Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА I. ИНФРАКРАСНАЯ ГОЛОГРАФИЯ КАК
МОД ДИАГНОСТИКИ ПЛАЗШ 10
1.1. Физические основы метода ИК
голографической интерферометрии 10
1.2. Обзор некоторых экспериментальных работ
по Ж интерферометрии и голографии 22
ГЛАВА П. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ Ж ГОЛОГРАФИИ
НА ДДИНЕ ВОЛНЫ X = Ю.6 МКМ 37
2.1. Исследование характеристик импульсного
С02-лазера с двойным поперечным разрядом ... 37
2.2. Регистрирующие среда для Ж голографии 55
Полиметилметакрилат 58
Триацетат целлюлозы 61
Халькогенидные стеклообразные полупроводники 62
Временные и экспозиционные характеристики процесса записи Ж голограмм
в полимерных регистрирующих средах .. 65 ГЛАВА Ш. Ж ГОЛОГРАФИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ЛАЗЕРНОЙ ПЛАЗШ ..... '. 75
3.1. Исследование лазерной плазмы
на твердой мишени 75
Эксперимент 76
Количественная обработка интер-ферограмм и результаты измерений .... 78
3.2. Исследование поздних стадий развития
лазерной искры в воздухе 84
Методика эксперимента 88
Описание установки 91
Экспериментальные результаты 94
3.3. Эксперименты с использованием метода
двух голограмм 98
3.4. Взаимодействие ударной волны с распадающейся плазмой лазерной искры в
воздухе 102
ГЛАВА ІУ. ОБЪЕМНАЯ ИНФРАКРАСНАЯ ГОЛОГРАФИЯ
В ОБЛАСТИ 10.6 ffiQf ПО
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 122
ЛИТЕРАТУРА 126
Введение к работе
Прогресс физики плазмы в последние годы в значительной степени обязан появлению новых диагностических методов, так как без этих средств был бы немыслим современный уровень экспериментальных исследований плазмы.
Диагностика плазмы играет важную роль во всех плазменных экспериментах и является в настоящее время быстро развивающейся областью экспериментальной физики. Разработка методов диагностики неотделима от исследований плазмы в целом. Так, открываемые новые свойства плазмы позволяют создавать новые диагностические методы, базирующиеся на этих свойствах. Однако, не ограничиваясь^ этим, диагностика плазмы также заимствует методы из различных областей физики, таких как оптика, спектроскопия, СВЧ-техника и др. Таким образом, диагностика плазмы включает в себя гораздо более широкий круг вопросов, чем то, что понимается под термином "физика плазмы". В частности, получили широкое распространение оптические методы диагностики плазмы. Одним из основных преимуществ этих методов является их бесконтактность, поэтому их использование не приводит к изменению свойств и параметров исследуемой плазмы. На сегодняшний день существует большое число различных методов, поскольку область применимости отдельных методов ограничена. Все вместе взятые, они перекрывают необычайно широкий диапазон параметров плазмы.
Одним из важнейших параметров плазмы является концентрация электронов. К числу стандартных методов измерения концентрации электронов в плотной плазме относятся обычная оптическая и голо-графическая интерферометрия, основанные на определении показателя преломления плазмы по сдвигу интерференционных полос.
Эти методы при использовании в качестве источников света
лазеров видимой области спектра, позволяя проводить измерения в достаточно широком интервале электронных концентраций, имеют, тем не менее, сравнительно невысокую чувствительность. В частности, в качестве импульсного источника света при получении интер-ферограмм или голограмм плазмы, создаваемой в импульсных плазменных установках, как правило, применяется рубиновый лазер с модулированной добротностью ( Л == 0.694 мкм). При этом нижний предел измеримых значений Ne ( Ne - концентрация электронов, L - толщина плазмы) в типичных случаях составляет ~ ю-^ смТ^ С другой стороны, применение микроволновой диагностики ограничивается сверху эффектом запирания излучения для частот ниже плазменной частоты. Поэтому использование методов СВЧ в сантиметровом диапазоне позволяет изучать плазму с плотностью электронов, не превышающей ~ 10 см7 а применение миллиметрового и суб-миллиметрового диапазонов ограничено плотностью ~ 10 см . Таким образом, для плазмы сравнительно небольших размеров остается трудно поддающимся исследованию оптическими методами интервал электронных концентраций 10 ^ Ne ^ 10 см" . В качестве примеров можно привести такие плазменные объекты, как лазерная плазма, тета-пинч, плазменный фокус, плазма сильноточного диода и др.
Данный пробел можно ликвидировать, используя прямо пропорциональную зависимость чувствительности интерферометрического и голографического методов к измерению концентрации электронов от длины волны зондирующего излучения. Этим и объясняется возросший в последние годы интерес к разработке интерференционных и голог-рафических методов диагностики плазмы в инфракрасном (Ж) диапазоне.
Переход в ИК область спектра открывает еще ряд других инте-
ресных приложений голографической методики. Перспективным является применение ИК голографии для обнаружения, визуализации и исследования характера, формы, размеров и объемной структуры внутренних неоднородностей, разрушений и прочих дефектов в материалах, непрозрачных для видимого света, но прозрачных для ИК излучения. Примерами таких материалов, важных для современной ИК оптики, лазерной техники и радиоэлектроники, служат германий, арсенид галлия и др.
Появляется возможность применения ИК голографической интерферометрии для точного сравнения формы поверхности деталей со стандартными или эталонными образцами. В самом деле, в масштабе таких длин волн большинство поверхностей являются гладкими, что позволяет непосредственно сравнивать волновые фронты, рассеянные двумя различными объектами.
Однако распространение методов голографии на ИК диапазон сталкивается с существенными трудностями, связанными, в первую очередь, о непригодностью обычных регистрирующих сред, широко используемых в видимой области спектра, а также с необходимостью создания источников когерентного излучения с выходными характеристиками, пригодными для целей ИК голографии. Наиболее известными когерентныьш источниками света в ИК диапазоне являются С0-лазеры с длиной волны излучения Я =10.6 мкм.
Настоящая диссертация посвящена разработке методики импульсной ИК голографии и голографической интерферометрии в области 10.6 мкм, а также ее применению для исследования лазерной плазмы. Диссертация состоит из четырех глав.
В главе I обосновывается перспективность применения ИК голографической интерферометрии на длине волны Л = 10.6 мкм для измерения концентрации электронов в плазме умеренной плот-
ности. Показано, что использование в качестве источника света С^-лазера позволяет повысить чувствительность метода приблизительно в 15 раз по сравнению с рубиновым лазером и довести нижний предел диапазона измеримых значений NQL до~ 2.I015 смТ2 Кроме того, указывается на возможность приписывать во многих случаях весь измеряемый сдвиг интерференционных полос практически только электронам плазмы.
Дан обзор ряда экспериментальных работ по ИК интерферометрии и голографии, связанных с разработкой вопросов методики, а также ее приложениями.
Похожие диссертации на Разработка методики инфакрасной голографии в области 10.6 МкМ и ее применение для диагностики плазмы
