Физика

Лазерная физика: рентгеновские лазеры, ультракороткие импульсы, мощные лазерные системы — Боровский А. В., Галкин А. Л.

Лазерная физика: рентгеновские лазеры, ультракороткие импульсы, мощные лазерные системы
Научное издание

год издания — 1996, кол-во страниц — 496, ISBN — 5-86656-062-3, тираж — 500, язык — русский, тип обложки — твёрд. 7Б, масса книги — 560 гр., издательство — ИздАТ

КНИГА СНЯТА С ПРОДАЖИ

Сохранность книги — очень хорошая

Издание осуществлено при финансовой поддержке Иркутского научно-технического общества энергетиков и электротехников

Р е ц е н з е н т ы:
акад. РАН Ф. В. Бункин
член-корр. РАН П. П. Пашинин

Формат 60x90 1/16. Бумага типографская. Печать офсетная

Рассматриваются фундаментальные проблемы современной лазерной физики. Изложена физика рентгеновских лазеров, использующих переходы внешних электронных оболочек многозарядных ионов в диапазоне длин волн 1<λ<100нм. Обсуждаются физические принципы, теоретические модели и результаты численного исследования рентгеновских лазеров с рекомбинационной и фотонакачкой в лазерной плазме.

Представлена теория нелинейного распространения ультракоротких мощных лазерных импульсов в веществе. Рассмотрен новый режим — самоканалирование импульсов при релятивистских интенсивностях. Обсуждаются вывод основных релятивистских уравнений, результаты их численного решения, сравнение с экспериментом и возможные приложения — генерация более коротковолновых полей и быстрых частиц.

Рассмотрены общие вопросы теории мощных твердотельных оптических усилителей. В качестве практического приложения проведена дискретная оптимизация многопроходного плитообразного активного элемента из неодимового стекла с полированными боковыми гранями.

Монография представляет интерес для широкого круга специалистов, аспирантов и студентов в области лазерной физики, квантовой электроники, когерентной и нелинейной оптики и электродинамики плазмы.

Эта книга написана тандемом активно работающих в настоящее время учёных — физика-теоретика и математика, и в этом её несомненное достоинство. Авторы рассматривают три современные проблемы лазерной физики.

Природа рентгеновских плазменных лазеров, накачиваемых рекомбинацией и излучением, сложна и интенсивно изучается. Авторы излагают последовательную теорию и её качественное рассмотрение, анализируют ключевые процессы, обсуждают различные варианты кинетических схем. В результате перед читателем выстраивается стройная картина физики лазеров данного типа.

Переход к импульсам фемтосекундной длительности и сверхвысокой мощности излучения диктуется потребностями лазерной техники, фундаментальным характером проблемы взаимодействия ультракоротких лазерных импульсов с веществом в новом, недостаточно исследованном диапазоне интенсивностей I ~ 10¹⁶—10²⁰ Вт/см², а также возможными приложениями, к числу которых относятся, например, генерация рентгеновского излучения, сверхсильных квазистатических магнитных полей, гармоник, электрон-позитронных пар, термоядерных нейтронов.

Авторы излагают теорию нелинейного распространения в веществе мощных ультракоротких лазерных импульсов. Получены основные уравнения для циркулярно и линейно поляризованных лазерных импульсов, эти уравнения аналитически и численно исследованы, рассмотрен процесс самоканалирования ультракоротких лазерных импульсов в нелинейной среде, проанализированы возможные применения этого эффекта.

Третий вопрос, который рассматривается в книге, посвящён созданию теории мощных лазерных усилителей на неодимовом стекле. Представлены методы расчёта энергии, запасаемой при оптической накачке в активном элементе, а также усиливаемого активной средой импульса. Обсуждаются результаты дискретной оптимизации плитообразного активного элемента.

Книга написана по результатам оригинальных исследований авторов. Изложение построено на двух уровнях — качественном и строгом, что должно привлечь широкий круг читателей. Книга хорошо иллюстрирована. Содержит библиографический список более чем из 450 наименований.

Монография представляет интерес для широкого круга научных работников, аспирантов и студентов, специализирующихся в области лазерной физики, квантовой электроники, электродинамики плазмы, когерентной и нелинейной оптики.

