Голографические исследования быстропротекающих процессов в прозрачных средах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ им. Б.И.СТЕПАНОВА

УДК 535.391: 621.376

НЕДОЛУГОВ Владимир Ильич

ГОЛОГРАФИЧЕСКЙЕ ИССЛЕДОВАНИЯ БЫСТРОПРОТЕКАКШЩХ ПРОЦЕССОВ В ПРОЗРАЧНЫХ СРЕДАХ

01.04.21 - Лазерная физика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

МИНСК 1998

Работа выполнена в Гродненском государственном университете им. Я. Купалы и Институте молекулярной и атомной физики НАНБ

Научные руководители - доктор физико-математических наук, профессор МИНЬКО Л.Я.,

кандидат физико - математических наук, доцент ИВАНОВ А. Ю.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

академик, профессор РУБАНОВ A.C.

кандидат физико - математических наук, доцент БУРМАКОВ А.П.

Оппонирующая организация - Московский инженерно - физический институт

Защита состоится

на заседании совета по защите диссертаций Д 01.05.01 в Институте Физики им. Б. И. Степанова НАНБ по адресу: г.Минск, пр. Ф. Скорины, 68.

С диссертацией мояно ознакомиться в библиотеке Института физики им Б.И.Степанова НАНБ.

--

Автореферат разослан и

ор _ 1998г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций доктор физ.-мат. наук,

профессор А-А- Афанасьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Развитие современной науки и техники требует разработки новых методов, позволяющих визуализировать и исследовать в одном эксперименте плохопов-торякщиеся фазовые процессы с характерными временами развития от наносекунд до миллисекунд. Следовательно, развитие вышеуказанных методов и создание устройств, позволяющих их реализовать, является актуальной задачей.

разработка подобных методик ведется с 60-х годов. Однако, существующие до сих пор голографические способы позволяют подробно изучать лишь очень "быстрые" фазовые объекты ( с временами развития до сотен наносекунд ) с простой временной формой, которая определяется временным разрешением используемых методик, равным длительности импульса зондирующего излучения. Подробные же исследования относительно более "медленных" фазовых процессов ( с временами развития от микросекунд до миллисекунд ) представляются крайне проблематичными из-за малого числа регистрируемых голограмм.

Скоростная голографическая киносъемка позволяет подробно, а значит с высокой достоверностью, изучить в ходе одного эксперимента динамику развития таких мультимикросекундных фазовых процессов с временным разрешением не хуже 0.8 мкс.

Связь работы с крупными научными программами, темами. Работа выполнена на кафедре прикладной оптики Гродненского государственного университета им. Я. Купалы в координации с республиканской программой "Лазер - 2" и другими госбюджетными темами кафедры, а также региональной программой "Контроль".

Цель и задачи исследования.Целью работы является разработка и применение голографического способа исследования динамики развития импульсных фазовых процессов с характерными временами от микросекунд до миллисекунд в одном эксперименте с временным разрешением не хуже 0, 8 мкс.

Основные задачи работы: 1. Разработка способа, создание экспериментальной установки и методического обеспечения скоростной голографической

киносъемки быстропротекающих фазовых процессов.

2. Создание экспериментального стенда и изучение динамики изменения параметров эрозионной лазерной плазмы.

3. Исследование с помощью разработанного способа динамики роста кратера и изменения плотности неупруго деформированного прозрачного диэлектрика при действии на его поверхность излучения длинного лазерного импульса с хаотической пичковой структурой.

4. Изучение характерных особенностей развития оптических неоднородностей в кювете с раствором активной среды мощного лазера на красителе, возникающих как в процессе, так и после светового импульса накачки коаксиальной лампы.

Научная новизна полученных результатов. Научная новизна

работы заключается в следующем:

1. Разработан способ скоростной голографической киносъемки, позволяющий исследовать временной ход быстропротекающих фазовых процессов в любых средах в единичном эксперименте с. временным разрешением не хуже 0.8 мкс.

2. Получены пространственно - временные картины плотности электронов и тяжелых частиц лазерного эрозионного плазменного факела ( ЛЭПФ ), возникающего при действии 20 -микросекундного импульса лазера на красителе на различные металлы с помощью двухдлинноволновой голографической киносъемки в одном эксперименте. Обнаружен отрыв электронной компоненты от тяжелых "светящихся" частиц, связанный с переходом режима воздействия с образованием лазерного эрозионного плазменного факела в режим выталкивания.

3. Впервые исследованы динамика роста кратера и изменение полей плотности полиметилметакрилата при действии на его поверхность миллисекундного лазерного импульса со сложной временной структурой. Обнаружен и объяснен эффект неравномерного развития разогретой области.

