Пространственно-временные и спектральные характеристики лазерной плазмы в области взаимодействия плазменных фронтов при оптическом пробое в нормальной атмосфере тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

На правах рукопжм

НАГОРНЫЙ ИВАН ГРИГОРЬЕВИЧ

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ И СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАЗЕРНОЙ ПЛАЗМЫ В ОБЛАСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПЛАЗМЕННЫХ ФРОНТОВ ПРИ ОПТИЧЕСКОМ ПРОБОЕ В НОРМАЛЬНОЙ АТМОСФЕРЕ.

01.04.05-Оптика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Владивосток - 2005

Работа выполнена в лаборатории «Лазерной оптики и спектроскопии» Тихоокеанского океанологического института им. В.И. Ильичева ДВО РАН.

Научный руководитель: д.ф-м.н., профессор Букин О. А.

Официальные оппоненты: д ф-м н , профессор, Кузьменко А. П.

к.ф-м.н. Воропаев С. Ф.

Ведущая организация Федеральное государственное -

унитарное предприятие «Всероссийский НИИ физико-технических измерений» (Дальстантарт).

Защита состоится «22» ноября 2005 на заседании диссертационного совета ДМ218.003.01 при дальневосточном государственном университете путей сообщения по адресу: 680021, г. Хабаровск, ул. Серышева, д.47, ауд. 230.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Дальневосточного государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан «<тУ ^¡СТфО/Л4* 2005 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, к т.н.

ХАМ^/[¡Ша^гпта Т.Н

Моб-У &9ЧЧ5Ч

Общая характеристика работы.

Актуальность работы вызвана малой изученностью механизмов движения и взаимодействия плазменных фронтов, распространяющихся в газовой атмосфере в лазерных полях с различными энергетическими и спектральными параметрами. Результаты таких исследований необходимы для решения как фундаментальных, так и прикладных проблем.

Информация о режимах движения и взаимодействия плазменных фронтов важна при рассмотрении процессов воздействия мощного лазерного излучения на вещество, в предельно высоких по интенсивности лазерных полях. В литературе практически отсутствует описание экспериментов по изучению режимов движения фронтов в случае генерации оптического пробоя лазерными импульсами сложной временной формы в газовой атмосфере.

Актуальным является не только исследование самих механизмов такого взаимодействия, но и исследование параметров плазмы, которая образуется в области столкновения фронтов при наличии интенсивных лазерных полей.

Решение задач, поставленных в работе, позволит значительно повысить чувствительность метода лазерной искровой спектроскопии за счет создания в областях взаимодействия плазменных фронтов условий, при которых повышается интенсивность эмиссионных линий исследуемых элементов на фоне непрерывного излучения лазерной плазмы, а так же создать новые методы разогрева лазерной плазмы.

Целью работы является определение режимов движения плазменных фронтов, при оптическом пробое, генерируемым лазерным импульсом сложной временной формы в нормальной атмосфере, для различных плотностей мощности и длин волн лазерного излучения, исследование пространственно-временной и спектральной динамики излучения плазмы, находящейся в области взаимодействия плазменных фронтов.

Задачи исследований.

1. Создание экспериментального комплекса для проведения исследований процессов взаимодействия встречных плазменных фронтов и режимов их распространения.

2. Исследование режимов движения плазменных фронтов при оптическом пробое в нормальной атмосфере, лазерными импульсами сложной временной формы, с различными энергетическими и спектральными параметрами лазерных импульсов.

3. Изучение пространственно временных распределений интенсивности свечения лазерной плазмы в областях взаимодействия плазменных фронтов, распространяющихся во встречных направлениях при различных режимах движения.

4. Исследование временной динамики эмиссионных спектров излучения лазерной плазмы при взаимодействии встречных фронтов лазерной плазмы.

Научная новизна.

1. Впервые проведено исследование режимов движения разлетающейся плазмы при лазерном пробое в нормальной атмосфере, в случае генерации пробоя лазерным импульсом сложной временной формы, для различных значений плотностей мощности лазерного излучения и при различных длинах волн лазерных импульсов,

2 Впервые проведено исследование пространственно-временных и спектральных характеристик излучения лазерной плазмы в области взаимодействия двух плазменных фронтов, распространяющихся в различных режимах во встречных направлениях, в условиях нормальной ат'мосферы.

Практическое значение работы.

1. На основе результатов, полученных по исследованию взаимодействия встречных плазменных фронтов возможна разработка метода, направленного на дополнительный разогрев плазмы в области взаимодействия фронтов при наличии интенсивных лазерных полей 2 Повышение интенсивности эмиссионных линий на фоне непрерывного излучения плазмы при встречном взаимодействии лазерных фронтов,

распространяющихся в режиме светодетонационной волны, позволяет использовать этот режим взаимодействия для повышения чувствительности метода лазерной искровой спектроскопии.

На защиту выносятся следующие положения:

1. При оптическом пробое в нормальной атмосфере лазерными импульсами с интенсивностями в диапазоне от 4x109 Вт/см2 до 6x1010 Вт/см2 происходит смена режима движения плазменных фронтов в процессе их распространения. От режима быстрой волны ионизации (БВИ), наблюдаемой в начальные моменты, к режиму светодетонационной волны (СДВ) в конце лазерного импульса.

2. Процесс взаимодействия встречных плазменных фронтов распространяющихся в режиме СДВ, приводит к двукратному увеличению интенсивности свечения лазерной плазмы в области взаимодействия, по сравнению с суммарной интенсивностью свечения плазмы при невзаимодействующих фронтах.

3 В области взаимодействия плазменных фронтов, распространяющихся в режиме СДВ, наблюдается двукратное увеличении контраста эмиссионных линий однократно ионизованных атомов, относительно значения контраста линий в невзаимодействующей плазме 4. Максимальное значение контраста эмиссионных линий однократно ионизованных атомов в области взаимодействия плазменных фронтов распространяющихся в режиме СДВ, достигается с задержкой порядка 100 не относительно максимума контраста в невзаимодействующей плазме. В случае взаимодействия фронтов величина контраста линий, превышает его максимальное значение в невзаимодействующих плазменных факелах, как минимум а течении 200 не.

Апробация работы.

Основные результаты, вошедшие в диссертационную работу, опубликованы в работах [1 - 15] и докладывались на следующих конференциях. VI конференция "Аналитика Сибири и Дальнего Востока". Новосибирск 2000 г, Научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов, студентов "Современные методы мониторинга морских систем" Владивосток, 2000 г; Всероссийская межвузовская научно -

техническая конференция "Фундаментальные и прикладные вопросы естествознания". Владивосток, 2003 г.; Всероссийская научная конференция студентов физиков и молодых ученых "ВНКСФ -10" Москва, 2004 г.; Forth Asia-Pacific Conference "Fundamental Problems of Opto- and Microelectronics". Khabarovsk, 2004; Региональные конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Владивосток, 2000 - 2004 гг.

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа содержит введение, 4 главы, заключение, список цитируемой литературы. Общий объем работы составляет 118 страниц, включая 55 рисунков, 7 таблиц и библиографию из 102 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обосновывается актуальность и практическая значимость работы, формулируется цель диссертации, кратко описывается содержание глав.

Первая глава представляет собой аналитический обзор работ по генерации оптического пробоя в газе и на поверхности конденсированных сред, проведенный в контексте исследования режимов движения плазменных фронтов и их взаимодействия.

Во второй главе описана экспериментальная установка, которая была использована при проведении экспериментов. В параграфе 2 1. приведены характеристики лазеров, которые были использованы для получения оптического пробоя на поверхности конденсированных сред и в нормальной атмосфере [1 - 6]. В экспериментах использовалось основное излучение и вторая гармоника излучения М УАО лазера. Оптический пробой возбуждался лазерным импульсом сложной временной формы, временная форма лазерных импульсов, используемых для пробоя в нормальной атмосфере и на поверхности конденсированных сред, приведена на рис 1.