Академик Ф. В. Бункин

От рецензентов	3
Предисловие	5

Часть 1. Физика рентгеновских лазеров	10

Глава 1. Физические принципы рекомбинационных
лазеров на многозарядных ионах	12
1.1. Коэффициент усиления как функция N_e, T_e и Z	13
1.2. Динамика усиления при адиабатическом
разлёте плазменной нити в вакуум	19
1.3. Двухимпульсная накачка	43
1.4. Динамика усиления при разлёте плазменной нити
в вакуум с учётом выделения рекомбинациЬнного тепла	54
1.5. Динамика усиления при разлёте плазменной нити
в вакуум с учётом реабсорбции резонансных
радиационных переходов	66

Глава 2. Усиление коротковолнового излучения
в протяжённых плазменных структурах	79
2.1. Интенсивность, насыщающая коэффициент усиления	80
2.2. Дефокусировка лазерного излучения в протяжённых
плазменных структурах	83
2.3. Однонаправленный одномерный стационарный усилитель	91
2.4. Двунаправленный одномерный стационарный усилитель	95
2.5. Усиление в нестационарной активной среде	99
2.6. Усилитель бегущей волны	107
2.7. Однонаправленная двумерная модель усиления
в шнурах с произвольными радиальными
распределениями параметров	118

Глава 3. Альтернативные варианты рекомбинационной
накачки	123
3.1. Рекомбинационные лазеры на гелиеподобных ионах	124
3.2. Рекомбинационная накачка водородоподобных ионов
в поле жёсткого излучения	134
3.3. Фотонакачка переохлаждённой плазмы
водородоподобных ионов тепловым излучением
с обрезанным длинноволновым крылом	151
3.4. Усиление света на переходах водородоподобных ионов
в цепочке свободно разлетающихся плазменных шаров	158

Глава 4. Усложнённые модели X-лазеров	178
4.1. Газовая динамика многозарядной плазмы	179
4.2. Интегро-дифференциальные уравнения поуровневой
кинетики	186
4.3. Динамика стимулированного излучения	195
4.4. Уширение спектральных линий многозарядных ионов	203

Глава 5. Численное исследование рентгеновских лазеров	209
5.1. Рекомбинационные лазеры, охлаждаемые разлётом	209
5.2. Рекомбинационные лазеры с радиационным охлаждением	217
5.3. Коротковолновые лазеры с фотонакачкой	225

Часть 2. Самоканалирование ультракоротких
мощных лазерных импульсов в веществе	230

Глава 6. Проблема нелинейного распространения
лазерных импульсов	230
6.1. Самоканалирование — новый режим распространения
интенсивных лазерных импульсов в веществе	230
6.2. Исследования нелинейного распространения
релятивистски-интенсивных лазерных импульсов в веществе	238

Глава 7. Электродинамика холодной
релятивистской плазмы	246
7.1. Основные уравнения
в релятивистски-инвариантной форме	246
7.2. Основные уравнения в пространственно-трёхмерной
форме	250
7.3. Разделение импульса заряженных частиц
на вихревую и потенциальную составляющие	253

Глава 8. Пространственно-одномерное
распространение лазерных импульсов	255
8.1. Уравнения нестационарного
пространственно-одномерного распространения
электромагнитного импульса в плазме	256
8.2. Переход к комплексной амплитуде поля	259
8.3. Релятивистский циркулярно поляризованный солитон	261

Глава 9. Распространение лазерных импульсов в
трёхмерном пространстве: общие вопросы	265
9.1. Уравнения нестационарного пространственно-трёхмерного
распространения циркулярно поляризованной электромагнитной
волны в плазме	266
9.2. Уравнения нестационарного пространственно-трёхмерного
распространения линейно поляризованной электромагнитной
волны в плазме	271
9.3. Гамильтонова форма волнового уравнения в среде
с релятивистско-стрикционной нелинейностью	274
9.4. Переход к сопутствующим переменным	276