4. Впервые реализован двухимпульсный режим генерации мощного лазера на красителе с коаксиальной накачкой на основании анализа пространственно - временного изменения оптических неоднородностей в его активной среде, возникающих как в процессе, так и после импульса накачки во временном диапазоне от микросекунд до часов. Обнаружено, что на ранних стадиях ( до 25 мкс ) возникают термооптические неодно-

родности из-за неравномерного поглощения излучения накачки. В дальнейшем поведение среды определяется распространением и затуханием релаксационных акустических волн, частота которых определяется геометрией кюветы и материальными константами жидкости, а затухание происходит тем быстрее, чем мощнее импульс накачки.

Практическая значимость полученных результатов. Предложений в диссертационной работе способ скоростной голографи-ческой киносьемки является универсальным при изучении в единичном эксперименте динамики быстропротекающих фазовых процессов в твердых, жидких, газообразных и плазменных средах. Он не требует использования уникального оборудования, прост в эксплуатации.

Разработанный и реализованный в работе способ двухдлин-новолновой голографической киносъемки дает возможность с высокой достоверностью исследовать временные изменения полей концентраций электронов и тяжелых частиц в лазерных приповерхностных плазменных образованиях, что позволяет контролировать режимы лазерного воздействия на конструкционные материалы и тем самым следить за их технологическими характеристиками.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Пространственно - временная картина изменения полей плотности электронов и тяжелых частиц лазерного эрозионного плазменного факела, полученная с помощью двухдлинноволно-вой скоростной голографической киносъемки при воздействии на алюминиевый образец 20-микросекундного импульса излучения колоколообразной формы родаминового лазера со средней плотностью мощности 5-=-30 мвт/см2. Во всем диапазоне плотностей мощности воздействующего излучения вклад в рефракцию молекул атмосферных газов существенен в области, непосредственно прилегающей к ударной волне, а вклад в рефракцию атомов и ионов образца пренебрежимо мал.

2. Эффект неравномерного развития кратера и разогретой области полиметилметакрилата при воздействии на его поверхность длинного 1,2 мс ) лазерного импульса со сложной, меняющейся случайным образом от импульса к импульсу структурой и энергией 5*50 Дж. Временные зависимости диаметра, глубины и объема кратера являются гладкими и никак

не "реагируют" на отдельные пички лазерного импульса. Также плавно перемещаются и поверхности равной плотности. Рост кратера сначала осуществляется за счет преимущественного увеличения его диаметра и лишь затем, когда диаметр достигает значений ~ 1,5 Б, где Б-диаметр пятна фокусировки, наблюдается его трехмерный рост, который заканчивается через - 100 мкс после начала воздействия.

3. Динамика развития неоднородностей в активной среде мощного лазера на красителе, возникающих под действием светового коаксиального импульса накачки. Наиболее сильные неоднородности связаны с распространяющимися в активной среде акустическими волнами, возникающими из-за деформаций стенок кюветы. Радиальные колебания плотности затухают быстрее осевых, а осевые колебания носят ярко выраженный релаксационный характер.

4. Двухимпульсный режим генерации мощного лазера на красителе. Второй импульс накачки подается во время релаксационной стабилизации давления в кювете с активной средой. Стабилизация давления происходит тем раньше, чем выше уровень накачки, что связано с переходом от колебаний системы "кювета-жидкость" как целого к раздельному движе-' нию стенок кюветы и раствора активной среды. .В последнем случае колебания в системе "юовета-жидкость" вследствие наличия вязкого трения быстро затухают.

Личный вклад соискателя. Автором диссертации разработан способ скоростной голографической киносъемки и созданы экспериментальные установки для его реализации при изучении фазовых процессов в различных средах.

Анализ полученных результатов и осознание их места в современной науке проведены автором совместно с научными руководителями.

Вклад других соавторов заключается в создании лазерных источников, использовавшихся в' работах, в осуществлении параллельных и не рассматривающихся в данной диссертационной работе исследований в ходе проведения экспериментов.

Апробация результатов диссертации. Основные результаты исследований докладывались на I и II Всесоюзных семинарах "Физика быстропротекающих плазменных процессов" ( Гродно, 1986, 1989 гг. ), VII Белорусско-литовском семинаре "Лазеры

и оптическая нелинейность" ( Минск, 1987 г. ), на XIII Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике (Минск, 1988 г.), на Республиканской конференции "Оптические методы контроля качества продукции" ( Гродно, 1988 г. ), на зональной конференции "Обработка материалов высококонцентрированными источниками энергии" ( Пенза, 1988 г. ), на V Всесоюзном совещании "Диагностика высокотемпературной плазмы" (Минск, 1990 г.), на межотраслевом семинаре "Физические методы исследования прозрачных неоднородностей" ( Москва, 1990 г. ), на Всесоюзном симпозиуме "Физические принципы и методы оптической обработки информации" ( Гродно, 1991 г.), на I и II Международной конференции "Современные проблемы лазерной физики и спектроскопии"(Гродно, 1993 г. и 1995 г.), на Международной конференции "Интерферометрия-94" ( Варшава, 1994 г.), на Международной конференции "Фотомеханика - 95" (Новосибирск, 1995 г.).

