Среды с тепловой нелинейностью

В предыдущих параграфах описаны характеристики фоторефрактивных кристаллов, использование которых позволило реализовать большое число различных типов лазеров на динамических решетках. В данном параграфе мы рассмотрим другие нелинейные среды, на которых реализован ряд генераторов. Наибольшее число результатов относится к видимой области спектра, хотя в последнее время большой интерес проявляется к инфракрасной области, в частности 10,6 мкм, где имеются импульсные и непрерывные лазеры на СОг. Описываемые ниже среды находят применение и в этой области спектра, особенно полупроводниковые кристаллы и среды с тепловой нелинейностью. [c.55]

Среды с тепловой нелинейностью. Этот тип нелинейности является наиболее универсальным. В его основе лежит изменение показателя преломления среды при изменении ее температуры. [c.56]

Кинетика генерации в описанной системе исследовалась экспериментально на неодимовом лазере, работающем в режиме свободной генерации по схеме рис. 6.11 [41]. В качестве нелинейной среды использовались поглощающие растворы с тепловой нелинейностью. Инициирование генерации в плече 2 осуществлялось за счет вынужденного температурного рассеяния и тепловой дефокусировки в направлении плеча 2 излучения, генерируемого в резонаторе 1. По достижении пороговых условий генерации в плече 2 его излучение начинает влиять на генерацию в резонаторе 1. Вначале возникает пичок сложной формы (тройной), затем постепенно исчезают пички с периодом следования исходной генерации в резонаторе 1 и устанавливается генерация всей системы с новым периодом следования пичков. Этот период близок к периоду следования пичков в резонаторе, образованном из плеча 2 путем установки в него зеркала З4 (рис. 6.11). [c.214]

Тепловое расплывание пучка в газовой среде с детерминированной нелинейностью [c.44]

Приведем результаты численных расчетов самосогласованной задачи (3.49) — (3.52) для случая распространения коллимированного гауссова пучка в среде с тепловой ветровой нелинейностью. [c.94]

Для тепловых поверочных расчетов парогенераторов используется нормативный метод ВТИ—ЦКТИ [Л. 37]. В основу этого метода положено составление и решение для каждой поверхности нагрева и для всего агрегата в целом системы нелинейных алгебраических уравнений. В эту систему входят уравнения теплового баланса, в котором тепло, отданное газами, приравнивается теплу, воспринятому паром, водой или воздухом теплообмена между средами баланса расходов теплоносителей и рабочих сред с учетом отборов пара, воды, газов и воздуха на вспрыски, байпасирование, рециркуляцию и т. д. [c.40]

В высокоинтенсивных процессах потенциалы переноса за малые промежутки времени могут претерпевать значительные изменения. С этим мы сталкиваемся при рассмотрении многих диффузионных процессов, в задачах по фильтрации газа в пористой среде, в вопросах теплового взрыва, химических превращений и др. Описание явлений переноса, протекающих в большом интервале изменения потенциалов, связано с необходимостью учета зависимости коэффициентов от соответствующих потенциалов. В этих условиях потоки вещества и тепла становятся нелинейными, а определение полей потенциалов переноса связано с решением нелинейного дифференциального уравнения переноса [c.478]

Пучки высокоэнергетического лазерного излучения являются как правило частично когерентными. В этой связи представляет интерес задача эволюции начальных случайных возмущений излучения с учетом тепловой нелинейности среды. Исследованию этой задачи посвящен ряд публикаций, носящих оценочный характер [8, 9, 14, 15, 19]. [c.54]

До сих пор мы рассматривали распространение тепла в среде с нулевой начальной температурой. Если Tq Ф ), то коэффициент нелинейной теплопроводности в невозмущенном веществе конечен и закон спадания температуры отличен от (10.22) однако практически при небольших начальных температурах коэффициент лучистой теплопроводности при Т = столь мал, что этим эффектом можно пренебречь. Гораздо существеннее отмеченная выше неравновесность излучения на переднем краю тепловой волны, которая приводит к экспоненциальному спаду температуры Т вместо степенного закона (10.22). [c.514]