Глава 10. Собственные моды нелинейного
уравнения Шредингера	279
10.1. Частные решения НУШ	280
10.2. Собственные моды плоского слоя	281
10.3. Собственные моды осесимметричной задачи	282
10.4. Критическая мощность релятивистско-стрикционной
самофокусировки	286

Глава 11. Общая неустойчивость релятивистски-сильной
электромагнитной волны в веществе	288
11.1. Филаментация плоской электромагнитной волны
в среде с релятивистско-стрикционной нелинейностью	289
11.2. Дисперсионное уравнение для описания общей
неустойчивости плоской волны	292
11.3. Анализ инкремента общей неустойчивости	294

Глава 12. Распространение пучков и поперечных срезов
лазерного импульса: описание в модели нелинейного
уравнения Шредингера	298
12.1. Постановка двумерной задачи нелинейного распространения
прямоугольного импульса (пучка) в веществе	301
12.2. Пульсирующий волновод в однородной среде
с релятивистской нелинейностью	303
12.3. Однофокусный режим в однородной среде
с релятивистской нелинейностью	305
12.4. Квазистабилизация релятивистской самофокусировки при
распространении излучения вдоль плазменного шнура	307
12.5. Самоканалирование в среде с релятивистско-стрикционной
нелинейностью	309
12.6. Пространственно-временная динамика первого фокуса	312
12.7. Численное исследование филаментации
волновых пучков	316
12.8. Некоторые выводы	318

Глава 13. Распространение лазерных импульсов:
описание в модели нелинейного уравнения Шредингера	321
13.1. Постановка трёхмерной T-2D задачи в модели
нелинейного уравнения Шредингера	322
13.2. Динамическая модуляция вида «конечное число
квазипериодически возникающих, разбегающихся
в противоположных направлениях внутри огибающей
импульса парных пичков»	324
13.3. Динамическая модуляция вида «раздвоенный импульс»	327
13.4. Динамическая модуляция вида «периодически
возникающие, разбегающиеся в противоположных
направлениях внутри огибающей импульса парные пички»	331
13.5. Динамическая модуляция вида «затухающие осцилляции
с установлением пространственно-двумерного солитона»	333
13.6. Гигантское уширение временных спектров	336
13.7. Некоторые выводы	338

Глава 14. Распространение лазерных импульсов:
описание в модели нелинейного волнового уравнения	339
14.1. Нелинейное волновое уравнение	340
14.2. Сравнение расчётов с использованием
модифицированного НУШ и НВУ	342
14.3. Пространственно-временная модуляция лазерного
импульса в условиях самоканалирования	347
14.4. Результаты решения НВУ	351

Глава 15. Распространение лазерных импульсов
в условиях многократной нелинейной
ионизации вещества	353
15.1. Ионизационная дефокусировка. Общее описание	354
15.2. Ионизационная дефокусировка лазерных импульсов
в газах	358
15.3. Атом Томаса-Ферми в сильном поле	364
15.4. Учёт поляризации многозарядной плазмы
в сильном поле	368

Глава 16. Эксперименты по наблюдению самоканалирования
субпикосекундных мощных импульсов эксимерного лазера
при фокусировке в газы	370
16.1. Описание экспериментов	371
16.2. Механизмы рассеяния лазерного излучения
из филамента	374
16.3. Теоретическая интерпретация экспериментов	377
16.4. О возможности наблюдения тонкой структуры
филамента	380
16.5. Краткие выводы	380

Глава 17. Приложения эффекта самоканалирования	381
17.1. Увеличение длины самоканалированного распространения
импульса за счёт внешнего подвода энергии	382
17.2. Рентгеновский лазер	383
17.3. Генерация гармоник	384
17.4. Генерация сверхсильных магнитных полей	386
17.5. Генерация электрон-позитронных пар	389
17.6. Импульсный генератор нейтронов	390

Часть 3. Теория мощных твердотельных
лазерных систем	392

Глава 18. Введение в проблему мощных
твердотельных лазеров	393
18.1. Общие замечания	393
18.2. Физические процессы, ограничивающие запасённую
в активном элементе энергию	396
18.3. Распределение инверсной населённости в активных
элементах в процессе накачки и определение
запасённой энергии	401
18.4. Перенос лазерного импульса в активном
элементе из неодимового стекла	403
18.5. Учёт фазовых искажений волнового фронта и
возможность укорочения импульса
в конкретном эксперименте	408