Опубликованность результатов. Основное содержание диссертации отражено в пяти статьях в журнале "Квантовая электроника" [11,15,17,19,20], в "Журнале прикладной спектроскопии" [2] и журнале "Весц1 АкадэмИ навук БССР" [10], защищено шестью авторскими свидетельствами [1,4,6,7,8,9]. По материалам исследований опубликовано 32 работы.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из оглавления, введения, общей характеристики работы, четырех глав, выводов и списка использованных источников. Она изложена на 98 страницах машинописного текста, содержит 35 рисунков, одну таблицу и библиографию из 154 наименований. Общий объем диссертации 132 страницы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении и общей характеристике работы обосновывается актуальность темы. Сформулирована цель работы, описана структура диссертации. Отмечается научная новизна, практическая значимость и изложены основные положения диссертации, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена разработке способа скоростной

голографической киносъемки. В разделе 1.1. дается обзор литературы по голографическим методикам исследования развития нестационарных фазовых процессов. Особое внимание уделено работам, где такие исследования проводились в единичном эксперименте. Показано, что при этом используются три основных способа:

1) регистрация голограмм, разнесенных во времени на один и тот же участок фотослоя, но при изменении угла наклона опорного пучка;

2) регистрация голограмм на различные участки фотослоя;

3) голографическая киноинтерферометрия в реальном времени.

Существующими голографическими методиками успешно изучались фазовые процессы с характерными временами развития от десятков .до сотен наносекунд. При изучении более медленных процессов с характерными временами до миллисекунд гологра-фические методики позволяют получить лишь несколько голограмм, сдвинутых во времени, а сложность применяемых при этом оптических схем препятствует их широкому внедрению.

С помощью голографической киноинтерферометрии получают большое число интерферограмм,' а не голограмм исследуемого процесса, тем самым теряя основное преимущество голографи-ческих методик, а именно их информативность.

Изложена сущность способа скоростной голографической киносъемки, который представляет собой сочетание двух последних способов исследования. В нем голограммы, разнесенные во времени регистрируются на различные участки фотопленки. Регистрация же голограмм аналогична применяемой в киноинтерферометрии. т.е. осуществляется с помощью стандартного устройства для скоростной киносъемки. Это позволяет максимально использовать преимущества, характерные для обоих методик: большое число ( не менее 15 ) голограмм, зарегистрированных в единичном эксперименте и простота оптической схемы.

Описана экспериментальная установка для реализации скоростной голографической киносъемки, состоящая из трех узлов: источника зондирующего излучения, голографического интерферометра и устройства для киносъемки голограмм. Она позволяет получать временные развертки нелинейно зарегистрированных голограмм сфорусированного изображения исследуемого фазового процесса на фотопленке с помощью камеры СФР. Диаметр отдель-

ного кадра голограммы 1 см, минимальное время экспозиции отдельного кадра -0,8 мкс.

Описаны методы обработки информации, полученной с помощью скоростной голографической киносъемки. Волновой фронт, восстановленный с голограмм может быть исследован в стационарных условиях как интеферометрическим, так и теневыми методами. Дифракционная эффективность зарегистрированных голограмм такова, что позволяет применять методы повышения чувствительности интерференционных измерений и методы компенсации аберраций оптических элементов экспериментальной установки при интерферометрических исследованиях.

Вторая глава посвящена исследованию с помощью скоростной голографической киносъемки ЛЭПФ. В разделе 2.1. дан обзор работ по исследованию лазерной плазмы. Показано, что для изучения динамики параметров ЛЭПФ в одном эксперименте широко используются голографические методики. Однако существующими методиками невозможно в единичном эксперименте подробно исследовать изменение параметров ЛЭПФ с характерными временами развития от микросекунд до миллисекунд.

Описывается исследование ЛЭПФ, возникающего у поверхности металлических образцов при действии на них сфокусированного излучения мощного лазера на красителе. Плотность мощности лазерного излучения варьировалась в пределах 1+60 Мвт/см2, длительность импульса воздействующего излучения составляла 15 + 20 мкс, переднего фронта 4 + 5 мкс. Выбор такого объекта исследования был обусловлен тем, что воздействующее лазерное излучение характеризуется крайне низкой стабильностью своих выходных параметров, что позволяет говорить о ЛЭПФ, как об объекте нестабильном и плоховоспроизводи-мом. Изучение развития во времени параметров такого объекта в единичном эксперименте возможно только с помощью скоростной голографической киносъемки. В качестве зондирующего использовался рубиновый лазер, работающий в режиме свободной генерации. Исследования проводились как при атмосферном, так и при пониженном до 10"2 мм рт.ст. давлении окружающего образец воздуха.

Для контроля достоверности результатов, полученных с помощью скоростной голографической киносъемки, экспериментальная установка позволяла одновременно исследовать лазер-

ную плазму и традиционными методиками: регистрация щелевых фоторазверток светящегося плазменного образования, регистрация интегральных и разрешенных во времени спектров испускания.