а б

Рис1. Временная форма лазерных импульсов, которые были использованы в экспериментах, а - при возбуждении оптического пробоя в газе, б - на поверхности конденсированных сред.

В параграфе 2 2. описана система фокусировки лазерных импульсов, которая использовалась для проведения исследований взаимодействия

встречных плазменных фронтов [7], теневая камера для визуализации ударных волн [8 - 11], аппаратура, разработанная для регистрации слабых эмиссионных линий лазерной плазмы [12, 13]. Система позволяла проводить исследование режимов движения плазменных фронтов в невзаимодействующих плазмах [14], а так же получать два встречных плазменных фронта при различных расстояниях между точками фокусировки лазерных импульсов [7]. На рис. 3 приведено изображение двух встречных лазерных факелов, при расстоянии между точками фокусировки равном 1 мм.

Рис 3. Фотография двух встречных плазменных фронтов.

Аппаратура, которая использовалась для регистрации пространственно-временных и спектральных параметров свечения плазменных фронтов, как одиночных, так и в режиме взаимодействия, а так же методика проведения экспериментов описана в разделах 2 3 и 2 4.

Третья глава посвящена определению режимов распространения плазменных фронтов, при возбуждении оптического пробоя Лазерными импульсами с различными значениями плотностей мощности в точке фокусировки и разными длинами волн [7]. Для достижения различных величин плотности мощности использовались фокусирующие линзы с разными фокусными расстояниями. Эксперименты были проведены для

лазерных импульсов с длинами волн 532 нм и 1064 нм. В таблице 1 представлены значения интенсивностей лазерных импульсов, которые использовались в экспериментах.

Таблица 1 Оценка интенсивности лазерного импульса по диаметру пятна фокусировки в зависимости от длины волны лазера и фокуса линзы

Длина волны лазера, нм Фокус линзы, мм Диаметр кратера, мм Плотность мощности, Вт/смг

ПИ. ОИ

532 75 0,6 4x109 6x10®

1064 75 0,75 5x109 8x10®

532 40 0,4 8x10® 1x1010

1064 40 0,45 1х10ю 2x1010

532 15 0,2 3x1010 6x1010

1064 15 0,3 3x1010 5x1010

ПИ-значения плотности мощности првдымпульса лазерного излучения, ОИ - основного импульса. Оценка плотностей мощности в фокусе проводилась с использованием значений размеров кратера, образованного при фокусировке лазерного излучения на алюминиевую поверхность.

Таким образом, значения интенсивности лазерных импульсов, генерирующих оптический пробой, находились в диапазоне от 3,6x109 до 5,7x1010 Вт/см2.

В параграфе 3.1 экспериментальных данные представлены в виде графиков показывающих временную зависимость скорости движения плазменных фронтов и (г - - диаграмм (см. рис. 4).

На основании анализа экспериментальных данных, показано, что характер распространения плазменных фронтов, при возбуждении лазерным импульсом с длиной волны 532 нм, интенсивностью излучения на уровне 6x1010 Вт/смг, носит очень сложный характер и зависит от направления распространения фронта относительно лазерного излучения.

а 6

Рис. 4 Случай распространения лазерной плазмы в направлении по лучу ^ = 15 мм, = 532 нм), а - временная зависимость скорости движения фронтов, б - (г - 0 - диаграмма.

Преобладание режима световой детонации реализуется только в направлении распространения лазерного излучения, т.е., при движении вперед. В то время, как при движении навстречу лазерному излучению, наиболее вероятным является смена режима распространения от быстрой волны ионизации (на временах порядка б - 7 не от начала пробоя предымпульсом и основным импульсом) к светодетонационному режиму на более поздних временах. Сравнение величин максимальных и минимальных скоростей в различных направлениях показывает, что для ПИ и ОИ они примерно совпадают, несмотря на различную величину плотностей мощности ПИ и ОИ.

В направлении по лучу скорости меняются в диапазоне от 105 м/с до 2x104 м/с, в направлении навстречу импульсу от 3x105 м/с до 3x104 м/с. Что объясняется, скорее всего, зависимостью скоростей от условий распространения (оптический пробой, генерируемый ПИ, происходит в нормальной атмосфере, в то время как, ОИ генерирует пробой в нагретом и частично ионизованном газе).

В параграфе 3 2 представлены результаты определения скоростей и режимов распространения плазменных фронтов в свободной атмосфере при интенсивностях от Ю10 Вт/см2 до 4x109 Вт/см2 (фокусы 40 и 75 мм соответственно).

По сравнению с фокусом 15 мм отмечено возрастание нестабильности лазерного пробоя, что привело к значительному увеличению дисперсии суммарной интенсивности свечения плазмы. Был выполнен анализ режимов движения и величин скоростей фронтов, генерируемых ПИ и ОИ, подобный тому, который был проведен в параграфе 3.1. Он показал, что при меньших значениях плотности мощности лазерного излучения общей тенденцией является переход к распространению в режиме быстрой волны ионизации (БВИ) при уменьшении плотности мощности лазерного импульса.

Режим светодетонационной волны (СДВ) преобладает только для значений плотностей мощности излучения более 3x1010 Вт/см2 как при движении в направлении лазерного импульса, так и в противоположном направлении (фокус 15 мм) При меньших значениях плотностей мощности происходит предположительно смена режимов от БВИ к СДВ.

В параграфе 3.3 рассмотрены режимы движения плазменных фронтов при пробое лазерным импульсами 1064 "нм, интенсивностью (5x10е -5x1010) Вт/см2.

К особенностям пробоя на данной длине волны можно отнести гораздо меньшие масштабы распространения плазменного фронта по лучу, что может быть объяснено значительно большим значением коэффициента поглощения лазерного импульса в образованной им плазме, по сравнению с пробоем на длине волны 532 нм.

Второй особенностью является значительное возрастание дисперсии интенсивности свечения плазменных факелов за счет увеличения числа многократных пробоев, что привело к значительным ошибкам в определении местоположения фронтов и определению режимов их распространения.

Режим СДВ был зарегистрирован только для фокусного расстояния 15 мм в направлении по лучу (на начальной стадии развития) как для ПИ, так и для ОИ.

В четвертой главе проводиться исследование динамики интегральной интенсивности плазмы, а так же сравнение эмиссионных спектров, зарегистрированных в случае невзаимодействующих фронтов, со спектрами зарегистрированными в области взаимодействия фронтов Отмечены особенности появляющиеся в динамике эмиссионного и

сплошного спектра в области взаимодействия плазменных фронтов в свободной атмосфере. Рассмотрен контраст эмиссионных линий на фоне непрерывного излучения плазмы при одиночном пробое и в зоне взаимодействия плазменных фронтов [7]. В главе проводится сравнение динамики эмиссионного и сплошного спектра в свободной атмосфере [14] со спектрами при оптическом пробое вблизи поверхности конденсированных сред [15].

В параграфе 4.1 описываются результаты измерения динамики интегральной светимости (по всему регистрируемому спектральному интервалу от 200 до 700 нм), измеренной за временной интервал в 1 мкс. На рис. 5 приведена типичная зависимость величины интегральной светимости от расстояний между точками фокусировки обоих импульсов. По горизонтальной оси рисунка отложено расстояние между фокусами, положительное расстояние означает взаимодействие передними фронтами, отрицательное - задними.

250 200 150

100

50 0

-5 -4-3-2-10 1 2 3

Рис. 5. Интегральная светимость лазерной плазмы в зависимости от расстояния между фокальными точками (в относительных единицах по вертикали) Красная линия обозначает суммарное свечение невзаимодействующих плазм.

Анализ поведения интегральной светимости и режимов движения плазменных фронтов, которые были описаны в гл. 3, позволяет выделить три пространственные зоны взаимодействия, в которых наблюдается характерное поведение интегральной светимости.