Рассуждения предыдущего пункта позволяют поставить важный вопрос. Обязательно ли инерция тепла связана с нелинейностью среды или достаточно граничного режима с обострением определенного вида для ее осуществления Ведь одним из свойств среды с нелинейной теплопроводностью является возможность конечной скорости распространения тепловых возмущений. Мы уже убедились, что локализация тепла не определяется этим свойством. [c.39]

Если в оптическом переходе участвует один фотон, то такой переход (такой процесс взаимодействия излучения с веществом) называют однофотонным. Однофотонный переход сопровождается либо рождением (испусканием), либо уничтожением (поглощением) фотона, причем испускание фотона может быть либо спонтанным, либо вынужденным. До сих пор мы имели дело только с однофотонными переходами (однофотонными процессами). Они определяют свойства теплового излучения и оптические спектры вещества, лежат в основе как фотоэлектрических, так и люминесцентных явлений. С однофотонными процессами связано и нелинейно-оптическое явление просветления среды. [c.219]

Результаты и методы теории упругости не всегда достаточны для оценки прочности конструкций и для разрешения многих важных практических вопросов. На практике часто требуется уметь учитывать механические и тепловые свойства твердых тел, связанные с нелинейной упругостью, электродинамическими эффектами и с термодинамической необратимостью процессов деформирования, требуется рассматривать пластичность, ползучесть и релаксацию, усталость и т. д. Для учета и описания подобных явлений необходимо вводить другие теоретические модели сплошных сред. [c.410]

Феноменологический критерий разрушения можно рассматривать как некую передаточную функцию, связывающую внешнее воздействие с реакцией материала на это воздействие при этом разрушение понимается как возникновение любого наблюдаемого нарушения сплошности среды. Внешние воздействия могут быть механическими, тепловыми, химическими, магнитными, радиационными и т. д. В настоящей работе внимание сосредоточено на описании механического разрушения (в частности, нелинейности связи напряжений с деформациями или [c.403]

Исследование температурного поля полуограниченного тела, проведенное различными методами (параграф 3 гл. VII и настоящий параграф) подтвердили необходимость учета зависимости коэффициента теплопроводности от температуры, поскольку погрешность при решении линейной задачи достигала 30%. Вместе с тем при правильном выборе коэффициента теплопроводности существует возможность решения задачи в линейной постановке. Так, если коэффициент теплопроводности взять при температуре, близкой к температуре греющей среды, то погрешность определения температурного поля не превышает 3—8 %. Этот вывод носит частный характер и не распространяется на другие задачи, где при линеаризации предпочтительнее может оказаться другая, например средняя температура тела (см., например, [118]) (так в большинстве случаев и бывает). Тем не менее, учитывая специфику конструкции ротора и корпуса СКР-100, а также условия нагрева и охлаждения этих элементов, было решено дальнейшие исследования их теплового состояния проводить в линейной постановке с учетом указанного выше вывода из решения нелинейной задачи, что значительно упростило проведение эксперимента. [c.120]

НЕЛИНЕЙНАЯ АКУСТИКА — область акустики, в к-рой изучают явления в звуковых полях большой интенсивности и взаимодействия звуковых волн с возмущениями другой природы (гидродинамич., тепловыми, эл.-магн. и т. д.). Для описания этих явлений недостаточны приближения линейной теории звука и необходим учёт нелинейных членов ур-ний гидродинамики и ур-ния состояния. Такие явления (т. н. н е л и-нейные эффекты) возникают в результате изменения физ, свойств среды, вызванных распространяющейся волной большой интенсивности и влияющих как на условия распространения данной волны (само-воздействие), так и на др. виды возмущений (взаимодействие). [c.288]

