Препринты / Preprints

Экспериментально и теоретически исследованы различные варианты усиления слабых стоксовых сигналов. Предложен и реализован ряд новых систем, таких как ВРМБ-усилитель в нестационарном режиме усиления, двухпроходный ВРМБ-усилитель и системы комбинированного усиления типа лазерный усилитель — ВРМБ-усилитель. Найдены условия, при которых усиление происходит при минимальных искажениях пространственной структуры сигнала. Использование ОВФ-зеркала в системе комбинированного усиления позволило создать двухпроходную систему усиления и обращения волнового фронта слабых сигналов. Получены усиления ~ (1.5 + 3)-1015 при качестве ОВФ, ≥ 80% и выходной энергии на уровне одного джоуля.

---------------------------

Изложены последние достижения, которые были получены при изучении физики грозовых облаков, как у нас в стране, так и за рубежом. Рассмотрен новый механизм образования грозовых облаков, в котором одну из ключевых ролей играют ионизующие атмосферу излучения. Ни в одном из механизмов образования грозовых облаков, предложенных ранее, эти излучения во внимание вообще не принимались.

---------------------------

Изучены закономерности нагрева электронов и поглощения греющего плазму лазерного излучения, которые реализуются в режиме нормального скин-эффекта. Основу рассмотрения составляет уравнение для температуры электронов, учитывающее их нагрев в скин-слое и охлаждение вследствие выноса тепла в глубь плазмы. Показано, что количественное описание отклика плазмы твердотельной плотности на воздействие фемтосекундного лазерного импульса достигается при последовательном описании эволюции температуры электронов в скин-слое, которое учитывает пространственную структуру поля самого лазерного импульса.

---------------------------

Параметрическое воздействие излучения большой мощности на плазму в течение последнего времени привлекает внимание многих исследователей. Интерес к проблеме такого взаимодействия вызван тем обстоятельством, что под влиянием сильного электромагнитного поля (волны накачки) появляется возможность параметрического резонанса [1],т.е. нарастания в плазме внутренних полей флуктуаций. Успехи, достигнутые при изучении параметрического воздействия излучения на плазму, обстоятельно изложены в монографии [2].

Если дисперсионные свойства плазмы в поле волны накачки изучены достаточно полно, то теория нелинейной стадии развития параметрических неустойчивостей еще далека от своего завершения. Более того, успехи [3], достигнутые в построении такой теории, базируются на уравнении, в котором не учитывается влияние волны накачки на многоиндексные тензоры диэлектрической проницаемости плазмы. Поэтому в рамках представлений работ [3] следует говорить лишь о качественном описании турбулентного состояния, в которое переходит плазма в результате развития параметрических неустойчивостей. Действительно, поскольку энергия шумов в параметрически турбулентной плазме оказывается сравнимой с энергией волны накачки, то влияние волны накачки на ядро нелинейного уравнения (15), как будет ясно из дальнейшего, существенно.

Отражение и переизлучение плазмой мощных световых потоков является другой причиной, по которой необходимо найти обобщение уравнения (1.8) работы [4] для спектральной функции электрического поля (EjEi)?,k?. Говоря об отражении и переиз- лучении в рамках теории однородной плазмы, будем иметь в виду процесс нелинейного слияния плазменных волн в поперечную волну, которая может уходить из объема, занятого плазмой.

Развиваемая в п.1 теория нелинейного взаимодействия волн в параметрически неустойчивой плазме базируется на уравнениях нелинейной электродинамики, статистическое усреднение которых позволяет получить нелинейное уравнение для эволюции флуктуаций электромагнитного поля. В п.2 статьи рассмотрены некоторые следствия построенной теории, касающиеся вопроса генерации гармоник волны накачки параметрически турбулентной плазмой.

---

1. В.П.Силин. Параметрический резонанс в плазме. ЖЭТФ, 1965, 48, 1679.
2. В.П.Силин. Параметрическое воздействие излучения большой мощности
на плазму. М., ?Наука?, 1973.
3. В.В.Пустовалов, В.П.Силин, В.Т.Тихончук. Нелинейное преобразование
излучения в плазменные волны, ЖЭТФ, 1973, 65, 1880; Нестационарная
турбулентность параметрически неустойчивой плазмы, ЖЭТФ, 1974, 66, 930.
4. Л.М.Горбунов, В.В.Пустовалов, В.П.Силин. О нелинейном взаимодействии
электромагнитных волн в плазме. ЖЭТФ, 1964, 47, 1437.

---------------------------

В обзоре, написанном совместно в рамках реализации Проекта МНТЦ ? 2151 сотруд- никами ФИАН и РФЯЦ ВНИИ технической физики, дан анализ современного состояния исследований в области МГД расчетов электрического взрыва металлических проволочек, обзор существующих моделей и положенных в их основу способов описания свойств вещества. Выделены следующие процессы, сопровождающие взрыв: нагрев металла в твердом состоянии, плавление, нагрев жидкого металла до начала интенсивного испарения, развитие крупномасштабных неустойчивостей с нарушением формы проводника, парообразование, нарушение механизма электрической проводимости, возникновение метастабильных состояний. В обзор включены данные скоростной рентгенографии, полученные с применением X-пинча. В данном препринте представлена первая часть обзора.