Первая зона, в которой наблюдается увеличение суммарной интенсивности свечения плазмы до 70% по сравнению со случаем невзаимодействующих фронтов, располагается в диапазоне расстояний между фокальными точками от + 2 до 0 мм, и соответствует взаимодействию плазменных факелов передними фронтами.

Вторая зона, в которой увеличение суммарной интенсивности свечения плазмы составляет около 20% относительно суммарной интенсивности не взаимодействующих плазм, располагается в диапазоне расстояний между фокальными точками от 0 до - 2,5 мм Для этой пространственной зоны характерно появление единого плазменного образования, с точки зрения временного разрешения регистрирующей аппаратуры применявшейся в эксперименте.

Третья зона, в которой увеличение суммарной интенсивности свечения составляет до 85%, располагается в диапазоне расстояний между фокальными точками от - 2,5 до - 4,5 мм, и соответствует взаимодействию плазменных факелов задними фронтами.

В параграфе 4 2 проводится анализ пространственно - временного распределения интенсивности свечения плазмы с использованием 3D графиков. Пример построения такого изображения приведен на рис. 6, в верхней части рисунка: Real (эксперимент), Simulated (сумма двух невзаимодействующих плазм), в нижней части - их разница. По вертикальной оси z - отложена относительная интенсивность, по горизонтальной оси у - расстояние вдоль оси распространения лазерных импульсов , по оси х - временная развертка от 0 до 100 не.

Анализ 3D гарфиков позволил проследить временную динамику положения максимумов светимости и сопоставить их с различными режимами движения в каждой из трех характерных зон.

Ява) МбО вкпиий«!, 1190

Рис 6. Пространственно-временной профиль интенсивности свечения лазерной плазмы при взаимодействии задними фронтами

В параграфе 4.3 приведен детальный анализ двумерных распределений интенсивностей интегральной светимости в зависимости от того, в каком режиме осуществляется взаимодействие плазменных фронтов.

В параграфе 4.4 приведены основные результаты, полученные при исследовании .динамики спектральных линий и сплошного спектра лазерной плазмы Определены характерные времена высвечивания максимальной интенсивности эмиссионных линий (на примере однократно ионизованного атома азота) и сплошного спектра. Проведено сравнение этих времен в случае невзаимодействующей плазмы и при взаимодействии Приведен результат измерения временной зависимости контраста эмиссионной линии (на примере однократно ионизованного азота) для невзаимодействующей плазмы и в случае встречного взаимодействия. На рис 7 приведен пример такой зависимости.

Рис. 7. Временное поведение контраста эмиссионной линии однократно ионизованного азота с длиной волны 500,5 нм, для различных положений плазменных факелов. По вертикальной оси отложено отношение интенсивности линии (V к значению фона под ней (1ф) в каждой из зон, по горизонтальной - время в не.

В параграфе приведены результаты исследования взаимодействия плазменных фронтов при генерации двух встречных плазменных фронтов над поверхностью алюминиевой пластинки. Показано, что в области взаимодействия фронтов наблюдается значительное увеличение интенсивности свечения лазерной плазмы.

В заключении представлены основные результаты работы, которые формулируются следующим образом

1. Создана экспериментальная установка, позволяющая исследовать процессы распространения плазменных фронтов, а так же взаимодействия фронтов при встречном движении, в процессе оптического пробоя в атмосфере и вблизи поверхности конденсированных сред. Включая

систему фокусировки встречных пучков лазерного излучения, систему обеспечения визуализации плазменных фронтов и ударных волн. В процессе создания установки разработана аппаратура для регистрации эмиссионных линий малой интенсивности.

2. Определены скорости и режимы движения плазменных фронтов при их распространении в нормальной атмосфере в зависимости от энергетических и спектральных параметров возбуждающего лазерного излучения. Показано, что движение плазменных фронтов носит сложный характер, для излучения с длинами волн 1064 нм и 532 нм в рассматриваемом диапазоне интенсивностей лазерного излучения от 4х109 до 6хЮ10 Вт/см2, в основном, реализуется режим движения, при котором волна быстрой ионизации, на конечных этапах движения переходит в светодетонационную волну. Преобладание режима СДВ наблюдается в направлении распространения лазерного излучения при пробое воздуха импульсом с интенсивностью в диапазоне 3x1010 - 6x1010 Вт/см2.

3. Проведены исследования пространственно - временного распределения и динамики спектров излучения лазерной плазмы при взаимодействии встречных плазменных фронтов, генерируемых лазерным излучением с длиной волны 1064нм и 532нм, с интенсивностью порядка 6x1010 Вт/см2

4. Показано, что в зоне столкновения плазменных фронтов, происходит значительное увеличение интенсивности свечения лазерной плазмы, при этом максимальные интенсивности излучения сплошного и эмиссионного спектров регистрируются на больших временах от начала пробоя, по сравнению со случаем невзаимодействующей лазерной плазмы Максимальное увеличение интенсивности наблюдается в зонах взаимодействия фронтов, распространяющихся в режиме светодетонационной волны.

6. Зарегистрировано, что при взаимодействии плазменных фронтов увеличивается максимальный контраст эмиссионных линий Максимум контраста наблюдается позже, чем для невзаимодействующих плазменных фронтов. При этом превышение уровня соответствующего максимальному контрасту в невзаимодействующих факелах, наблюдается в течении нескольких сотен не. Что позволяет, значительно увеличить время накопления сигнала с хорошим контрастом.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Д.А. Большаков, И.Г Нагорный, В.И. Царев "Лазерная искровая спектроскопия природных и промышленных вод". VI конференции аналитика Сибири и Дальнего Востока Тезисы докладов Новосибирск 2000г., С.136.

2. И.Г. Нагорный "Создание лазерных комплексов для исследования генерации ударных волн при оптическом пробое жидкости и газа" Всероссийская научная конференция студентов физиков и молодых ученых "ВНКСФ -10". Тезисы докладов. Москва, 2004, с 1046 -1047.

3. И Г. Нагорный "Судовой аппаратный комплекс для исследования элементного состава морской воды методом искровой лазерной спектроскопии". Труды научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов, студентов "Современные методы мониторинга морских систем" Владивосток 2000г., с. 26 - 32

4. Д.А. Большаков, И Г Нагорный "Мобильный аппаратный комплекс для контроля загрязнения водных сред на основе метода ЛИС" Региональная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых Тезисы докладов. Владивосток 2000г , с. 107 - 108

5 ИГ. Нагорный "Универсальный блок питания твердотельного лазерного излучателя". Региональная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых Тезисы докладов. Владивосток 2002г., с.70.

6 И.Г. Нагорный "К вопросу о создании мощного TEA СО2 лазера для исследования оптического пробоя жидкости и газа" Региональная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. Тезисы докладов. Владивосток 2003г, с .92

7. О.А Букин, A.A. Ильин, А.Н. Павлов, И.Г. Нагорный, П.А Салюк "Взаимодействие плазменных фронтов при оптическом пробое газа" Электронный журнал "Исследовано в России", 164, 1711-1722, 2005 г. http //zhurnal аре relarn ru/articles/2005/164 pdf

8 I G. Nagorny, F.P. Yarovenko "Research of optical breakdown near the water surface". Forth Asia-Pacific Conference "Fundamental Problems of Opto-and Microelectronics" Proceedings Khabarovsk, 2004 с 216-220

9. И.Г. Нагорный, Ф.П. Яровенко. "Образование и распространение ударных волн при оптическом пробое в воде". Всероссийская межвузовская научно - техническая конференция "Фундаментальные и прикладные вопросы естествознания ". Тезисы докладов. Владивосток 2003г. с. 71-73.

10. И.Г. Нагорный, Ф.П. Яровенко "Образование и распространение ударных волн при оптическом пробое в воздухе". Всероссийская межвузовская научно - техническая конференция "Фундаментальные и прикладные вопросы естествознания " Тезисы докладов. Владивосток 2003г. с. 74-75.