Таким образом, для сред с тепловой нелинейностью процесс выхода на стационарное изменение показателя преломления протекает в три зтапа после момента поглощения излучения. Оценим характерные времена этих этапов. Длительность первого из них, представляющего релаксацию возбуждения в тепло, мы указывали с. Второй зтап происходит со скоростью звука, равной по порядку величины у 10 см/с. Константа даффузии тепла, отвечающая за третий этап, ) 10" см /с. Для типичных периодов пропускающих решеток, записываемых в средах с тепловой нелинейностью А 10 см, получаем, что длительность этапа установления давления Гр 10 с, а время выравнивания температуры Го 10" с. Полученные времена существенно различаются, и вначале всегда устанавливается давление, а уже затем температура. Для случая отражательной решетки Л 10" см. Тогда Гр 10" с, а То 10 с. Видно, что времена сближаются, но по-прежнему давление устанавливается раньше. Отношение интервалов времени релаксации температуры для пропускающей и отражательной решеток составляет Ю . Поскольку решетки температуры релаксируют зкспоненциально, то и их стационарные амплитуды соотносятся как времена релаксации. Поэтому стационарные пропускающие решетки оказьшаются в 10 раз сильнее стационарных отражательных решеток при одновременной записи одними и теми же пучками излучения. [c.57]

Лазеры на фоторефрактивных кристаллах, описанные выше, продемонстрировали целый ряд особенностей генераторов с комбинированной активной средой. Однако в силу большой инерционности отклика фоторефрактивных кристаллов их использование для лазерных систем с динамическими неоднородностями не представляется возможным. В этом случае требуются более быстродействующие среды. В 6.2 была описана лазерная система с обращающим зеркалом на парюс Na. Такая система обладает высоким быстродействием (верхняя граничная частота порядка 10 МГц), но ее применение ограничено узким спектральным диапазоном - полосой поглощения Na. С этой точки зрения тепловая нелинейность является универсальной. Использование ее оказывается возможным для широкого спектрального диапазона. Хотя смешение волн на средах с тепловой нелинейностью обеспечивает не очень высокие значения Rf > случае гибридных лазерных систем этот недостаток компенсируется значительным усилением дополнительной активной среды. [c.210]

Рис. 6.10. Гибридный лазер на неодимовом стекле с полулинейным резонатором и обращающим зеркалом по схеме попутного четырехпучкового взаимодействия на среде с тепловой нелинейностью

Рис. 2.1. Эффективная ширина диаграммы направленности лазерного пучка в среде с тепловой нелинейностью, вида (2.11) при расчете в безаберрацион-ном приближении (/) и при численных расчетах на основе параболического уравнения для значений г/Ld, равных 0,05 (2), 0,11 ( ), 0,15 (4) и 0,2 (5).

ХЬзер на жидкости с тепловой нелинейностью. Наиболее универсальной нелинейностью является тепловая, обусловленная изменением показателя преломления среды при ее нагреве. Очевидно, что такой нелинейностью обладают все среды, но наиболее шльной эта нелинейность бывает в жидкостях и газах, что связано с перераспределением плотности среды при ее неоднородном нагреве. Процесс же перераспределения плотности протекает за конечное время, определяемое при невысоких перепадах температур скоростью распространения звука. Поэтому изменение с температурой показателя преломления жидкости или газа описьшается двумя константами изохорической (дп/ЬТ)г и изобарической (дп/дТ)р. Вторая из этих констант измеряется в равновесии, когда после нагрева произошло выравнивание давления, и хорошо известна для разных сред. Первая же константа (изохорическая) не измерена, и известно лишь, что она меньше второй. Типичные значения (Эи/ЭГ) для изотропных жидкостей имеют порядок 10 К . Еще большие величины наблюдаются у анизотропных жидкостей-нематических жидких кристаллов dnjdT)p 10 К . В этом случае большая нелинейность обусловлена в основном зависимостью параметра порядка кристалла от температуры. Именно изменение параметра порядка (особенно вблизи фазового перехода) приводит к такому большому изменению показателя преломления ориентированного нематического жидкого кристалла. [c.185]

ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ НЕУСТОЙЧИВОСТИ — неустойчивости колебат. систем и нелинейной волновой среды, возникающие в результате пространственно-временной модуляции параметров, характеризующи.х собств. колебания систе.мы или среды. В случае нелинейной волновой среды модуляция совершается вол-на.ш конечной амплитуды — волнами накачки. П. н. обычно имеют пороги по амплитудам волн накачки е. Если е превышает определённое пороговое значение, то собств. мода начинает расти с теплового уровня, поглощая энергию волны накачки. При лространственно-времеынбм резонансе возникает т. н. распадная П, II. даже при небольших амплитудах волны накачки, но больше пороговой. При больших амплитудах накачки может возникнуть нерезонансная мода в случае, когда одна из волн, образующихся при распаде, не существует в среде в отсутствие накачки. Примером типичной нерезонансяон П. н- является модуляционная неустойчивость. Другим примером может служить ситуация, когда одна из волн, [c.537]

Ситуация может усложняться нелинейными свойствами зл.-магн. волп и их взаимодействий с частицами, а также разл. процессами рассеяния на упругих, тепловых и др. неэлектромагн, возбуждениях среды. Скажем, возможно нелинейное черепковское излучение под действием короткого импульса сильного эл.-магн, поля, возбуждающего ка своём пути нелинейную поляризацию среды в отсутствие к.-л. сторонних зарядов и токов (см. также Электродинамика движущихся сред). [c.531]

До сих пор мы говорили о классической тепловой нелинейности, в основе которой лежит изменение плотности среды. Однако неоднородность Кмпературы может привести к изменению показателя преломления и через другие механизмы. Особенно сильно это должно сказьшаться в системах с фазовыми переходами. Остановимся на одной из них - ориентированном нематическом жидком кристалле. В нем изменение температуры при-В0Д1Т наряду с изменением плотности к изменению параметра порядка, [c.57]

Обратим внимание на оптическую схему генератора (рис. 5.10). Он работал при одном пучке накачки. Вьпие (п. 4.2.1) было показано, что такая генерация возможна лишь при наличии в среде нелокального нелинейного отклика. Следовательно, описанный генератор работал благодаря записи сдвинутых решеток при снятии вырождения по частотам взаимодействующих волн. В этом случае наряду с параметрическим четырех-пз овым энергообменом должен проявиться и двухпучковый энергообмен, который хорошо известен как вынужденное температурное рассеяние. Перекрытие одного из зеркал превращает схему из генератора с линейным резонатором в генератор с полуоткрытым резонатором (п. 4.2.2). Для такого резонатора характерен жесткий режим возбуждения и необходимо, чтобы отклик нелинейной среды был чисто нелокальным. В слз ие же тепловой нелинейности отклик среды всегда смешанный, так как сдвиг решетки относительно возбуждающей интерференционной картины не [c.186]

В [I] на основе (2.17) для режима длинного импульса проведены приближенные расчеты дисперсии флуктуаций логарифма амплитуды Oy iz, rj = 0, i), нормированной на ее значение в линейной среде ал в зависимости от параметра тепловой нелинейности h = y mgo t, где Хт — пространственная частота, связанная с внутренним масштабом атмосферной турбулентности Х7п 5,92//о. Спектральная плотность флуктуации диэлектрической проницаемости воздуха в инерционном интервале задавалась формулой [c.49]

Решение задачи отыскания Фо в среде с детерминированной по сечению пучка тепловой нелинейностью осуществлялось в безабе-рационном приближении на основе численного решения уравнений вида (2.8) и (2.9) путем замены при подстановке (2.11) ag на ссп, на ао , где ая и ао — объемные коэффициенты аэрозольного поглощения и ослабления соответственно. [c.51]

