Радиационные резонансные процессы в оптически плотных средах (11.01.2010)

Автор: Косарев Николай Иванович

описывает процесс полного перераспределения фотонов в системе отсчета атома. Поведение графиков

, а затем проинтегрируем по частотам всех поглощенных фотонов. Тогда получится скоростной коэффициент, который отвечает за

, получим уравнение баланса вида

определяются из выражений

Уравнение баланса населенностей для основного уровня имеет вид (1). Показано, что для модели ЧПЧ возбужденное состояние расщепляется на систему подуровней. Поэтому при численной реализации такой задачи, двухуровневая модель атома по структуре подобна многоуровневой.

В следующем параграфе проведен анализ системы ИДУ. Учет осевой симметрии задачи позволил уменьшить ее размерность в 2n раз (n – число узлов по каждой из пространственных переменных X, Y, Z). Далее описан численный метод решения системы ИДУ в условии полного перераспределения по частотам, который сводит полученную задачу Коши к системе обыкновенных дифференциальных уравнений. Для модели ЧПЧ полученная система уравнений подобна двухуровневой модели и может быть решена тем же самым численным алгоритмом.

линейно зависящей от радиальной координаты:

меняется со временем по закону

- тепловая скорость электронов.

описывается выражением

- есть косинус угла между направлением движения атома и направлением рассеяния фотона. Численный алгоритм решения полученной задачи Коши учитывал описанные выше особенности, вызванные макроскопическим движением вещества и был построен по подобию стационарной среды.

В следующем параграфе изложена методика расчета скоростных радиационно-столкновительных коэффициентов ионизации, рекомбинации, фоторекомбинации, возбуждения и де-возбуждения атомов электронами. Эти скоростные коэффициенты рассчитывались в борновском приближении с учетом реальной структуры атомов (ионов) и основных их эмпирических параметров, таких, как энергия состояния, тип связи и уровня, строение внешней оболочки и др.

В заключительном параграфе приводятся результаты тестирования численных алгоритмов на аналитических решениях.

Во второй главе описаны результаты расчетов поглощения лазерного излучения, резонансного рассеяния и испускания света плотными парами натрия и лития. Постановки задач соответствуют моделям полного и частичного перераспределения по частотам и двухуровневому атому. Моделировалось воздействие на газовый объем, имеющий форму сферы и цилиндра, лазерного пучка при полном облучении среды и локальном облучении некоторого малого ее объема. Частотно–временная форма интенсивности входного лазерного излучения задавалась выражением

характерный размер луча.

. Изучено влияние оптической толщины среды на деформацию частотно-временной формы импульса, динамику фотовозбуждения и свечения паров Na.

Во втором параграфе описана картина фотовозбуждения и свечения паров натрия при воздействии на них лазерным пучком, размер которого меньше размера среды. Показано, что перенос излучения из области возбуждения на периферию приводит к фотовозбуждению и флуоресценции этой области среды.

), в котором поведение интенсивности флуоресценции охарактеризовано, как «аномальное». Аномальность по мнению авторов7 следует понимать в смысле отсутствия насыщения интенсивности флуоресценции с ростом лазерной интенсивности (рис.4, кривая 2). Анализ условий эксперимента7 показал, что для описанных в нем параметров лазерного излучения и паров натрия когерентные эффекты проявляться не должны. Для объяснения результатов работы7 проводилось численное моделирование лазерно-индуцированной флуоресценции паров натрия для условий данного эксперимента. Исследовалось влияние переноса радиации из зоны возбуждения на периферию. Расчетные данные указали на то, что расширение зоны насыщения являться главным фактором «аномальной» флуоресценции в работе7 (рис.4, кривая 1).

(кривая 2, рис.5) с точки зрения процессов переноса резонансного излучения эквивалентны бесконечно-длинным цилиндрам: выход излучения для них осуществляется через боковую поверхность. Кривая 3 на рис.5 рассчитана при использовании в численной модели полной функции перераспределения в виде линейной комбинации

путем увеличения начальной концентрации атомов. Следует отметить, что кривая 3 на рис.5 близка к кривой 4, полученной по асимптотической модели Бибермана-Холстейна для бесконечного цилиндра и допплеровского контура линии.

- кривая 3 (полная функция перераспределения, выр.12); модель Бибермана – Холстейна – 4.

и различных функций перераспределения по частотам.

на достаточно больших временах, когда декремент интегральной по частоте интенсивности послесвечения паров выходит на стационарное значение.

в эксперименте сменяется резким увеличением его значения, на что указывают экспериментальные маркеры рис.7. Такое поведение фактора q авторы5 объясняют проявлением эффектов частичного перераспределения по частотам.

), полученные в эксперименте5.

?????0?r

?????????????

??????????????????????

??????????????????????

?????????????????????????????????????

??????????????????????

??????????????????????

?????????????ные маркеры. Отличие расчетных кривых для лития и натрия объясняется следующим образом. Параметры атома лития и натрия таковы, что при одинаковой оптической толщине среды, температуры их паров и концентрации атомов отличаются (см. таблицу).

Параметры атомов натрия и лития

в эксперименте5.

Третья глава содержит численные результаты моделирования процесса лазерной резонансной ионизации атомов натрия. Геометрия среды моделировалась цилиндром, а радиальное распределение интенсивности лазерного пучка имело однородное и гауссово распределение.

В первом параграфе построена модель процесса лазерной резонансной ионизации двухуровневых атомов натрия на переходе с длиной волны 589нм. Сначала в среде появляются затравочные электроны благодаря механизму ассоциативной ионизации. Затем они набирают энергию в сверхупругих процессах, дезактивируя возбужденные атомы, что и приводит к возникновению лавинной электронной ионизации газа. Такой механизм ионизации газа, получивший название фотоионизационного просветления, был впервые описан в работе для объяснения экспериментальных данных.

Для двухуровневого атома натрия система скоростных уравнений баланса и начальные условия при учете радиационно-столкновительных процессов имеет вид

– частоты радиационного фотовозбуждения основного и фототушения возбужденного уровней

имеем уравнения


загрузка...