11. АО. Максимов, И.Г. Нагорный, Ф П. Яровенко "Структура акустических ударных волн, возникающих при пробое жидкости лазерным импульсом". Физическая акустика Распространение и дифракция волн Геологическая акустика. Сборник трудов XVI сессии Российского акустического общества. Т.1. - М.' ГЕОС, 2005, с.165-168

12. М.С. Пермяков, O.A. Букин, A.A. Ильин, И.Г. Нагорный «Структура атмосферного конвективного слоя в тропической зоне Индийского океана по данным лидарного зондирования» Оптика океана и атмосферы, том 18, 2005г., № 01-02, стр. 134-138

13. В.А. Крикун, А.Ю. Майор, И.Г. Нагорный "Многоканальные счетчики одноэлектронных импульсов". Электронный журнал "Исследовано в России", 88, 926-932, 2005 http //zhurnal аре relarn ru/articles/2005/088 pdf

14. O.A Букин, И Г. Нагорный, Ф.П. Яровенко. "Динамика эмиссионных спектров лазерной плазмы при оптическом пробое воздуха" Региональная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. Тезисы докладов Владивосток. 2004г., с. 56-57.

15. O.A. Букин, А А. Ильин, С.С. Голик, И.Г. Нагорный, Ф П. Яровенко "Динамические характеристики спектров плазмы, генерируемой на поверхности твердых и жидких мишеней при воздействии лазерным импульсом сложной формы". ЖПС Т. 70, № 4, 2003 г, с. 531-535

НАГОРНЫЙ ИВАН ГРИГОРЬЕВИЧ

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ И СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАЗЕРНОЙ ПЛАЗМЫ В ОБЛАСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПЛАЗМЕННЫХ ФРОНТОВ ПРИ ОПТИЧЕСКОМ ПРОБОЕ В НОРМАЛЬНОЙ АТМОСФЕРЕ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Подписано в печать 18.10.05 г. Формат 60x84/16 Заказ 175

Тираж 100 экз.

Отпечатано в ОНТИ Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН

690022, г Владивосток, ул. Балтийская, 43

»20213

РНБ Русский фонд

2006-4 18946

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. РЕЖИМЫ РАСПРОСТРАНЕНА И СПЕКТРАЛЬНЫЕ '*> ПАРАМЕТРЫ ПЛАЗМЫ, ГЕНЕРИРУЕМОЙ ПРИ ОПТИЧЕСКОМ ПРОБОЕ

1.1. Механизмы распространения плазменных фронтов при оптическом пробое газа.

1.2. Пространственно-временные параметры эмиссионных спектров лазерной плазмы.

ГЛАВА И. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА.

2.1. Лазерные источники для возбуждения оптического пробоя.

2.2. Система фокусировки лазерных пучков.

2.3. Система регистрации излучения лазерной плазмы.

2.4. Методика проведения эксперимента.

ГЛАВА III. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЛАЗМЕННЫХ ФРОНТОВ ПРИ ЛАЗЕРНОМ ПРОБОЕ В НОРМАЛЬНОЙ АТМОСФЕРЕ.

3.1. Режимы движения плазменных фронтов при пробое воздуха лазерными импульсами с интенсивностью Зх1010~6хЮ10 Вт/см2, (Л = 532 нм).

3.2. Режимы движения плазменных фронтов при пробое^воздуха лазерными импульсами с интенсивностью 3,5х109 - 10ю Вт/см2, (Л = 532 нм).

3.3. Режимы движения плазменных фронтов при пробое лазерными импульсами с интенсивностью 5x109 - 5x1010 Вт/см2, (Л= 1064 нм).

ГЛАВА IV. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВСТРЕЧНЫХ ПЛАЗМЕННЫХ ФРОНТОВ, ГЕНЕРИРУМЫХ ПРИ ОПТИЧЕСКОМ ПРОБОЕ ВОЗДУХА ЛАЗЕРНЫМИ ИМПУЛЬСАМИ С ДЛИНОЙ ВОЛНЫ 532 И 1064 НМ.

4.1. Зависимость суммарной интенсивности свечения в области взаимодействия плазменных фронтов от расстояния между точками фокусировки лазерных импульсов.

4.2. Общие закономерности развития пробоя в каждой из пространственных зон на основе анализа 3D изображений областей взаимодействия.

4.3. Анализ пространственно - временного распределения интенсивности свечения плазмы в области взаимодействия плазменных фронтов.

4.4. Динамика эмиссионного и сплошного спектров плазмы в областях взаимодействия плазменных факелов.

Щ Исследование механизмов лазерного пробоя в газовой атмосфере и на поверхности конденсированных сред является актуальной задачей, поскольку результаты этих исследований используются для решения широкого круга фундаментальных и прикладных проблем. Прежде всего, интерес к этим I исследованиям связан с получением высокотемпературной плазмы и развитием методов разогрева лазерной плазмы. Большинство работ в этой области посвящено проблеме получения управляемого термоядерного синтеза, и, в этом случае, исследования проводятся на мишенях, расположенных в вакууме [1]. Однако, в последнее время, появляются работы, в которых рассматриваются методы разогрева лазерной плазмы в газовой атмосфере при воздействия ударными волнами [2]. Можно отметить, что исследуются такие методы разогрева лазерной плазмы как, например, разогрев в результате встречного 41 взаимодействия плазменных фронтов [2,3] при котором, в области взаимодействия происходит изменение термодинамических параметров плазмы, приводящее к локальному повышению температуры.

Кроме фундаментальных исследований, связанных с поведением вещества в сильных лазерных полях и эффектов, возникающих при взаимодействии ударных волн с лазерной плазмой, очень интенсивно, в последнее время, развиваются методы лазерной искровой спектроскопии (ЛИС, или LIBS в англоязычной литературе) [4, 5]. Метод ЛИС обладает несомненными преимуществами перед традиционными методами спектрального анализа, что объясняет его интенсивное внедрение в самые разнообразные приложения, связанные с исследованием вещества [6 - 14]. Однако, повышение чувствительности метода по обнаружению элементов, входящих в состав исследуемых веществ, значительно расширит области приложения метода лазерной искровои спектроскопии. Одним из путей повышения чувствительности метода, является использование много импульсного возбуждения лазерной плазмы [15 - 22], а так же повышения контраста эмиссионных линий элементов, присутствующих в области взаимодействующей лазерной плазмы за счет эффектов, возникающих при взаимодействии лазерных фронтов. При этом можно отметить, что механизмы взаимодействия плазменных фронтов в лазерной плазме остаются малоизученными.

В работе [19, 23] были изложены результаты исследования многоимпульсного возбуждения плазмы на поверхности конденсированных мишеней и показано, что при таком способе возбуждения на поверхности мишени, расположенной в газовой атмосфере, возможно появление нескольких источников ударных волн, взаимодействующих в плазменном факеле. В свою очередь, изучение механизмов движения волн поглощения лазерного излучения для конкретной формы лазерного импульса позволяет оценить мгновенные значения термодинамических параметров плазмы.

В то же время, повышение контраста эмиссионных линий элементов на фоне излучения сплошного спектра возможно путем выбора оптимальных условий генерации лазерного факела и оптимальных условий регистрации спектра, что требует детального исследования пространственно-временных параметров лазерной плазмы. Взаимодействие плазменных фронтов в процессе лазерного пробоя может приводить как к существенному разогреву плазмы [2], так и к созданию условий для значительного повышения контраста эмиссионных линий на фоне непрерывного излучения плазмы [19, 23].

Однако для эффективного использования этих явлений необходимо провести исследование режимов движения плазменных факелов, поскольку результаты взаимодействия плазменных фронтов определяются тем, каков конкретный режим распространения плазменного фронта и с какими скоростями происходит их распространение. Режимы распространения плазменных фронтов сильно зависят от условий возбуждения пробоя, плотности мощности лазерного излучения, вызывающего оптический пробой, Л от длины волны лазерного излучения, в поле которого происходит распространение плазменного факела. Результат взаимодействия двух встречных лазерных фронтов так же сильно зависит от многих факторов, и прежде всего от режимов движения плазмы и параметров лазерного излучения в поле которого происходит пробой. Решение вопросов, перечисленных выше, и являлось предметом задач данной диссертации.