По восстановленным с голограмм теневым картинам была исследована структура ЛЭЛФ, скорости движения плазменного фронта и Фронта ударной волны. По восстановленным интерференционным картинам были получены пространственные распределения электронной плотности лазерной плазмы на разных стадиях ее развития.

Для уточнения электронной плотности с учетом влияния на рефракцию плазмы атомов и ионов материала образца и воздуха были проведены исследования ЛЭПФ с помощью двухдлинноволно-вой скоростной голографической киносъемки. Вторым источником зондирующего излучения был лазер на красителе с коаксиальной ламповой накачкой, а второе устройством для киносъемки регистрировало голограммы в свете излучения этого лазера.

Чтобы исключить влияние атмосферных газов эксперименты проводились при пониженном до 10~г мм рт.ст. давлении воздуха. Различие в смещении полос на интерферограммах, вызванное различием длин волн зондирующих излучений находилось в пределах экспериментальной' точности, которая составляла 10%. Это подтверждало вывод о том, что концентрация атомов и ионов материала образца такова, что ее влиянием на рефракцию плазмы можно пренебречь.

Изучение плазменного факела при атмосферном давлении воздуха позволило разделить вклад в рефракцию плазмы молекул атмосферных газов и электронов. Это особенно существенно в тех случаях, когда облучаемый образец находится при повышенном давлении окружающего его воздуха либо какого - нибудь газа.

Третья глава посвящена изучению таких приповерхностных явлений, как формирование кратера и изменение плотности неупруго деформированного вещества, а также формирование акустических волн, возникающих при действии лазерного излучения на поверхность прозрачных диэлектриков.

В разделе 3.1. дан обзор работ, в которых изучались упругие колебания и развитие во времени неупруго деформированной области в твердых телах под действием лазерного излуче-

ния. Оказалось, что формирование кратера и неупругой зоны при действии длинного лазерного импульса (не менее 1 мс) со сложной пичковой структурой на поверхность прозрачного диэлектрика недостаточно изучена. Применяемые же в некоторых работах методики импульсной голографии позволяли изучать динамику роста кратера или неупруго деформированной зоны во времени лишь в серии экспериментов, что подразумевает хорошую повторяемость исследуемого процесса.

С помощью скоростной голографической киносъемки в единичном эксперименте изучались приповерхностные явления, протекающие в полиметилметакрилате ( ПММА ) при действии на его поверхность длинного лазерного импульса со сложной пичковой структурой, которая менялась случайным образом от импульса к импульсу. В качестве воздействующего использовался рубиновый лазер ГОР-ЮОМ, работающий в режиме, свободной генерации. Энергия импульса генерации варьировалась в пределах 5 * 50 Дж, длительность импульса генерации составляла 1,0 * 1,2 мс.

По восстановленным с голограмм интерференционным картинам определялись поля распределения плотности ПММА. По восстановленным теневым картинам изучалось развитие во времени кратера и поведение акустической волны в образце.

По профилям образовавшегося на поверхности ПММА кратера были получены зависимости его диаметра, глубины и объема от времени и зависимости конечных диаметра, глубины и объема кратера от энергии воздействующего лазерного импульса.

Временные зависимости диаметра, глубины и объема кратера являются гладкими и никак не реагируют на отдельные пички лазерного импульса. При этом их значения оказываются близкими при одном и том же значении энергии воздействующего излучения, независимо от формы импульса, которая менялась случайным образом от эксперимента к эксперименту. Также плавно перемещаются поверхности равной плотности.

При увеличении энергии воздействующего лазерного импульса рост конечных размеров кратера сначала осуществляется за счет преимущественного увеличения его диаметра, и только после того, как площадь кратера более чем в 2 раза превысит размеры пятна фокусировки, начинается его трехмерный рост.

Существенно, что и во времени кратер изменяется таким же образом.

Подобный характер развития кратера объясняется распределением температуры в облучаемом образце, которая в свою очередь определяет распределение плотности в разогретой области образца.

Следует отметить, что рост кратера практически заканчивается через 100 мкс после начала воздействия излучения на вещество, причем это время практически не зависит от энергии лазерного импульса. Очевидно, для использовавшихся плотностей мощности светового потока при временах, больших, чем 100 мкс, поглощаемой энергии уже не хватало для поддержания температуры парообразования на поверхности разросшегося кратера.

В четвертой главе рассматриваются неоднородности, возникающие в активной среде мощного лазера на красителе под действием коаксиального светового импульса накачки.