Глава 19. Моды генерации вдоль замкнутых траекторий
в плитообразных активных элементах	409
19.1. Описание геометрии эксперимента	409
19.2. Классификация плоских замкнутых траекторий
в резонаторе, имеющем форму параллелограмма	410
19.3. Расчёт усиления вдоль замкнутых траекторий	414
19.4. Исследование генерации вдоль замкнутых траекторий
в плитообразном активном элементе на основе
экспериментальных диаграмм светимости	421
19.5. Моды генерации вдоль замкнутых траекторий
в активном элементе с цилиндрическими
боковыми гранями	424

Глава 20. Пространственно-временное распределение
инверсной населённости в плитообразных активных
элементах из неодимового стекла	426
20.1. Общие замечания	426
20.2. Влияние усиленного спонтанного излучения на
запасённую в активном элементе энергию:
аналитические оценки	428
20.3. Постановка задачи об определении
пространственно-временного распределения
инверсной населённости
в плитообразном активном элементе	429
20.4. Основные приближения рабочей модели	432
20.5. Результаты численных расчётов	436
20.6. Метод диагностики степени влияния спонтанного
излучения на запасённую в активном элементе энергию	441

Глава 21. Усиление лазерных импульсов в активных
элементах из неодимового стекла	442
21.1. Общие замечания	442
21.2. Модельное описание неоднородно-уширенной
активной среды из неодимового стекла	444
21.3. Локальные характеристики активной среды
из неодимового стекла	445
21.4. Интегральные характеристики усиления
для плитообразных активных элементов	448
21.5. Влияние больцмановской термализации штарковских
подуровней на локальные характеристики
усиливающей среды	455
21.6. Влияние интерференции перекрывающихся частей
импульса на усилительные характеристики
активного элемента	456

Глава 22. Оптимизационные и компенсационные
задачи лазерной физики	460
22.1. Общие замечания	460
22.2. Численное моделирование параметров оптического
усилителя с обращением волнового фронта	461
22.3. О сокращении длительности импульса оптического
усилителя с помощью нелинейных фильтров	465
22.4. Численное моделирование оптимальных режимов
и эффективности лазерных устройств	468

Библиографический список	470

Книги на ту же тему

Действие лазерного излучения на керамические материалы: Научные основы и прикладные задачи, Виноградов Б. А., Харичева Д. Л., Мещерякова Г. П., 2009
Физические основы лазерной резки толстых листовых материалов, Ковалёв О. Б., Фомин В. М., 2013
Действие лазерного излучения на полимерные материалы: Научные основы и прикладные задачи. в 2-х книгах (комплект из 2 книг), Виноградов Б. А., Перепёлкин К. Е., Мещерякова Г. П., 2006
Лазерно-искровая эмиссионная спектроскопия, Кремерс Д., Радзиемски Л., 2009
Оптика спеклов, Франсон М., 1980
Вопросы теории плазмы. Выпуск 12, Леонтович М. А., Кадомцев Б. Б., ред., 1982
Принципы нелинейной оптики, Шен И. Р., 1989
Квантовая оптика и квантовая радиофизика, Кролль Н., Глаубер Р., Лэмб У., Вантер Ж., 1966
Физические основы квантовой электроники (оптический диапазон), Тарасов Л. В., 1976
Оптика микроструктурированных волокон, Желтиков А. М., 2004
Итоги науки и техники: Физика плазмы. Том 3, Шафранов В. Д., ред., 1982
Космическое оружие: дилемма безопасности, Арбатов А. Г., Васильев А. А., Велихов Е. П., Верещетин В. С., Герасев М. И., Кокошин А. А., Коновалов А. А., Кулик С. А., Назиров Р. Р., Ознобищев С. К., Прилуцкий О. Ф., Родионов С. Н., Сагдеев Р. З., Сергеев В. М., 1986

http://knigoprovod.ru

/Наука и Техника/Физика

ОГЛАВЛЕНИЕ

Книги на ту же тему