Основным физическим механизмом, определяющим значение п.2 в стеклах, является нелинейная электронная поляризуемость [107]. Она обусловлена оптически наведенной деформацией электронных оболочек атомов и имеет короткое характеристическое время установления порядка 10-1 с. Электронная поляризуемость вносит доминирующий вклад в общее значение п.2 стекол — 80—85 % для импульсов света короче 10- —10- с. Из других механизмов, при определенных условиях также вносящих вклад в значение Лг стекол, отметим электрострикцию, тепловую нелинейность, а также ориентационную (керровскую) и ядерную поляризуемости. Изменение 2 под действием электрострикции связано с изменением плотности среды под влиянием давления, возникающего в интенсивной световой волне и пропорционального Е . Скорость этих изменений определяется скоростью распространения звука в среде, т. е. временами порядка 10 —10 с для /л О, 1—1 см. [c.50]

При динамическом нагружении дело обстоит не столь просто. В нелинейно упругой среде (в среде с нелинейными соотношениями между напряжениями и деформациями) могут распространяться ударные волны. При этом работа внешних сил оказывается больше суммы потенциальной и кинетической энергий в ударной волне. Разность между работой внешних сил и энергией, вычисляемой по макропараметрам состояния среды, переходит во внутреннюю энергию, поглощается внутренними степенями свободы (тепловое движение атомов, возбуждение электронов) [41]. Таким образом, статически идеальная упругая среда при динамических нагрузках может оказаться неидеальной — часть энергии будет рассеиваться в ней в виде тепла. (Механизм возникновения внутренней энергии иллюстрируется на простой модели в 2.) [c.15]

В подобных случаях тепловая линза, обусловленная поглощением в среде некоторого излучения (лазерного пучка), воздействует на это же самое излучение. Эффект тепловой линзы выступает здесь как нелинейный э ект его называют эффектом тепловой нелинейности или, короче, тепловой самофокусировкой ). Если, например, лазерный пучок наводит в каком-либо элементе собирающую тепловую линзу, то в результате теплоюй фокусировки будет возрастать плотность пучка в приосеюй области элемента, а вместе с тем будет увеличиваться и поглощение излучения в этой области. В результате будет наблюдаться усиление фокусирующих свойств наведенной теплоюй линзы. [c.232]

ВИЯ, а следовательно, и характер затухания зависят от частоты распространяющихся волн. Если частота невелика (область УЗ и Г. низких частот), то состояние среды при прохождении упругой волны меняется так медленно, что тепловая волна затухает прежде, чем успевает провзаимодейство-вать с упругой волной. Поэтому в этом случае только нарушается равновесное распределение тепловых фононов, к-рое затем восстанавливается благодаря случайным неупругим столкновениям их между собой в результате происходит потеря энергии волны. Т. о., поглощение звука зависит от частоты столкновений между тепловыми и когерентными фононами. В случае высоких гиперзвуковых частот происходит непосредственное нелинейное взаимодействие Г., искусственно получаемого, и Г. теплового происхождения когерентные фононы неупругим образом сталкиваются с тепловыми фононами и передают им свою энергию, к-рая идёт на возбуждение тепловых фононов и, в конечном счёте, превращается в тепло. При охлаждении кристалла в столкновениях будет участвовать всё меньшее число тепловых фононов, т. к. с понижением темп-ры тепловые фононы вымораживаются , их становится меньше. Соответственно этому затухание УЗ и Г. при понижении темп-ры существенно уменьшается. [c.88]