В разделе 4.1. дан обзор работ, в которых изучались оптические неоднородности, возникающие в жидкости под действием как монохроматического лазерного излучения, так и широкополосного излучения ламп накачки. Было показано, что существуют два механизма образования неоднородностей в кюветах с растворами красителей под действием импульсных ламп. Один из них обусловлен неравномерным тепловыделением в- результате поглощения широкополосного излученияраствором красителя. При этом в жидкости образуются градиенты температуры и возмущения плотности, распространяющиеся в виде термоакустических волн, что приводит к изменению начального показателя преломления жидкости. Подобные неоднородности начинают возникать во всем объеме активной среды практически сразу после начала импульса накачки. Другой механизм образования неоднородностей связан с возникновением и распространением в жидкости акустических волн, формирующихся при деформации стенок кюветы в процессе электрического разряда в лампах накачки.

Вклад в образование оптических неоднородностей активной среды лазера на красителе с ламповой накачкой обоих вышеназванных механизмов различен и определяется как энергетическими параметрами накачки, так и геометрическими и конструктивными особенностями кюветы и импульсных ламп.

Оптические неоднородности активной среды мощных лазеров на красителе определяют в первую очередь большую угловую

расходимость их излучения, нестабильность выходных энергетических параметров и трудности в осуществлении режима повторяющихся с достаточной частотой импульсов генерации.

С помощью скоростной голографической киносъемки и киносъемки теневых картин исследовалось развитие во времени оптических неоднородностей большого объема ( 2.3 л ) активной среды лазера на красителе как в процессе накачки, так и в последующие моменты времени с целью реализации двухимпуль-сного режима.его работы без прокачки активной среды. Для этого кювета с активной средой, имеющая длину 750 мм и диаметр 60 мм и коаксиальная лампа накачки помещались в одно из плеч голографического интерферометра.

В первые 150 мкс после начала светового импульса накачки, когда неоднородности, особенно велики, регистрировались временные развертки теневых картин процесса, происходящего в активной среде лазера, полученные методом расфокусированных решеток. По теневым картинам были рассчитаны вид и величина неоднородностей, обусловленных неравномерным тепловыделением в результате поглощения излучения накачки областью активной среды, до которой не дошла акустическая волна, которая распространяется сразу же после светового импульса накачки от стенок к оси кюветы. Ее скорость не зависит от энергии накачки и равна скорости звука в этаноле. Затем неоднородности приобретают весьма сложный, изменяющийся с периодом Tj = 25 мкс вид.

В последующие моменты времени, когда неоднородности не так велики, регистрировались развертки голограмм активной среды. По восстановленным с них интерференционным картинам определялись величина и вид неоднородностей. Оказалось, что через 250+300 мкс звуковые волны затухают и в активной среде возникают и распадаются неоднородности, эквивалентные сферической линзе, фокусные расстояния которых увеличиваются от периода к периоду. Через некоторое время ( tj. = 800 мкс для Е > 33 кДж и t2 = 5 мс для Е С 33 кДж ) неоднородности стабилизируются и становятся эквивалентны сферической линзе.

При больших временах, когда неоднородности слабы, с голограмм восстанавливались интерференционные картины с компенсацией аберраций. Термостабилизация активной среды наступала через 1-нЗ часа в зависимости от уровня накачки.

Достоверность полученных результатов проверялась акустическим методом. Кривая давления в первые 300 мкс представляет собой два типа осцилляций, наложенных друг на друга - с незначительной амплитудой и периодом Т^ = 25 мкс и более интенсивные с периодом Т2 = 1,2 мс. Значения периодов и то, что они не зависят от энергии накачки позволяет предположить, что первый тип осцилляций давления связан с радиальным движением активной среды Т4 = Р/с , а второй определяется осевым движением Т2 = 1/с . Стабилизация давления в кювете с активной средой происходит за ^ =5 мс при Е < 33 кДж и гг = 800 мкс при Е > зз кДж.

Подобное резкое уменьшение времени стабилизации с увеличением энергии накачки связано с переходом от колебаний системы "кювета-жидкость" как целого к раздельному движению стенки кюветы и активной среды. В последнем случае колебания в системе "кювета-жидкость" вследствие наличия вязкого трения быстро затухают.

Таким образом, результаты скоростной голографической киносъемки и киносъемки теневых картин совпадают с данными акустической методики, при этом скоростная киносъемка позволила определить не только характер поведения, но вид и величину неоднородностей в активной среде. Исследования позволили реализовать двухимпульсный режим генерации лазера при подаче второго импульса накачки во время релаксационной стабилизации, когда неоднородности активной среды эквивалентны сферической линзе. При этом в качестве глухого использовалось ретрорефлекторное зеркало.

ВЫВОДЫ

1.Разработан способ скоростной голографической киносъемки, позволяющий исследовать временной ход быстропротекающих фазовых процессов в любых средах в единичном эксперименте с временным разрешением не хуже 0,8 мкс.

2.Создан экспериментальный стенд, позволяющий одновременно с результатами скоростной голографической киносъемки по динамике развития быстропротекающих фазовых процессов в

твердых, жидких и газообразных средах получать данные и традиционными методами.

