параметров, позволяющее в квазистатическом приближении оценить наблюдаемые оптические характеристики без решения строгих уравнений электродинамики (т.н. теория гомогенизации, см. напр., [1]). Существует множество эвристических подходов к определению этих параметров, одним из которых является известное приближение эффективной среды Бруггемана [2]. В данной работе сравниваются несколько вариантов его обобщений с использованием эллиптических ячеек («одноосное» приближение, приближение с усреднением по ориентациям частиц [3], модифицированное приближение Бруггемана [4]) для описания статистически изотропных композитных сред, содержащих многокомпонентные наполнители с сильно различной структурой .

Приведены выражения для соответствующих порогов протекания. Показано, что все эти приближения приводят к одинаковому «правилу сложения» обратных порогов протекания, полученному ранее в литературе с привлечением оценок эксклюзивного объема [5]. На примере модельной задачи с параметрами, отвечающими полимерной матрице при совместном использовании в качестве наполнителя углеродных трубок и графенов показано, что все рассматриваемые модели приводят к эффективной проводимости, лежащей в границах Хашина-Штрикмена [6, 7]. Отмечено, что указанное «правило сложения» не описывает часто наблюдаемый для порогов протекания синергетический эффект (в отличие от утверждений, встречающихся в литературе [8]) .

1. Sihvola A., Walln H.: Homogenization of amorphous media. In Amorphous Nanophotonics, (C. Rockstuhl and T.Scharf, editors), Series: Nano-Optics and Nanophotonics, Chapter 3, P. 67-87, Springer, Berlin, 2013 .

2. Bruggeman D.A.G. Berechnung verschiedener physikalischer Konstanten von heterogenen Substanzen. I. Dielektrizittskonstanten und Leitfhigkeiten der Mischkrper aus isotropen Substanzen. //Ann.Phys. 1935. V.23. P. 636-664 .

3. Wang Y., Weng G. J. Electrical Conductivity of Carbon Nanotubeand Graphene-Based Nanocomposites, Ch. 4 // In: S.A. Meguid, G.J. Weng (eds.), Micromechanics and Nanomechanics of Composite Solids, Springer International Publishing AG. 2018

4. Apresyan L.A., Vlasov D.V., Zadorin D.A., and Krasovskii V.I. On the Effective Medium Model for Particles with a Complex Structure. // Technical Physics. 2017. V. 62. No. 1. P.6–13 .

5. Sun Y., Bao H.-D., Guo Z.-X., Yu J. Modeling of the Electrical Percolation of Mixed Carbon Fillers in Polymer-Based Composites. //Macromolecules. 2009. 42. P.459-463

6. Hashin Z., Shtrikman S. A Variational Approach to the Theory of the Elastic Behaviour of Multiphase Materials.//J. Mech Phys.Solids. 1963. V. 11. P. 127-140 .

7. Milton G.W. The Theory of Composites, Cambridge University Press, 719 p. 2004 .

8. Liu H., Gao J., Huang W., Dai K., Zheng G., Liu C., Shen C., Guo J., Yan X., Guo Z .

Electrically Conductive Strain Sensing Polyurethane Nanocomposites with Synergistic Carbon Nanotubes and Graphene Bifillers. // Nanoscale. 2016. 8. 12977-12989

МОДЕЛЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ДЕФЕКТОВ

ОГРАНИЧЕННОГО И НЕОГРАНИЧЕННОГО РОСТА

В ГЕТЕРОГЕННЫХ МАТЕРИАЛАХ НА РАЗНЫХ МАСШТАБНЫХ

УРОВНЯХ В ПРЕДСТАВИТЕЛЬНОЙ ОБЛАСТИ

К.П. Беляев (Туапсе) Для описания разрушения механически нагруженных гетерогенных материалов (металлы, горные породы) выявлены два предельных сценария процесса разрушения—дисперсионный (перколяционный), когда дефекты накапливаются однородно по объему материала, и коррелированный (рост преимущественно одного очага), наблюдающиеся в разрушении реальных материалов. В промежуточном случае процесс проходит оба этих сценария: сначала медленный накопительный (перколяционный), а затем быстрый коррелированный. Начнём с модели коррелированного роста, в котором численность дефектов периодически увеличивается в каждом масштабе на определённый процент за определенное время. Для упрощения модели будем рассматривать только дефекты - трещины. Математическую модель можно записать с помощью рекуррентной матричной формы, связывающей численность дефектов следующего периода с численностью дефектов текущего периода, с использованием коэффициента роста i .

Коэффициент роста это матрица столбец для каждого масштаба свой коэффициент:



Pages:   || 2 | 3 |



Похожие работы:

«Многообразия Калаби-Яу (1) М. Вербицкий Многообразия Калаби-Яу, лекция 1: группы голономий Миша Вербицкий Школа-конференция по теории струн, интегрируемым моделям и теории представлений НМУ, Москва, 31 января 2016 Литература: Артур Бессе, Многоо...»

«ЦЕНТР ПЕРСПЕКТИВНЫХ НАУЧНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ VII МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И ТЕХНОЛОГИЙ 28 ДЕКАБРЯ 2018 года МОСКВА...»

«Некоторые ложные высказывания и подтасовки, использованные в книге "Сектоведение" А.Л. Дворкина в отношении церкви Саентологии и её основателя. Данный комментарий к книге "Сектоведение", выпущенной издательством Братства во имя св. князя Александра Невского, Нижний Новгород, издание третье, вызван необходимостью исправить ряд недостов...»

«Общественный сiэоirд {ояамдыц цоры Казахст Вtrзрёtцдёt+и* *звцстандыц иемiстер гtское объелrJ}{н t4* }-{емцеs а Возрождение бiрлест*гi Gesetlschaft tiche tiftung Vereinigu*g der D*utsсhе* Каsасhstапs Wiеd*rgеЬшrt протокол лъ 8 Очного заседания Попечительског...»

«План мероприятий MIFS / Rooms Moscow Event Plan MIFS / Rooms Moscow 10:00 – 18:00 Время работы выставки "Московский Международный Мебельный Салон / MIFS / Rooms Moscow 2013" 21-24 мая / Exhibition working hours in May 21-24 10:00 – 16:00 Время ра...»

«Утвержден. Протокол бюро № 26 от 02.10.2017 года. Отчет бюро Корочанской МО ВОС за отчетный период с 27.10.2016 года по 26.10.2017 года "Итоги работы бюро МО ВОС за отчетный период". Уважаемые участники конференции, делегаты, приг...»

«1 Итоговый отчет о работе ХХХ Конференции общего обслуживания АА в России (май 2018 года) “Служить, а не управлять” Оглавление Краткий отчет о ХХХ Конференции общего обслуживания АА в 1. России 2. Порядок работы 3. Повестка Конференции 4. Выписка из "Решений" предыдущей Конфере...»

«Бифилярные катушки Оглавление 1. Общие сведения 2. Основные типы бифилярных катушек 2.1. параллельная намотка, последовательное соединение;2.2 параллельная намотка, параллельное соединение;2.3 встречно намотанная катушка, последовательное с...»

«ISSN 2412-8244 Современные инновации 2016. № 9 (11) VI Международная научно-практическая конференция "Современные инновации в эпоху глобализации: теория, методология, практика" Москва ISSN 2412-8244 Современные инновации УДК 08 ББК 94.3 С 56 2016. № 9 (11) Научно-практический журнал "Совре...»

«Санкт-Петербургский государственный университет Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова Почвенный институт им В.В.Докучаева РАСХН Центральный музей почвоведения им В.В.Докучаева РАСХН Общество...»