Целью настоящей работы является исследование режимов движения плазменных фронтов, пространственно-временной и спектральной динамики излучения областей взаимодействия плазмы при оптическом пробое, генерируемым лазерными импульсами сложной временной формы, с различными энергетическими и спектральными параметрами в нормальной атмосфере.

Для достижения этой цели решались следующие задачи:

1. Создание экспериментального комплекса для проведения исследований ^ процессов взаимодействия плазменных фронтов и режимов их распространения, при оптическом пробое в нормальной атмосфере, лазерными импульсами сложной временной формы, с различными значениями плотностей мощности и длинами волн излучения.

2. Исследование режимов движения плазменных фронтов при лазерном пробое в нормальной атмосфере, лазерными импульсами сложной временной формы, с различными энергетическими и спектральными параметрами лазерных импульсов.

3. Изучение пространственно временных распределений интенсивности свечения лазерной плазмы в областях взаимодействия двух плазменных фронтов, распространяющихся во встречных направлениях при различных режимах движения.

4. Исследование временной динамики эмиссионных спектров излучения ^ лазерной плазмы при взаимодействии двух встречных плазменных фронтов.

Актуальность постановки этих задач вызвана слабой изученностью режимов движения плазменных фронтов, распространяющихся в газовой ,19 атмосфере при лазерном пробое, который генерируется лазерными импульсами с различными энергетическими и спектральными параметрами, а так же механизмов их взаимодействия, в интенсивных лазерных полях. Вместе с тем, результаты таких исследований важны для решения как фундаментальных, так и прикладных проблем. Прежде всего, информация о механизмах движения плазмы важна для исследования процессов взаимодействия мощного лазерного излучения с веществом, в интенсивных лазерных полях. Проведение исследования режимов движения плазмы необходимо при рассмотрении вопросов, связанных с взаимодействием плазменных фронтов, генерируемых в результате лазерного пробоя, поскольку в литературе практически отсутствуют такие исследования. Актуальным является не только исследование самих механизмов такого взаимодействия, но и исследование параметров плазмы, Ф которая образуется в областях взаимодействия при наличии интенсивных лазерных полей.

К прикладным аспектам задач, поставленных в работе, необходимо отнести вопросы, связанные с разработкой новых методов разогрева лазерной плазмы. Основанные на использовании механизмов взаимодействия плазменных фронтов, а так же повышения чувствительность метода лазерной искровой спектроскопии за счет создания в областях взаимодействия плазменных фронтов условий, для повышения контраста эмиссионных линий исследуемых элементов на фоне непрерывного излучения лазерной плазмы.

Научная новизна работы состоит в следующем: 1. Впервые проведено исследование режимов движения разлетающейся плазмы, генерируемой в процессе лазерного пробоя в нормальной атмосфере. Режимы движения плазменных фронтов определены в случае генерации ^ оптического пробоя лазерным импульсом сложной временной формы, для различных значений плотностей мощности лазерного излучения и при различных длинах волн лазерных импульсов [24].

2. Впервые проведено исследование пространственно-временных и спектральных характеристик излучения лазерной плазмы в области взаимодействия двух плазменных фронтов, распространяющихся в различных режимах во встречных направлениях, в условиях нормальной атмосферы [19, 23, 24].

На защиту выносятся следующие положения:

1. При оптическом пробое в нормальной атмосфере лазерными импульсами с интенсивностями в диапазоне 3,6x109 - 5,7x1010 Вт/см2 наблюдается смена режима движения плазменных фронтов в процессе их распространения, от режима быстрой волны ионизации в начальные моменты пробоя к режиму светодетонационной волны на заднем фронте лазерного импульса.

2. В процессе взаимодействия двух встречных плазменных фронтов наблюдается значительное увеличение интенсивности излучения лазерной плазмы в областях взаимодействия, по сравнению с суммарной интенсивностью свечения плазмы в невзаимодействующих фронтах. Максимальное увеличение интенсивности наблюдается при взаимодействии встречных плазменных фронтов, распространяющихся в режиме световой детонации.

3. При взаимодействии встречных плазменных фронтов, распространяющихся по направлению лазерных импульсов, генерирующих оптический пробой, наблюдается практически двукратное увеличении контраста эмиссионных линий излучения однократно ионизованных атомов, относительно значения контраста линий в невзаимодействующей плазме. Такое увеличение контраста наблюдается при возбуждении оптического пробоя в атмосфере лазерными импульсами с интенсивностями в диапазоне 3x1010 - 6x1010 Вт/см2.

4. Максимальное значение контраста эмиссионных линий для взаимодействующих фронтов достигается на 100 не позже, относительно максимума контраста в невзаимодействующей плазме. Превышение уровня контраста во взаимодействующей плазме над максимальным значением контраста невзаимодействующих фронтов, наблюдается как минимум в течении 200 не.

Практическую значимость диссертационной работы можно сформулировать следующим образом:

1. Результаты исследования режимов движения плазменных фронтов позволяют выбрать оптимальные условия, при которых взаимодействия двух встречных лазерных фронтов будет приводить к разогреву областей взаимодействия лазерных факелов.

2. На основе результатов, полученных по исследованию взаимодействия встречных плазменных фронтов возможно создание метода по дополнительному разогреву лазерной плазмы в интенсивных лазерных полях в, процессе оптического пробоя.

3. Исследования временной зависимости интенсивности и контраста эмиссионных линий от режима взаимодействия плазменных фронтов позволяют использовать взаимодействующие фронты для повышения чувствительности метода лазерной искровой спектроскопии.

Апробация работы. Основные результаты, вошедшие в диссертационную работу, докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

VI конференции аналитика Сибири и Дальнего Востока. Новосибирск. 2000 г.;

Научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов, студентов "Современные методы мониторинга морских систем" Владивосток, 2000 г.;

Всероссийской межвузовской научно - технической конференции "Фундаментальные и прикладные вопросы естествознания". Владивосток, 2003

Всероссийской научной конференции студентов физиков и молодых ученых "ВНКСФ - 10". Москва, 2004 г.;

Forth Asia-Pacific Conference "Fundamental Problems of Opto- and Microelectronics". Khabarovsk, 2004;

Региональных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых. Владивосток, 2000 - 2004 гг.

Структура диссертации.

Первая глава представляет собой аналитический обзор работ по генерации оптического пробоя в газе и на поверхности конденсированных сред, проведенный в контексте исследования режимов движения плазменных фронтов и их взаимодействия.

Во второй главе описана экспериментальная установка, которая была использована при проведении экспериментов. Включая: систему фокусировки лазерных импульсов, позволяющую проводить исследования режимов движения плазменных фронтов в невзаимодействующих плазмах, а так же получать два встречных плазменных фронта при различных расстояниях между точками фокусировки лазерных импульсов [24]; теневую камеру для визуализации ударных волн [25 - 28], и аппаратуру, разработанную для регистрации слабых эмиссионных линий лазерной плазмы [29, 30]. Приведены характеристики лазеров, которые были использованы для получения оптического пробоя на поверхности конденсированных сред и в нормальной атмосфере. В экспериментах использовался лазер Brilliant В (производство Quantel), позволяющий получать одновременно первую и вторую гармонику излучения. Лазер обеспечивал генерацию двойного импульса. Для исследований механизма лазерного пробоя в многоимпульсном режиме был разработан NdrYAG - лазер, работающий в режиме пассивной модуляции добротности [19, 23, 31 - 36].

Третья глава посвящена определению режимов распространения плазменных фронтов, при возбуждении оптического пробоя лазерными импульсами с различными значениями плотностей мощности в точке фокусировки и разными длинами волн. Для достижения различных величин плотности мощности использовались фокусирующие линзы с разными фокусными расстояниями. Эксперименты были проведены для лазерных импульсов с длинами волн 532 нм и 1064 нм [24].