3.Определено пространственно - временное изменение полей концентраций электронов и тяжелых частиц лазерного эрозионного плазменного факела, возникающего при действии на металлический ( А1, Си, 7& ) образец излучения родаминового лазера со средней плотностью мощности 5*30МВт/см2. Показано, что вклад в рефракцию плазмы молекул атмосферных газов существенней в области, прилегающей к ударной волне, а вклад атомов и ионов материала образца пренебрежимо мал. Исследованы характер движения фронта ударной волны и временной ход фронта плазменного образования у поверхности этих образцов. Обнаружено, что характер их движения не зависит от материала образца и определяется средней плотностью мощности воздействующего лазерного излучения.

4.Исследована динамика роста кратера и эволюция плотности неупруго деформированной области полиметилметакрилата при действии на его поверхность длинного лазерного импульса с хаотической пичковой структурой и энергией 5+50Дж. Временные зависимости параметров кратера являются гладкими и никак не "реагируют" на отдельные пички лазерного импульса. Также плавно перемещаются и поверхности равной плотности. Обнаружен эффект неравномерного развития кратера и разогретой области.

5.Изучена динамика образования оптических неоднородностей в кювете с раствором активной среды мощного лазера на красителе, возникающих как в процессе, так и после светового импульса накачки. Показано, что наиболее сильные неоднородности образуются вследствии движения акустических волн, возникающих из-за деформаций стенок кюветы в процессе электрического разряда в лампе накачки, причем радиальные колебания плотности в этих волнах затухают быстрее осевых, которые носят ярко выраженный релаксационный характер.

6.Определены оптимальные интервалы подачи второго импульса накачки во время релаксационной стабилизации давления в кювете с активной средой и реализован двухимпульсный режим генерации в мощном лазере на красителе. Показано, что частота следования импульсов увеличивается по мере нарастания уровня накачки, а следовательно и энергии генерируемых све-

товых импульсов.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. А. с. 1340538 СССР, МКИ Н 01 Б 3/106. Импульсный лазер с регулируемым спектром излучения / Б. А. Барихин, А. Л. Дударевич, В.И.Недолугов, А.Ю.Иванов (СССР).- 401188/31-25; Заявлено 06.12.85.

2. Барихин Б.А., Дударевич А.Л., Недолугов В.И. Методика исследования плазмодинамических процессов с помощью высокоскоростной голографии // ЖПС.- 1986,- Т. 10, N 6.-С. 1006-1009.

3. Барихин Б. А., Дударевич А. Л., МинькоЛ.Я., Недолугов В. И., Чумаков А.Н., Чивель Ю.А. Исследование динамики воздействия излучения родаминового лазера на металлы // Всесоюз. семинар "Физика быстропротекающих плазменных процессов". Тез. докл.- Гродно. 1986. - С.55-56.

4. А.с.1323926 СССР, МКИ в 01 N 21/45. Устройство для измерения показателя преломления фазовых сред / Б. А. Барихин, И.С. Зейликович, Н.В. Карнаухов, В. И. Недолугов, Н.Ы. Спорник ( СССР ).- 4048296/31-25; Заявлено 28.01.86; Опубл. 15.07.87, Бюл. N 26.

5. Недолугов В.И., Дударевич А. Л., Барихин Б. А. Голографи-ческая диагностика эрозионного факела // VII Белорусско-литовский семинар "Лазеры и оптическая нелинейность".-Минск. 1987.- с. 143-145.

6. А.с.1561640. МКИ С 01 В 9/021. Голографический интерфе-

рометр для исследования нестационарных фазовых объектов / Н.В. Карнаухов. В.И. Недолугов. Е. М. Платонов (СССР).- 4353314/31-25; Заявлено 04.01.88.

7. А. с. 1610407 СССР, МКИ й 01 Ы 17/02. Способ определения линейных размеров твердотельного изделия / Ю. А. Быковский, Я.Ю. Зысин. А.Ю. Иванов. В.И. Недолугов ( СССР ).-4494321/25-28; Заявлено 28.06.88; Опубл. 30.11.90, Бюл. N 44.

8. А.с. 1604032 СССР, МКИ С 01 В 9/021. МногопроходоВЫЙ го-лографический интерферометр для исследования быстропроте-

кающих процессов / В.И.Недолугов, Е.М.Платонов (СССР)--4469044/31-25; Заявлено 01.08.88.

9.А.с. 1600168 СССР, МКИ В 23 К 26/00. Способ контроля глубины деформируемой зоны материала при лазерной обработке/ А.Ю.Иванов, В.И.Недолугов (СССР).- 4604988/31-27; Заявлено 14.11.88.

10. Минько Л.Я., Чумаков А.Н., Чивель Ю.А., Дударевич А.Л., Недолугов В.И. Спектроскопические и интерферометрические исследования плазменных факелов при воздействии излучения родаминового лазера на поглощающие материалы // Весц1 АН БССР, сер. ф1з.-мат. навук. - 1989,- N 6,- С.100-105.

