Итак, в соответствии со схемой, приведенной выше, в нелинейном кристалле происходит преобразование волн типа О-Юв:
Это один из типов преобразования. Существует еще ряд типов преобразований.
К настоящему времени создано много кристаллов с нелинейной электрической поляризацией. Наиболее часто применяемыми кристаллами являются: дигидрофосфат калия - КН 2PO.t, сокращенно его называют KDP; ниобат лития - LiNbO3; ниобат бария-натрия - Ba^NaNbsOis - сокращенно называют "банан", дейтерий дигидрофосфат калия - KD;PO.i - сокращенно DKDP и другие.
1.4 Пробой в воздухе.
С помощью гигантского импульса можно наблюдать очень интересное физическое явление - пробой в воздухе. Для этого на пути распространения луча ставится линза с фокусным расстоянием 5 - 10 см. Область фокуса обычно имеет объем порядка 10"8 см3. Он зависит от начальной расходимости луча и процессов дифракции на линзе. При нормальном атмосферном давлении число атомов в области фокуса составляет ~ 10'~. При таком огромном числе атомов затруднительно точно описать роль различных механизмов в пробое. Можно говорить об однотонной ионизации атомов или молекул воздуха (или атомов в молекуле воздуха) по схеме:
М + hv-»M++ e
Здесь М - нейтральный атом, hv-фотон с энергией соответствующей к лазера, КГ - ионизованный атом, е - электрон . Возможны ступенчатые процессы по схеме:
'Здесь М*-возбужденный атом.
Таким образом, при фокусировке лазерного импульса света большой мощности в малом объеме пространства происходит ионизация атомов, молекул воздуха в этом пространстве. Энергия светового поля лазерного импульса переходит в энергию излучения плазмы малого объема пространства по схеме:
Спектр излучения захватывает весь видимый
диапазон,
т.к. в составе воздуха находятся атомы различного "'сорта": азот,
кислород, водород и др. Второе уравнение характеризует собственно
пробой, когда разноименно заряженные частицы рекомбинируютс_ выделением
световой энергии. Пробой наступает, когда число электронов в объеме превысит
некоторое пороговое значение.
Напряженности электромагнитного ноля светового импульса. Формулы дли расчета.
Напряженности электромагнитного поля светового импульса лазера в фокусе линзы вычисляются из значения плотности потока энергии (вектор Умова-Пойнтинга)
Воспользовавшись некоторыми соотношениями
между
Е и Н можно прийти к выражениям для напряженностей электрической и магнитной
составляющей светового поля. Для плоской волны получаются значения:
2 /----
где Е„ - (В/м). I -
интенсивность света в фокусе линзы (Вт/м~), \цоЛ;о=377 (ом)-
волновое сопротивление вакуума. Теперь
Последнее выражение для магнитной составляющей световой волны^ в Эрстедах может быть представлена , как : 11,,|)| -3,33103 Ео[В/см] = £0 [^ С Г*)
Размер фокального пятна для лазерного импульса в фокусе линзы достигает , в лучшем случае , значений 0 = (5+10)-103 (мм) , реально измеряемые величины фокальных пятен . при воздействии сфокусированного импульса на твердые мишени . достигают значений 0 = (50+100)-10"3 (мм).
L Экспериментальная часть.
Ниже приведена блок-схема экспериментальной установки:
( Нннинчснил: 1,2 - зеркала резонатора : г,=оо(плескоеЬ Ri:= ГОО%(К-коэффициент отражения). г2 - 10 (м), К^ I70% (Зеркала образуют неустойчивый резонатор); 3 - пассивный затвор LiF/F; . размеры 0 30x20 (ММ) расстояние между зеркалами резонатора = 15 (см); 4 - активный кристалл 0 6,3x65 (мм), 5 -Ш mm иный кристалл LiNbOj ; 6 - линза f= 10 (см); 7 - приемная головка; 8 - измеритель энергии импульсов, типа ИКТ - Ш; 9 - блок накачки БГ1Л-75; 10 - машина охлаждения; 11 - квантрон (резонатор
и юра).
Работа с лазером производится в соответствии с инструкцией по эксплуатации (порядок включения и исключения) и после знакомства с описанием блока накачки (блок питания лазера БПЛ-75) , и блока для измерении энергии импульса ИКТ-1Н.
Порядок выполнения работы.
I Ни.iKiMint. млшину охлаждения и блок питании лазера БПЛ-75 в соответствии с инструкцией по iiiuiH>MciiiiiuiM.eu ц 1.тонки и ОЛМСаИМСМ блОКЯ питании
2. Убедиться в получении гигантских импульсов на /.-1.06 мкм с помощью засвеченной рентгеновской пленки
3. С помощью пленки выставить на оси излучателя линзу и получить пробой в воздухе.
4. Убрав линзу, направить излучение на приемную головку измерителя энергии импульса. Произвести измерение энергии импульса в серии не менее 10 импульсов, начиная прием импульсов со шкалы измерителя не менее 0,5 Дж.
5. Выставить на пути луча нелинейный кристалл и получить 2-ю гармонику на ^=0,532 мкм.
6. Сдвинув в сторону стойки с нелинейным кристаллом, провести измерение расходимости лазерного луча методом 2-х экранов: с помощью пленки на 2-х расстояниях, например, 20 см и 1 м за резонатором на пути луча получить изображение (выжженное пятно) для этих двух случаев Угол расходимости определяется по формуле (\j/ в радианах):
Расчётная часть.
1. Вычислить длительность импульса, пользуясь данными резонатора.
2. Зная кэ эксперимента энергию ГИ . определить его мощность.
3. Вычислить напряженности электрический и магнитной составляющих ГИ, сфокусированного линзой в фокальное пятно 0 50 -10 ' ««.(Вычислить энергию, выделяемую в объеме для этого пятнаv
4 Вычислить расходимость лазерного пучн, исходя из экспериментов по методу двух экранов.
5 Вычислить КПД преобразования энср| ии накачки в энергию гигантского импульса, Сч^мвл
2.1 Экспериментальная часть получение измерений энергии ГИ , получение 2-ой гармоники . пробой в воздухе, измерение расходимости.
3.1 Расчетная часть.
4.1 Графическая часть: схемы, поясняющие теоретические положения, схема экспериментальной установки, схемы измерений, другие но вашему усмотрению схемы.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.