В четвертой главе проводиться сравнение динамики эмиссионных спектров, зарегистрированных в случае невзаимодействующей плазмы [37], со спектрами, зарегистрированными в области взаимодействия фронтов [24]. Отмечены особенности появляющиеся в динамике эмиссионного и сплошного спектра в области взаимодействия плазменных фронтов в свободной атмосфере. Рассмотрен контраст эмиссионных линий на фоне непрерывного излучения плазмы при одиночном пробое и в зоне взаимодействия плазменных фронтов [24]. В главе проводится сравнение динамики эмиссионного и сплошного спектра в свободной атмосфере со спектрами при оптическом пробое вблизи поверхности конденсированных сред [19].

В заключении диссертации представлены основные результаты работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

К основным результатам, полученным в ходе выполнения работы можно ^ отнести:

1. Создана экспериментальная установка, позволяющая исследовать процессы распространения плазменных фронтов, а так же взаимодействия фронтов при встречном движении, в процессе оптического пробоя в атмосфере и вблизи поверхности конденсированных сред. Включая систему фокусировки встречных пучков лазерного излучения, систему обеспечения визуализации плазменных фронтов и ударных волн. В процессе создания установки разработана аппаратура для регистрации эмиссионных линий малой интенсивности.

2. Определены скорости и режимы движения плазменных фронтов при их распространении в нормальной атмосфере в зависимости от энергетических и спектральных параметров возбуждающего лазерного излучения. Показано, что

4 движение плазменных фронтов носит сложный характер, для излучения с длинами волн 1064 нм и 532 нм в рассматриваемом диапазоне интенсивностей лазерного излучения от 3,7х109 до 6хЮ10 Вт/см2, в основном, реализуется режим движения, при котором волна быстрой ионизации, на начальных этапах движения переходит в светодетонационную волну. Преобладание режима СДВ наблюдается в направлении распространения лазерного излучения при пробое воздуха импульсом с интенсивностью в диапазоне 3x1010 — 6x1010 Вт/см2.

3. Проведены исследования пространственно - временного распределения и динамики спектров излучения лазерной плазмы при взаимодействии встречных плазменных фронтов, генерируемых лазерным излучением с длиной волны

1П 1

1064нм и 532нм, с интенсивностью порядка 6x10 Вт/см .

4. Показано, что в зоне взаимодействия двух плазменных фронтов, распространяющихся во встречном направлении, происходит значительное увеличение интенсивности свечения лазерной плазмы. Максимальное увеличение интенсивности наблюдается в зонах взаимодействия фронтов, распространяющихся в режиме светодетонационной волны.

5. Определены временные интервалы, в которых наблюдаются максимальные интенсивности излучения сплошного и эмиссионного спектров невзаимодействующей лазерной плазмы и в случае взаимодействия двух встречных лазерных фронтов. Временная зависимость интенсивности эмиссионного спектра, при встречном взаимодействии исследована как для лазерного пробоя в газе, так и в случае пробоя на поверхности алюминиевой мишени.

6. Зарегистрировано, что при взаимодействии плазменных фронтов увеличивается максимальный контраст эмиссионных линий. Максимум контраста наблюдается позже, чем для невзаимодействующих плазменных фронтов. Для линии однократно ионизованного азота 500,5 нм, при взаимодействии передними фронтами, максимальный контраст наблюдается на 200 не (при невзаимодействующих фронтах на 100 не) и практически в два раза превышает контраст в невзаимодействующей плазме. При взаимодействии задними фронтами максимальный контраст наблюдается на 170 не и на 40 % превышает наблюдаемый контраст случае отсутствия взаимодействия.

1. Н.Г. Басов, А.Ю Захаренков, А.А. Рупасов и др. Диагностика плотной плазмы. М. Наука, 1989. - 368 С.

2. R.S. Elton, D.-M. Billihgs, С.К. Manka et al. Spectroscopic diagnostic in a colliding blast wave experiment. Phys. Rev. Lett. - 1994. - Vol. 49, № 2. - P. 1512 -1519

3. О.Б. Ананьин, Ю.А. Быковский, Ю.В. Еремин и др. Взаимодействие двух разряженных плазм в вакууме и при наличии разряженного газа. Квантовая электроника. 1991. Т. 18,№ 12.-С. 1481 - 1483

4. D.A. Rusak, B.C. Caslte, B.W. Smith, et al. Recent trends and the future of laser induced plasma spectroscopy .Trends in analytical chemistry. - 1998. Vol. 17, № 8-9. P. 453 - 460.

5. C.M. Davies, H.H. Telle, D.J. Montgomery. Quantatative analysis using remout laser induced breakdown spectroscopy (LIBS). Spectrochem. Acta Part B. -1995-Vol. 50.-p. 1059- 1075

6. O. Rancu, P. Renaudin, C. Chenais-Popovics et al. Experimental evidence of interpenetration and high ion temperature in colliding plasmas. Physical Review Letters. 1995. - Vol. 75, № 21. - p. 3854-3857.

7. M. Sabsabi, P. Cielo. Quantitative analysis of aluminum alloys by laser -induced breakdown spectroscopy and plasma characterization. Apl. Spectrosc 1995. - Vol. 49. - № 4. - p. 499 - 507

8. H. Sobral, M. Villagran Muniz. Temporal evolution of the shock wave and hot core in laser — induced plasmas. Appl. Phys. Lett. - 2000 - Vol. 77. - p. 3158

9. H.C. Liu, X.L. Mao, J.H. Yoo, et. al. Early phase laser induced plasma diagnostic and mass removal during single pulse laser ablation of silicon. -Spectrochemika Acta Part B. - 1999. - Vol. 54. - p. 1607

10. V, Margetic, A, Pakulev, A Stockhaus et al. A comparision of ns and fs laser-induced plasma spectroscopy of brass samples. Spectrochem. Acta Part B- 1999 -Vol. 55.-p. 1771

11. S. Amoruzo, R. Bruzzese, N. Spinelli et al. Charecterisaion of laser — ablation plasmas.-J. Phys. В.- 1999.-Vol. 32 p. 131-172

12. V. Sturm, L. Peter, R. Noll. Steal analysis with laser - induced breakdown spectrometry in vacuum ultraviolet. Appl. Spectrosc. — 2000. - Vol. 54. - p. 1275 -1278

13. M. Lenser, J. Kruger, S. Sartania et al. Femtosecond Optical Breakdawn in dielectrics. Phys. Rev. 1998. - Vol. 80, № 18. - p. 4076 - 4079

14. H. Hakkanen, J. Houni, S. Kaski et al. Spectrochem. Acta Part B. 2001 -Vol. 56. №6 -p. 737-742

15. S.M. Pershin, A.Y. Bukharov. Enhancement of the contrast of laser plasma emission spectra accompanying two pulse irradiation of a surface by Nd laser radiation. Sov. J. Quantum Electron. - 1992. - Vol. 22. - p. 405

16. L. St- Orge, M.Sabsabi, P. Cielo. Analysis of using laser induced plasma spectroscopy in double - pulse mode. Spectrochem. Acta Part B. - 1998 — Vol. 53. -p. 407-415

17. O.A. Букин, A.A. Ильин, C.C. Голик и др. Характеристики спектров плазмы у поверхности твердых и жидких мишеней при воздействии лазерным импульсом сложной формы. Журнал прикладной спектроскопии. 2003. - т. 70, №4.-С. 531-535.

18. A. De Giacomo, О. De Pascale. Laser induced plasma spectroscopy by air spark ablation. Elsevier. Thin Solid Films. 2004. - Vol. 453 - 454. - p. 328 - 333

19. В.П. Агеев, А.И. Барчуков, Ф.В. Бункин и др. Пробой газов вблизи твердых мишеней импульсным излучением СОг-лазера. Известия высших учебных заведений. -1977. -№ 11.-С. 35-60.