11. Иванов А. Ю., Недолугов В. И. Временные характеристики акустических волн, возникающих при действии лазерного импульса на поверхность металла // Квантовая электроника. -

1989,- Т.16, N 4,- С.801-805.

12.Иванов А. Ю., Недолугов в.И. Скоростная лазерная двухдлин-,новолновая голографическая интерферометрия быстропротека-ющих фазовых процессов // Зональный научно-практич. семинар "Лазеры в народном хозяйстве и научных исследованиях". Тез. докл.- Челябинск, 1990,- С.66-67.

13.Иванов А.Ю., Недолугов В.И. Исследование временной эволюции поля плотностей электронов и тяжелых частиц в лазерной плазме // V Всесоюз. совещание по диагностике высокотемпературной плазмы. Тез. докл.- Минск, 1990.-С.377-378.

14.Недолугов В.И. Скоростная голографическая киносъемка лазерной плазмы у поверхности образца // Физические методы исследования прозрачных неоднородностей.- М.: МДНТП,

1990,- С.31-32.

15.Барихин Б.А., Иванов А.Ю., Недолугов В.И. Скоростная голографическая киносъемка лазерной плазмы // Квантовая электроника,- 1990,- Т.17, N П.- С.1477-1480.

16.Недолугов В.И. Голографические методы исследования динамики развития быстролротекающих процессов // Всесоюз. симпозиум "Физические принципы и методы обработки информации". Тез. докл.,- Гродно, 1991,- С.53.

17.Барихин Б.А., Иванов А.Ю.. Кудрявкин Е.В.. Недолугов В.И. Динамика развития неоднородностей в активной среде жидкостного лазера // Квантовая электроника. -

1991,- Т.18, N 7,- С.836-839.

18.Недолугов В.И. Высокоскоростные голографические исследования фазовых объектов // Междунар. конференция "Современные проблемы лазерной физики и спектроскопии". Тез. докл.- Гродно, 1993.- С.302.

19.Васильев С.В., Иванов А.Ю., Недолугов В.И. Динамика роста и формирование упругих волн при действии на поверхность прозрачного диэлектрика миллисекундного лазерного импуль-

. са // Квантовая электроника.- 1994.- Т.21, N 4,-С.324-328.

20. Барихин Б.А., Иванов А.Ю., Кудрявкин Е.В., Недолугов В. И. Двухимпульсный лазер на красителе с ламповым возбуждением // Квантовая электроника.- 1994.- Т.21, N 4,- С.301-302.

21.Vasilyev S.V., Ivanov А.У., Nedolugov V. I. Holographic Investigation of Dlnamics of Crater Growth during Laser Treatment Transporent Dielectric // SPIE International conference "New Techniques and Analysis in Optical Measurements".- Warsaw, 1994.- SPIE Proceedings.- 1994,- Vol. 2340,- P.454-460.

22.Иванов А.Ю.,.Минько Л.Я., Недолугов В.И. Скоростная го-лографическая киносъемка быстропротекающих процессов в различных средах //II Междунар. конференция по лазерной физике и спектроскопии. Тез. докл.- Гродно, 1995,- С. 236238.

23.Vasilyev S.V., Ivanov A.Y., Nedolugov V.I. Studiing of Interaction between Impulse Laser's Radiation and Dielectric Media Surface by Holographic Interferometry // SPIE International conference " Photomechanics '95 ".- Novosibirsk, 1995,- SPIE Proceedings.- 1996.- Vol.2791.- P.170-174.

РЗЗЮМЭ. Недалугау Уладз1м1р 1ль1ч. Галаграф1чныя дасле-давання хуткапрацякаючых працэсау у празрыстых асяроддзях.

Ключавш словы: хуткая галаграф!чная к1наздымка, лазер-ны эраз!йны плазменны факел, эвалюцыя электроннай шчыльнас-ц1. кратэр, лазер на крас!целе з каакс1альнай пампо^Ьсай.

