Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2018 номер 3

C 10 по 15 сентября 2017 г. в Томске прошла XIII Международная конференция по импульсным лазерам и применениям лазеров AMPL. Количество участников форума было рекордным для этой серии конференций. Программа конференции отражала результаты теоретических и экспериментальных исследований последних лет: фундаментальные вопросы лазерной физики; физические и химические процессы в активных средах лазеров; новые лазеры и лазерные системы; применения лазеров в науке, технике, медицине и других областях деятельности; создание приборов на основе лазерных источников, новых оптических технологий; проблемы вывода на рынок таких приборов и технологий.

Исследованы спектральные характеристики спонтанной и стимулированной люминесценции Al_xGa_1-xN структур, сильнолегированных кремнием с концентрацией n _Si > 10²⁰ см^-3, при оптической импульсной накачке излучением с λ = 266 нм. Полученное доминирующее широкополосное излучение с шириной ≈ 300 нм охватывает весь видимый диапазон. Спектр излучения от торца структуры расщеплен на узкие компоненты, определяемые модовой структурой образованного плоского волновода. Результаты указывают на стимулированный характер излучения. Измеренные значения коэффициентов усиления для различных структур находятся в диапазоне 20-70 см^-1. Полученные результаты указывают на возможность создания нового класса лазеров, перестраиваемых в широком диапазоне длин волн.

Исследованы коммутационные свойства нового газоразрядного обострителя, состоящего из последовательно соединенных и находящихся в одном объеме «открытого» и капиллярного разрядов. В гелии получены времена коммутации менее 1 нс в широком диапазоне условий при временах задержки развития разряда, превышающих 600 нс, со степенью компрессии исходного импульса ≈ 10³. Реализована средняя мощность ≈ 10 кВт в режиме цуга импульсов при напряжении 20 кВ и частоте следования импульсов 44 кГц.

Впервые сообщается о создании компактного излучателя индукционного азотного лазера (λ = 337,1 нм) с накачкой активной среды импульсным индукционным продольным разрядом трансформаторного типа. В созданном индукционном излучателе энергия генерации достигает 0,35 мДж. Длительность импульсов генерации составляет (25 ± 5) нс на полувысоте в зависимости от добротности резонатора. При использовании полуконфокального резонатора удалось получить профиль пучка генерации, близкий к гауссовому.

Представлены результаты, полученные при квазирезонансной оптической накачке паров иттербия излучением KrF*-лазера (λ_н = 248 нм). Исследовалось преобразованное излучение видимого диапазона, доступное для визуального наблюдения. Обнаружены интенсивные линии усиленного спонтанного излучения, вызванные переходами между группами четных (6s5d ¹D₂, 6s6d ³D_1,2,3) и нечетных уровней иттербия (6s6p ¹P⁰₁, 6s6p ³P⁰_0,1,2). Зарегистрировано когерентное излучение на резонансных линиях иттербия с λ = 398,8 и 555,6 нм, обусловленных соответственно переходами 6s6p ¹P⁰₁ ® 6s6s ¹S₀ и 6s6p ³P⁰₁ ® 6s6s ¹S₀ в атоме иттербия. Качественно рассмотрена последовательность процессов, приводящая к образованию инверсии на атомных переходах иттербия.

Проведен анализ электрофизических процессов в разрядном контуре импульсных лазеров на парах металлов. Наибольшее внимание уделено начальному периоду развития разряда и условиям формирования инверсии. Показано, что ограничение частотно-энергетических характеристик (ЧЭХ) генерации обусловлено процессом заселения метастабильных уровней атомов металла на фронте импульса возбуждения и перераспределением скоростей заселения лазерных уровней в пользу метастабильных с ростом предымпульсной концентрации электронов. Какой из процессов играет определяющую роль в ограничении ЧЭХ генерации, зависит от электрофизического процесса в разрядном контуре лазера, на развитие которого существенно влияет расположение электродов в газоразрядной трубке (ГРТ). Расположение электродов в ГРТ определяет также условия формирования инверсии и выбор оптимальных параметров накачки. Обсуждаются технические решения, при которых эффективность накачки лазера на парах меди может составлять ~ 10%.

Представлены результаты экспериментальных исследований двух высокочастотных активных элементов разного размера CuBr-лазера в режимах генератора, однопроходового усиления и сверхизлучения. Впервые получена частота следования импульсов излучения 195 кГц при работе активного элемента в режиме сверхизлучения. С использованием метода экспресс-оценки радиального профиля показано, что в случае активного элемента с малым диаметром рабочей зоны профиль усиления практически не меняется при увеличении частоты следования импульсов до 195 кГц.

Представлены результаты разработки и исследования активных элементов на парах металлов с использованием индукционного нагревателя. Нагреватель предназначен для создания требуемой концентрации паров рабочего вещества. Получена генерация при традиционном (газоразрядная трубка с внутренними электродами) и емкостном возбуждении активной среды; средняя мощность излучения составила 20 мВт. Для активного элемента на парах меди c емкостным типом возбуждения зафиксированы два импульса генерации с временной задержкой 50 нс. Таким образом, в рамках одного импульса накачки получена генерация с частотой 20 МГц.

