Введение
1 Обзор литературы и постановка задач 13
1.1 Особенности создания инверсии населенностей в рекомбинирующей плазме . 13
1.2 He-Sr и Не-Са рекомбинационные лазеры 17
1.3 Катафорезные лазеры на парах стронция 21
1.4 Математические модели He-Sr(Ca) лазеров 22
1.5 Явления контракции и расконтракции импульсно-периодического разряда . 23
1.6 Ускорение амбиполярной диффузии подогревом плазмы 24
1.7 Выводы. Постановка задач 26
2 Методика моделирования газоразрядных лазеров 28
2.1 Принципы построения математических моделей газоразрядных лазеров 28
2.2 Численное решение систем обыкновенных дифференциальных уравнений . 36
2.2.1 Жесткие системы 37
2.2.2 Метод Гира 40
2.3 Численная многопараметрическая оптимизация 47
2.3.1 Метод Нелдера и Мида 47
2.3.2 Генетический алгоритм 49
2.4 Выводы 59
3 Критерии пространственной однородности активных сред импульсно-периодических лазеров на парах металло в 60
3.1 Продольное распределение паров металла 60
3.1.1 Теория 60
3.1.2 Результаты расчетов 64
3.2 Поперечное распределение паров металла 67
3.2.1 Теория 67
3.2.2 Результаты расчетов 74
3.3 Режимы возбуждения катафорезных импульсно-периодических ЛПМ 83
3.4 Выводы 86
4 Математическое моделирование He-Sr(Ca) рекомбинационных лазеров 88
4.1 Описание математической модели He-Sr лазера 88
4.1.1 Электрическая цепь накачки 88
4.1.2 Долгоживущие частицы 91
4.1.3 Поуровневая кинетика 96
4.1.4 Электронная и газовая температуры 99
4.1.5 Процессы переноса 99
4.1.6 Коэффициент усиления 101
4.1.7 Интенсивность внутрирезонаторного лазерного поля 102
4.1.8 Пленение резонансного излучения 103
4.1.9 Интенсивность усиленного спонтанного излучения 103
4.1.10 Импульсная мощность и энергия импульса генерации 104
4.1.11 Саморазогревной импульсно-периодический режим 104
4.1.12 Исходные данные и начальные условия 105
4.2 Описание математической модели Не-Са лазера 106
4.3 Тестирование математической модели He-Sr лазера 108
4.3.1 Временной ход параметров плазмы и генерации на оси 108
4.3.2 Радиальное распределение параметров плазмы и генерации 113
4.4 Численная многопараметрическая оптимизация 117
4.4.1 Упрощения математической модели 117
4.4.2 Поиск оптимальных режимов генерации He-Sr лазера 119
4.5 Потенциальные возможности He-Sr лазера 120
4.5.1 Увеличение давления гелия 120
4.5.2 Увеличение диаметра лазерных трубок 122
4.5.3 Оптимизация катафорезных He-Sr лазеров (увеличение частоты следования импульсов) 124
4.5.4 Поиск новых режимов генерации 127
4.6 Результаты расчетов по математической модели Не-Са лазера 131
4.7 Исследование явлений контракции и расконтракции импульсно-периодического разряда 136
4.8 Выводы 145
5 Деионизация плазмы послесвечения за счет ускоренной амбиполярной диффузии 147
5.1 Математическая модель послесвечения импульсно-периодического разряда 147
5.2 Моделирование ускорения амбиполярной диффузии 149
5.3 Выводы 156
Заключение 157
Литература 160