Ва уступнай частцы аутарэферата дадзена агульная харак-тэрыстыка работы. Адзначана актуальнасць тэмы, мата работы, навуковая нав1зна, практичная цэннасць, абараняемыя палажэн-н1, апрабацыя работы 1 публ!кацы! па тэме дысертацы!.. а так-сама асаб1сты уклад аутара. У асноунай частцы аутарэферата дадзена сц1плае апхсанне дысертацы! па главах. У першай главе дысертацы! дадзены агляд галаграф!чных методик даследван-ня нестацыянарных аб'ектау, ап!сан спосаб хуткай галаграф1ч-най к1наздымк! хуткапрацякаючых працэсау. Дадзена аптычная схема для яго здзяйснення. У другой главе метадам хуткай га-лаграф!чнай к!наздымк! даследавана лазерная плазма, Шцы1-раваная у паверх! метал!чных абразцоу 1мпульсам радам!навага лазера. Вызначана часовая эвалюцыя палеу канцэнтрацый злект-ронау и. цяжк!х часцЩ, таксама даследаваН характар руха фронта ударнай хвал1. У трэццяй главе даследавана дынамша роста кратэра пры дзеянне мШсекунднага святловага !мпульса па паверхн! празрыстага дыялектрыка. У чацвертай главе мета-дами хуткай к1наздымк1 галаграм, ценявых, !нтэрферэнцыйных карщн даследавана дынам!ка разв1цця неаднароднасцей у ак-тыунам ассяродзе лазера на крас1целе з каакс1альнай пампоу-кай. Паказана, што для здзяйснення шмат1мпульснага рэжыма працы лазера 1 памяньшэння перарыунасц! неабходна узбуджаць актыунае ассяродзе як мага больш мошрым! !мпульсам! пампоу-к1. У заключнай частцы апЮаны асноуныя вын1к1 работы 1 пры-ведзены спхс работ па тэме дысертацы!.

Б!бл!яграф1я - 23 назв.

РЕЗЮМЕ. Недолугов Владимир Ильич. Голографические исследования быстропротекаклцих процессов в прозрачных средах.

Ключевые слова: скоростная голографическая киносъемка, лазерный эрозионный плазменный факел, эволюция электронной плотности, кратер, лазер на красителе с коаксиальной накачкой.

Во вводной части автореферата дана общая характеристика работы. Отмечены актуальность темы, цель работы, научная новизна, практическая и научная ценность, защищаемые положения, апробация работы и публикации по теме диссертации, а также описана структура, объем диссертации и личный вклад автора. В основной части автореферата дано краткое описание диссертации по главам. В первой главе диссертации дан обзор голографических методик исследования нестационарных объектов. Описан способ скоростной голографической киносъемки быстропротекающих фазовых процессов. Приведена оптическая схема для его реализации.. Во второй главе методом скоростной голографической киносъемки исследовалась лазерная плазма. инициированная у поверхности металлических образцов импульсом родаминового лазера. Определена временная эволюция полей концентраций электронов и тяжелых частиц, а также исследован характер движения фронта ударной волны. В третьей главе исследована динамика роста кратера при действии милли-секундного светового импульса со сложной временной формой на поверхность прозрачного диэлектрика. В четвертой главе методами скоростной киносъемки голограмм, теневых и интерференционных картин исследована динамика развития неоднород-ностей в активной среде лазера на красителе с коаксиальной накачкой. Показано, что для реализации многоимпульсного режима работы лазера и уменьшения скважности необходимо возбуждать активную среду как можно более мощными импульсами накачки. В заключительной части описаны основные результаты работы и приведен список работ по теме диссертации.

Библиография - 23 назв.

SUMMARY. Nedolugov Vladimir Ilylch. Holographic investigations of fast-running prosesses in transparent matters.

Keywords: Fast Holographic Filming, Laser Erosion Plasma Facel, Evolution of Electron Dencity, Cavety, Day Laser with Coaxial Pumping.

A common characteristic of the work is given in the introductory part of the paper. The subject actuality, purpose of the dissertation, sclentlflcal novelty, practical and sclentlflcal importance, theses being defended, approving and publications are marked. The structure, volume and personal author's contribution are described also. A brief description of the dissertation is given in the main part of the author's abstract. The review of the holographic metho-dics of investgation of non-stationary objects is given in the first chapter.

At the second chapter a fast holographic cinematography method was used to investigate a laser plasma initiated by the surfaces of metal samples by pulses from a rhodamine laser. The time evolution of the electron densities and heavy-particle concentrations was determined and a study was made of the nature of motion of a shock wave front. At the third chapter a study was made of the dynamics of crater growth when a millisecond light pulse with a complex temporal profile interacted with the surface of a transparent insulator. At the fouth chapter a fast filming of holograms, shadow interference patterns method have been employed to investigate a dinamics of development of inhomogeneitis in the activ medium of a coaxially pumped dye laser. It is also shown that the active medium should be excited by pump pulses the power of which should be as high as possible in order to realize the multipulse laser performance and reduction of the duty ratio. The main results are described in the conclusive part. The principal articles are listed.

Bibliography - 23 ref.

НЕДОЛУГОВ Владимир Ильич

ГОЛОГРАФИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ БЫСТРОЛРОТЕКАЮЩИХ ПРОЦЕССОВ В ПРОЗРАЧНЫХ СРЕДАХ

Подписано к печати <¡>.04- . Формат 60x90 1/16

Тип бумаги-типографская. Печать офсетная. 0бъем1.38п.л. 1.10 уч.-изд.л. Тираж 100 экз. Заказ 66 . Бесплатно.

Институт физики им. Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси. 220602, Минск,ГСП, проспект Ф. Скорины, 70 Отпечатано на ротапринте Института физики НАНБ Лицензия ЛП N 20.