20. А.Ю. Бухарев, С.М. Першин. Изменение параметров спектра лазерной плазмы при переходе к двухимпульсому облучению диэлектрика в воздухе. ЖПС. 1989. т.51, № 4. - с. 564 - 571

21. О.А Букин, A.A. Ильин, А.Н. Павлов, и др. Взаимодействие плазменных фронтов при оптическом пробое газа. Электронный журнал "Исследовано в России" (в печати)

22. LG. Nagorny, F.P. Yarovenko "Research of optical breakdown near the water surface". Forth Asia-Pacific Conference "Fundamental Problems of Opto- and Microelectronics". Proceedings. Khabarovsk, 2004. c. 216-220.

23. А.О. Максимов, И.Г. Нагорный, Ф.П. Яровенко "Структура акустических ударных волн, возникающих при пробое жидкости лазерным импульсом". Сборник трудов XIV сессии Российского акустического общества М. Геос. 2005 (в печати).

24. М.С. Пермяков, O.A. Букин, A.A. Ильин, И.Г. Нагорный «Структура атмосферного конвективного слоя в тропической зоне Индийского океана по данным лидарного зондирования». Оптика океана и атмосферы, том 18, 2005г., №01-02, стр. 134-138

25. В.А Крикун, А.Ю Майор, И.Г. Нагорный "Многоканальные счетчики одноэлектронных импульсов". Электронный журнал "Исследовано в России", 88 ,926-932, 2005.http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2005/088.pdf

26. Д.А. Большаков, И.Г Нагорный, В.И. Царев "Лазерная искровая спектроскопия природных и промышленных вод ". VI конференции аналитика Сибири и Дальнего Востока. Тезисы докладов Новосибирск. 2000 г., С Л 36.

27. И.Г. Нагорный "Создание лазерных комплексов для исследования генерации ударных волн при оптическом пробое жидкости и газа". Всероссийская научная конференция студентов физиков и молодых ученых "ВНКСФ 10". Тезисы докладов. Москва, 2004, с.1046 - 1047.

28. Д.А. Большаков, И.Г. Нагорный "Мобильный аппаратный комплекс для контроля загрязнения водных сред на основе метода ЛИС". Региональная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. Тезисы докладов. Владивосток 2000г., с. 107 108.

29. И.Г. Нагорный "Универсальный блок питания твердотельного лазерного излучателя". Региональная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. Тезисы докладов. Владивосток 2002г., с.70.

30. И.Г. Нагорный "К вопросу о создании мощного TEA СО2 лазера для исследования оптического пробоя жидкости и газа". Региональная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. Тезисы докладов. Владивосток 2003 г, с .92

31. О.А. Букин, И.Г. Нагорный, Ф.П. Яровенко. "Динамика эмиссионных спектров лазерной плазмы при оптическом пробое воздуха". Региональная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. Тезисы докладов. Владивосток. 2004г., с. 56-57.

32. JI.B. Келдыш. Ионизация в поле сильной электромагнитной волны. Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1964. т.47, № 5(11). - с. 1945- 1957

33. Г.В. Островская, А.Н. Зайдель. Лазерная искра в газах. Успехи физических наук. 1973 . - т. 111, № 4. - с.679 - 616.

34. N. КгоП, К. М, Watson. Theoretical study of ionization of air by intense laser pulses. Physical Review A, 1972. - Vol. 5, № 4. - p. 1883 - 1905

35. Ю. П. Райзер. Лазерная искра и распространение разрядов. М.: Наука, 1974. 308 С.

36. Действие лазерного излучения. Сб. статей под ред. Ю. П. Райзера. М.: Мир, 1968.-390 С.

37. Н.Б. Делоне. Взаимодействие лазерного излучения с веществом. Курс лекций.-М. Наука, 1989 .-280 С.

38. Panarella. Focal length dependence of air breakdown by a 20 - psec laser pulse: Theoretical interpretation through the effective - photon concept. Phys. Rev. Lett. - 1974. - Vol. 33, № 16. - P. 950 - 953

39. E. W. Van Stryland, M. J. Soileau, A.L. Smirl et al. Pulse width and focal -volume dependence of laser - induced breakdown. Phys. Rev. Lett. - 1981. - Vol. 23, № 5.-P. 2144-2151

40. E. А. Берченко, А. В. Кошкин, А. П. Соболев и др. Влияние длины волны лазерного излучения на пороги плазмообразвания при облучении непрозрачных материалов. Квантовая электроника. 1981. - Т. 8, № 7. С. 1582-1584

41. J. P. Li, X. W. Ni, J. Lu et al. Initial formation process of laser-induced plasma shock wave in air. Optics Communication. 2000. - Vol. 176. - P. 437-440г •

42. W. Yu, Zh. Xu, J. Z. Chen. Shock generation by laser-driven ablation. J. Phys. D: Appl. Phys. 1996. -Vol. 29. - P. 1515-1519

43. И. В. Немчинов, Т. А. Малявина. Параметры стационарной радиально-симметричной струи паров, нагреваемых ОКГ. ПМТФ. 1972,- № 5. - С. 58 -75

44. Н. Schittenhelm, G. Callies, P. Berger et al. Two-wavelength interferometry on excimer laser induced vapor/plasma plumes during the laser pulse. Applied Surface Science. 1998. - Vol. 127-129. - P. 922-927

45. J. Li, X. Ni, A. He. An interferometric investigation of ignition of a laser supported detonation wave and its propagation. Optics Communication. 1995. — Vol. 120.-P. 144-148

46. V. Yu. Baranov, o. N. Derkach, V. G. Grishina et al. Dynamics and stability of an expanding laser-induced plasma in low density gas. Physical Review E. 1993. - Vol. 48, № 2. - P. 1324-1330

47. H. H. Сысоев, Ф. В. Шугаев. Ударные волны в газах и конденсированных средах. М.: МГУ, 1987. - 136 С.

48. Н. Н. Зорев, Г. В. Склизков, А. С. Шиканов. Формирование сверхсильных ударных волн под действием высокотемпературного плазменного поршня. Письма в ЖЭТФ. 1983. -Т.З8, № 9. - С. 421-424

49. Н. Н. Зорев, Г. В. Склизков, А. С. Шиканов. Наблюдение эффекта нелинейной теплопроводности во фронте ударной волны при скоростях 107 — 108см/с. Письма в ЖЭТФ, 1980.-Т.З 1,№ 10.-С. 610-614

50. И. В. Немчинов. Волны поглощения в газах. Известия академии наук СССР. Сер. физ. 1982. -Т.46, № 6. - 1026-1036

51. И. Э. Маркович. Низкопороговые сверхзвуковые радиационные волны в ксеноне и перекрытие ими сечения лазерного луча. Письма в ЖЭТФ. 1978. -Т.4, № 9. - С. 529-533

52. В. И. Фишер. О быстрой волне ионизации газа в луче мощного лазера. Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1980. - Т. 79, № 6(12). -С. 2142-2151

53. В. И. Фишер, В. М. Хараш. О сверхдетонационном движении фронта плазмы навстречу мощному лазерному излучению. Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1982. — Т.82, № 3. — С. 740-746

54. В.М. Фишер, В. М. Хараш. О быстрой волне ионизации в лазерном луче. Журнал экспериментальной и теоретической физики. — 1983. Т.82, № 5(11). — С.1738- 1746

55. A. J. Alcock, С. Demishelis, К. Hamal et. al. Expansion mechanism in laser-produced spark. Physical Review Letters. 1986. - Vol. 20, № 20. - P. 1095-1097

56. C.Jl. Мандельштам, П.П. Пашинин, A.B. Прохиндеев и др. Исследование искры в воздухе, возникающей при фокусировке излучения лазера.Н. Журнал экспериментальной и теоретическойфизики. 1965. - Т. 49, № 1 (7). - С. 127 — 134

57. S. Siano, R. Pini. Analysis of blast wave induced by Q switching Nd:YAG laser photodisruption of absorbing targets. Optics Communication. - 1997. - Vol. 135.-P. 279-284

58. Л.И. Седов. Методы подобия и размерности в механике. М. Наука, 1987.-432 С.