ЛУЧЕВАЯ ПРОЧНОСТЬ, способность твёрдой прозрачной среды сопротивляться необратимому изменению её оптич. параметров и сохранять свою целостность при воздействии мощного оптического излучения (напр., излучения лазера). Л. п, численно характеризуется плотностью мопщости потока оптич. излучения, начиная с к-рого в объёме в-ва или на его поверхности наступают необратимые изменения, обусловленные выделением энергии за счёт линейного (остаточного) или нелинейного поглощения светового потока. В реальных оптич. средах механизм нелинейного поглощения светового потока обычно связан с тепловой неустойчивостью, к-рая возникает благодаря наличию в объёме линейно или нелинейно поглощающих субмикрон-ных неоднородностей. Рост поглощения в окружающей микронеоднородность матрице связан с её нагревом неоднородностью. При этом в материалах с малой шириной запрещённой зоны увеличивается концентрация свободных эл-нов, а в широкозонных диэлектриках происходит термич. разложение в-ва. Распространяющаяся по в-ву волна поглощения, инициированная неоднородностью, приводит к быстрому росту размеров поглощающего дефекта до критич. величины, при к-рой возникают макроскопич. трещины. Тепловая неустойчивость реальных оптич. сред в широких световых пучках возникает при энергетич. освещённости в пределах 10 — 10 Вт/см для импульсов длительностью больше 10 с. С уменьшением длительности импульса Л. п. возрастает вследствие нестационарности нагрева неоднородностей. Л. п. резко [c.353]

Явления генерации кратных, разностных и суммарных гармоник нашли многочисленные научно-технические применения. Ценность этих явлений для лазерной техники обусловлена тем, что удвоение частоты лазерного излучения или смешивание излучений двух лазеров в нелинейной среде позволяет получать мощный поток когерентного света в области спектра, отличной от исходной. Например, удвоение частоты излучения лазеров на красителях, генерирующих в видимой области спектра (см. 231), обеспечивает когерентное излучение с плавной перестройкой частоты в ультрафиолетовой области. Особый интерес представляет смешивание инфракрасного излучения со светом мощных лазеров (рубинового или неодимового). Дело в том, что приемники инфракрасного излучения значительно уступают по чувствительности и инерционности приемникам, применяемым в видимой и ультрафиолетовой областях. В инфракрасной области очень плохо разработана фотография. Смешивание же излучения, например, с Я, = 4 мкм и 0,694 мкм (рубиновый лазер) дает желтый свет с длиной волны 0,591 мкм, который можно регистрировать и визуально, и фотографически, и с помощью фотоумножителя. Таким способом удается регистрировать даже слабое тепловое излучение. [c.845]

Кяврди X. X., Поверус Л. Ю. Исследование распространения цилиндрических и сферических упругих и термоупругих волн в слоистых средах методом конечных элементов.— В кн. Нелинейные тепловые эффекты при переходных волновых процессах Т.2. Таллин 1973, с. 127—134. [c.256]

ЛУЧЕВАЯ ПРбЧНОСТЬ — способность среды или элемента силовой оптики сопротивляться необратимому изменению оптич. параметров и сохранять свою целостность при воздействии мощного оптич. излучении (папр., излучения лазера). Л. п. при многократном воздействии часто наз. лучевой стойкостью. Л. п. определяет верх, значение предела работоспособности элемента силовой оптики. Понятие Л. п. возникло одновременно с появлением мощных твердотельных лазеров, фокусировка излучения к-рых в объём или на поверхность среды приводила к её оптическому пробою. Л. п. численно характеризуется порогом разрушения (порогом пробоя) q — плотностью потока оптич. излучения, начиная с к-рой в объёме вещества или на его поверхности наступают необратимые изменения в результате выделения энергии за счёт линейного (остаточного) или нелинейного поглощения светового потока, обусловленного много-фотонным поглощением, ударной ионизацией или возникновением тепловой неустойчивости. Первые два механизма реализуются в прозрачных средах, лишённых любого вида поглощающих неоднородностей, а также при микронных размерах фокальных пятен или предельно малых длительностях импульсов излучения. При этом Л. п. достигает очень больших значений 10 Вт/см . При значит, размерах облучаемой области оптич. пробой обусловлен тепловой неустойчивостью среды, содержащей линейно или нелинейно поглощающие неоднородности (ПН) субмикропных размеров. Рост поглощения в окружающей микронеоднородность матрице связан с её нагревом ПН. При этом в материалах с малой шириной запрещённой зоны увеличивается концентрация свободных электронов, а в широкозонных диэлектриках происходит тер-мич. разложение вещества. <7 11, [c.615]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...