Показано, что использование для накачки CuBr-лазера источника питания с импульсным ступенчатым зарядом рабочей емкости позволяет обеспечить генерацию лазера в режиме «одиночных» импульсов с частотами следования от 330 Гц. Эффективный ввод энергии в активную среду лазера с рабочими емкостями от 6,8 до 20,4 нФ осуществляется за 5-11 ступеней заряда. Повышению импульсной энергии генерации до 3 мДж способствует увеличение рабочей емкости и зарядового напряжения.

Проведено экспериментальное моделирование процесса формирования голубых струй в воздухе в условиях пониженных давлений с помощью апокампического разряда. Измерена напряженность поля в канале разряда. В предположении применимости правил подобия для газового разряда сделаны оценки напряженности поля в грозовой туче при формировании голубых струй. Они составили величины от 6 x 10¹⁰ до 1,9 x 10⁹ В/м, что существенно превышает значения, характерные для развития грозовых разрядов «облако-земля». Сформулирована гипотеза о том, что превышение величин характерных полей является одной из отличительных характеристик импульсного высоковольтного разряда в облаке, влекущее за собой формирование голубых струй на высотах около 12-18 км.

С помощью ICCD камеры исследована динамика свечения разряда в промежутке «острие-плоскость» при наносекундном пробое воздуха и азота, инициируемом убегающими электронами. Наблюдалось формирование плазменных образований, образующих структуру, аналогичную чёточной молнии. Показано, что число ярких образований в промежутке (отдельных чёток) увеличивается при повышении давления. При давлении азота 400 кПа зарегистрировано до четырех отдельных чёток одинакового размера.

С помощью методов динамического светорассеяния исследовано взаимодействие наночастиц оксида железа, полученных в акустоплазменном разряде с кавитацией, с фибриногеном плазмы крови в модельном растворе. Показано, что в зависимости от времени хранения наночастиц их взаимодействие с указанным белком происходит по-разному и проявляется в различной динамике изменений распределений интенсивности рассеянного света по размерам рассеивающих частиц (агрегатов белка с наночастицами), образующихся в результате этого взаимодействия. Биологическое действие наночастиц одинаковое вне зависимости от времени их хранения - они выступают ингибиторами реакции образования фибринового геля.

Показано, что инициируемая в жидкофазных средах в разрядном промежутке между электродами низкотемпературная плазма способна эффективно разлагать водородсодержащие молекулы органических соединений с образованием газообразных продуктов, в которых доля водорода превышает 90% (по данным газовой хроматографии). Предварительные оценки энергетического КПД с учетом теплоты сгорания водорода и исходных веществ, а также затрат электроэнергии дают значения ~ 60-70% в зависимости от состава исходной смеси. Проведены теоретические расчеты напряжения и тока разряда при моделировании процесса, которые согласуются с данными эксперимента.

С помощью компьютерного моделирования изучен селективный нагрев сосуда в ткани излучением диодного лазера, неодимового лазера, лазера на парах меди и импульсного лазера на красителе. Для рассмотренных лазеров определены глубина расположения и размеры сосудов, которые могут быть селективно и безопасно нагреты до температуры коагуляции.

Оптические характеристики воды стратифицированных водоемов Белого моря представляют особый интерес в связи с наблюдением тонких цветных слоев в области хемоклина, появляющихся в результате массового развития аноксигенных фототрофных бактерий. Если оптические свойства хлорофилла широко используются в дистанционном зондировании, то спектральные характеристики бактериохлорофиллов (Бхл) пока мало изучены для природных микробных сообществ. В работе проведено спектральное исследование зеленых серобактерий четырех водоемов Кандалакшского залива Белого моря. Для проб воды, отобранных в марте 2017 г. с различной глубины, измерены спектры поглощения и флуоресценции, проведено их сравнение со спектрами монокультур, выделенных из тех же водоемов ранее. Показано, что флуоресценция Бхл в клетках зеленых серобактерий имеет две перекрывающиеся полосы испускания: в области 740-770 нм (Бхл d и e) и при 815 нм (Бхл a). Длина волны максимума первой полосы зависит от соотношения концентраций зеленоокрашенных и коричневоокрашенных форм бактерий, содержащих разные типы Бхл. Предложен метод разделения вкладов двух типов бактерий, заключающийся в разложении спектра флуоресценции Бхл на три полосы, параметры которых определены из спектров монокультур. Произведена оценка содержания Бхл в воде на различной глубине и определено процентное соотношение разных типов фототрофных бактерий.

Исследуются спектры поглощения питьевой воды, талой воды из снега и тяжелой воды при облучении потоком электронов наносекундной длительности. При многократном облучении воды было зафиксировано изменение спектра поглощения вещества. Анализ спектров поглощения воды в ИК-диапазоне показал отличия спектров поглощения облученной и необлученной воды.