59. J. Grun, J. Stamper, С. Manka et al. Instabilaty of Taylor Sedov Blast -vawe propagation through a uniform gas. Phys. Rev. Let. - 1991. - Vol. 66, № 21. -P. 2738 -2741

60. O. Yavas, E.L. Maddocks, M.R. Papantonakis et al. Appl. Surface Science. -1998. Vol. 127 - 129. - P. 26 - 32.

61. С.Л. Мандельштам, П.П. Пашинин, A.B. Прохиндеев и др. Исследование искры в воздухе, возникающей при фокусировке излучения лазера.1. Журнал экспериментальной и теоретическойфизики. 1964. - Т. 47, № 5 (11). - С. 2003 -2007

62. В.В. Коробкин, С.Л. Мандельштам, П.П. Пашинин и др. Исследование искры в воздухе, возникающей при фокусировке излучения лазера. III. Журнал экспериментальной и теоретическойфизики. 1967. - Т. 53, № 1 (7). - С. 117123

63. Ю.Ф. Афанасьев, Н.Г Басов, О. Н. Крохин и др. Исследование газодинамических процессов, возникающих при испарении твердого вещетва под действием излучения лазера. Журнал технической физики. 1969. — Т. 39, № 4. - С. 894 - 905

64. W.F. Но, С. W. Ng, N. Н. Cheung. Spectrochemical analysis of liquids using laser-induced plasma emission: of laser wavelength. Applied spectroscopy. 1997. -Vol. 51, № l.-C. 87-91

65. В. А. Бойко, О. H. Крохин, Г. В. Склизков. Исследование параметров и динамики лазерной плазмы при острой фокусировке излучения на твердую мишень. Труды ФИАН. 1974. - Т. 76. - С. 187-228

66. Б. М. Смирнов. Атомные столкновения и элементарные процессы в плазме. М.: Атомиздат, 1968. - 363 С.

67. Я.Б. Зельдович, Ю.П. Райзер. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. — М. Наука, 1963. 632 С.

68. С. И. Анисимов, Я. А. Имас, Г. С. Романов и др. Действие излучения большой мощности на металлы. М.: Наука, 1970. - 272 С.

69. О. А. Букин, А. Н. Павлов, Н. В. Сушилов и др. Использование спектроскопии лазерной искры для анализа элементного состава водных сред. Журнал прикладной спектроскопии. 1990. - Т. 52, № 5. — С. 736-738

70. В. С. Бураков, А. Ф. Бохонов, П. А. Науменков и др. Спектрально-временные характеристики лазерной плазмы комбинированной мишени. Журнал прикладной спектроскопии. 1998. - Т. 65, № 3. - с. 427-432

71. Я.Б. Зельдович, Ю.П. Райзер. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М. Наука, 1963. - 632 С.

72. О.А. Букин, Е.Н. Большакова, А.Ю. Майор и др. Смещение эмиссионных линий А1 в лазерной плазме на поверхности твердых тел при нормальном давлении. Письма ЖТФ. 1997. т. 23., № 31. - с. 31 - 35

73. О.Ф. Букин, И.В. Базаров, А.А. Ильин и др. Влияние давления газовой атмосферы на характеристики эмиссионных спектров лазерной плазмы, генерируемой на поверхности твердых мишеней. Квантовая электроника. -1998. т. 25, № 8. - с. 705 - 708

74. JI. А. Ванштейн, И.'И. Собельман, Е. А. Юков. Возбуждение атомов и уширение спектральных линий. М.: Наука, 1979. — 319 С.

75. А. В. Гуревич, JT. П. Питаевский. Коэффициент рекомбинации в плотной низкотемпературной плазме. Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1996.-Т. 46, №4.-С. 1281-1289

76. JI. Т. Сухов. Лазерный спектральный анализ. Новосибирск: Наука, 1990.- 143 С.

77. В. Н. Анисимов, В. Г. Гришина, О. Н. Деркач и др. Состав и динамика эрозионной плазмы, сформированной микросекундными лазерными импульсами. Квантовая электроника. 1995. - Т. 22, № 8. - С. 815-819

78. Л. Т. Сухов. Оптические характеристики лазерной плазмы на поздней стадии разлета. Квантовая электроника. 1987. — Т. 14, № 2. — С. 317-322

79. Н. Kurniawan, S. Nakajima, J. Е. Batura et al. Laser-induced shock wave plasma in glass and its application to elemental analysis. Applied Spectroscopy. -1995.-Vol. 49, №8.-P. 1067-1072

80. H. Kurniawan, M. O. Tjia, M. Barmawi et al. A time-resolved spectroscopic study on the shock wave plasma induced by the bombardment of TEA CO2 laser. J. Phys. D: Appl. Phys. 1995. - Vol. 25. - P. 879-883

81. Abhilasha, P. S. R. Prasad, R. K. Thareja. Laser-produced carbon plasma in an ambient gas. Physical Review E. 1992. - Vol. 48, № 4. p. 2929-2933

82. G. Mehlman, D. B. Chrisey, P. G. Burhkalter et al. Vacuum ultraviolet spectroscopy study of excimer-laser-generated plasmas. J. Appl. Phys. 1993. — Vol. 74, № l.-P. 53-61

83. M. Milan, J. J. Laserna. Diagnostic of silicon plasmas produced by visible nanosecond laser ablation. Spectrochimica Acta Part B. 2001. -Vol. - P. 275-288

84. В. А. Розанцев, M. JI. Петух, А. А. Янковский. Влияние давления воздуха на спектры лазерной плазмы. Журнал прикладной спектроскопии. 1987. - Т. 46, № 11.-С. 549-553

85. С. Aragon, J. A. Agilera. Two-dimensional spatial distribution of the time-integrated emission from laser-produced plasmas in air at atmospheric pressure. Applied Spectroscopy. 1997.-Vol. 51, № 11.-P. 1632-1638

86. B. G. Castle, K. Visser, B. W. Smith et al. Spatial and temporal dependence of lead emission in laserproduced breakdown spectroscopy. Applied Spectroscopy. -1997.-Vol. 51, № 17. — P. 1017-1024

87. Д. В. Власов, A. M, Прохоров, Д. Ю. Ципенюк. Динамика эмиссионного спектра лазерного пробоя на поверхности воды. Квантовая электроника. — 1991. -Т. 18, № 10.-С. 1234-1235

88. Д. В. Власов, А. М, Прохоров, Д. Ю. Ципенюк и др. аналитические возможности элементного состава водных растворов по эмиссионному спектру лазерного пробоя на поверхности. Журнал прикладной спектроскопии. 1991. -Т. 55, №6.-С. 919-927

89. А.П. Будник, С.В. Захарченко. Исследование формирования сверхдетонационных волн оптического разряда в воздухе. Известия академии наук СССР, сер. физ. 1989.-Т. 53, №3.-С. 581 -585

90. С.В. Захарченко, Л.П. Семенов, Г.А. Синтюрин. Исследование развития плазмы оптического пробоя в воздухе пониженной плотности // Труды института экспериментальной метеорологии. Оптика атмосферы 1992. — №23(146). -С. 42-47

91. А.А. Бакеев, Л.И. Николашина, М.Н. Поташкин и др. Стркуктура течений, возникающих при воздействии сдвоенных импульсов СО2 лазера на мишень в воздухе. Квантовая электроника. - 1991. - Т. 18, № 6. — С. 704 - 707

92. В.И. О сверхзвуковых режимах распространения волны ионизации по лазерному лучу. Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1983. — Т. 53, № 11.-С. 2143-2147

93. Е.Л.Ступицкий. Квантовая электроника. 1991. - Т. 10, № 3. - С. 534 — 540