«Оденься в красное! Отчет по проведению региональных мероприятий в рамках акции "Оденься в красное!" Информация об акции "Оденься в красное!" акция, направленная на повышение осведомленности российских женщин о профилактике сердечно-сосудистых заболеваний. Акция проводится в рамках социально-образовательной инициативы Ba...»

«Владимир Орлов ЖЕНЕВСКАЯ РАЗМИНКА В зале заседаний женевского Дворца наций ряды театрально набирают крутизну. На блюдать за разворачивающимся действом удобнее всего со стратегических высот. По этому на время сессии Подготовительного комитета по проведению Конференции 2010 г. п...»

«Pragmatic 31 Perl 09/2015 pragmaticperl.com Pragmatic Perl 31 pragmaticperl.com Выпуск 31. Сентябрь 2015 Другие выпуски и форматы журнала всегда можно загрузить с pragmaticperl.com. С вопросами и предложениями пишите на почту editor@pragmaticperl.com. Комментарии к каждой статье есть в htmlверсии. Подписаться на...»

«"EurasiaScience" XVIII Международная научно-практическая конференция 15 декабря 2018 Научно-издательский центр "Актуальность.РФ" СБОРНИК СТАТЕЙ ЧАСТЬ I Сollected Рapers XVIII International Scientific-Practical conf...»

«Торговая политика и действия в области питания Укрепление согласованности между торговой политикой и действиями в области питания Внедрение Рамочной программы действий Второй международной конференции по вопросам питания Дискуссионный документ Октябрь 2015 г. Торговая политика и действия в област...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный университет" Институт социальных наук Общественная палата Иркутской области Комиссия по науке и образованию Российская социологическая ассоциация Иркутское...»

«ЕВРОАЗИАТСКОЕ СОТРУДНИЧЕСТВО ГОСУДАРСТВЕННЫХ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ УЧРЕЖДЕНИЙ Т Е М П Е Р А Т У Р А 2011 4-я Всероссийская и стран-участниц КООМЕТ конференция по проблемам термометрии 19-21 апреля 201...»

«Социологическое обозрение Том 1, № 1, 2001 СТАТЬИ И ЭССЕ Бляхер Л.Е. ПАРАДОКСЫ ПРОВИНЦИАЛЬНОЙ ПОЛИТОЛОГИИ (ЗАПИСКИ ПРОВИНЦИАЛА) Одним из феноменов российской науки начала XXI века, требующих специальн...»

«Национальный электронно-информационный консорциум (НЭИКОН) 5 я Международная конференция НЭИКОН "Электронные научные и образовательные ресурсы: создание, продвижение и использование" Электронные ресурсы РГБ как источник вдохновения научной и образовательной сферы АВДЕЕВА Нина...»

«Волгоградская областная универсальная научная библиотека им. М. Горького Бессмертная память о войне Материалы видеоконференции 22 июня 2016 года Часть 2 Волгоград ББК 74.0 Б53 Научный редактор и автор предисловия Михаил Борисович Кусмарцев Редактор-соста...»

«ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ТЕПЛОИ МАССООБМЕНА и м е н и А. В. ЛЫКОВА АКАДЕМИИ НАУК БССР теплом/юсооБмен -V МАТЕРИАШ У ВСЕСОЮЗНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ПО ТЕПЛОМАССООБМЕНУ ТОМ Ш ТепломяссооБмен...»

«Чуешева Надежда Александровна Кемерово, Кемеровский госуниверситет §1. НЕСКОЛЬКО ЛИНЕЙНЫХ И НЕЛИНЕЙНЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ Тезисы конференции дни геометрии Новосибирск 2013 год. Рассмот...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФГБОУ ВО "ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ" ПРОГРАММА СТУДЕНЧЕСКОЙ НАУЧНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ЗА 2017 год ВОРОНЕЖ ГЛУБОКОУВАЖАЕМЫЕ СТУДЕНТЫ И НАУЧНЫЕ РУКОВОДИТЕЛИ! Приглашаем Вас принять у...»




 
2019 www.mash.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.