---------------------------

В обзоре, написанном совместно в рамках реализации Проекта МНТЦ ? 2151 сотруд- никами ФИАН и РФЯЦ ВНИИ технической физики, дан анализ современного состояния исследований в области МГД расчетов электрического взрыва металлических проволочек, обзор существующих моделей и положенных в их основу способов описания свойств вещества. Выделены следующие процессы, сопровождающие взрыв: нагрев металла в твердом состоянии, плавление, нагрев жидкого металла до начала интенсивного испарения, развитие крупномасштабных неустойчивостей с нарушением формы проводника, парообразование, нарушение механизма электрической проводимости, возникновение метастабильных состояний. В обзор включены данные скоростной рентгенографии, полученные с применением X-пинча. В данном препринте представлена вторая часть обзора.

---------------------------

В обзоре, написанном совместно в рамках реализации Проекта МНТЦ ? 2151 сотруд- никами ФИАН и РФЯЦ ВНИИ технической физики, дан анализ современного состояния исследований в области МГД расчетов электрического взрыва металлических проволочек, существующих моделей и положенных в их основу путей описания свойств вещества. Выделены следующие процессы, сопровождающие взрыв: нагрев металла в твердом состоянии, плавление, нагрев жидкого металла до начала интенсивного испарения, развитие крупномасштабных неустойчивостей с нарушением формы проводника, парообразование, нарушение механизма электрической проводимости, возникновение метастабильных состояний. В обзор включены данные скоростной рентгенографии, полученные с применением X-пинча. В данном препринте представлена третья, заключительная, часть обзора.

---------------------------

Приводятся результаты исследований спектров вторичного излучения (комбинационного рассеяния и двухфотонно-возбуждаемой люминесценции), возникающего в ультрадис- персных средах (РОРОР, РРО и стильбен) при импульсно-периодическом лазерном возбуждении. Предложена новая методика возбуждения комбинационных оптических процессов в ультрадисперсных средах, основанная на использовании металлических резонаторных кювет и кварцевых световодов для ввода возбуждающего лазерного излучения в рассеивающую среду и дополнительных световодов для вывода вторичного излучения из кюветы. Обнаружено возрастание относительной интенсивности комбинационного рассеяния в ультрадисперсной среде в сравнении с возбуждающей линией и фоном люминесценции при введении задержки (50 ns) в систему регистрации. При этом реализован режим несущественного нагревания вещества лазерным излучением, обеспечивающий возможность многократных измерений без деструкции образца.

---------------------------

Выполнены исследования спектров комбинационного рассеяния света и рассеяния Мандельштама-Бриллюэна вблизи точки сегнетоэластического фазового перехода в кристаллах ванадата висмута. Установлено присутствие в спектрах рассеяния света максимума интенсивности, соответствующего мягкой моде, ответственной за неустойчивость кристаллической решетки ванадата висмута в области сегнетоэластического фазового перехода. На основе анализа наблюдаемых спектров комбинационного рассеяния света и рассеяния Мандельштама-Бриллюэна сделан вывод о сильном взаимодействии мягкой оптической моды с акустической модой соответствующей симметрии. Развита теория рассеяния света на связанных модах кристаллической решетки на основе модели двух сильно взаимодействующих осцилляторов. Показано, что введение дополнительного осциллятора, сильно взаимодействующего с фундаментальной мягкой модой, приводит к сдвигу температуры структурного фазового перехода в сторону высоких температур.

Полученные результаты о возможности изменения температуры фазовых переходов при модификации колебательного спектра за счет введения дополнительных колебательных степеней свободы или путем размельчения макроскопического образца с формированием упорядоченной ультрадисперсной структуры ? глобулярного кристалла ? носят общий характер и могут быть использованы в дальнейшем для повышения температуры фазовых переходов в сегнетоэластиках, сегнетоэлектриках и сверхпроводниках.
Работа поддержана РФФИ (гранты 04-02-16237 и 02-02-16221).

---------------------------

Изучены реализующиеся в режиме нормального скин-эффекта особенности поглощения и отражения ультракороткого лазерного импульса плазмой твердотельной плотности. Показано, что уменьшение длительности слабого импульса до значений, мень?ших периода, отвечающего основной частоте ведет к увеличению коэффициента поглощения. Если мощность импульса велика настолько, что нагрев электронов происходит за время, меньшее обратной основной частоты, то имеет место нелинейное подавление поглощения, а спектр отраженного излучения содержит нечетные гармоники основной частоты

---------------------------

В работе рассмотрены пространственно-временные отношения между движущимися друг относительно друга модами резонатора с плоскими параллельными зеркалами. Показано, что временную координату события (под событием понимается затухание амплитуды волны в определенное число раз) с точки зрения покоящейся моды следует определять через расстояние, которое проходит до точки в пространстве резонатора, где наблюдается это событие, волна движущейся моды. И, наоборот, временная координата события с точки зрения движущейся моды определяется расстоянием, которое проходит до этой точки волна покоящейся моды. Показано также, что координаты события, наблюдаемого из систем отсчета, связанных с этими модами, преобразуются друг в друга

с помощьюформул преобразования Лоренца. Эти формулы получены без постулатао постоянствескорости света, а только в предположении, что она не обладает дисперсией, пространство внутри резонатора однородное и изотропное, а коэф- фициенты отражения зеркал резонатора не зависят от угла падения излучения.

---------------------------

Кратко рассмотрены условия нагрева электронов в начале импульса возбуждения импульсного лазера на

R-Mпереходах. Показано, что для эффективного создания инверсии желательно задержать развитие электронной лавины (задержать пробой среды). Задержку пробоя можно осуществить путем добавки электроотрицательных молекул, в частности HBr. На основе решения кинетического уравнения Больцмана рассчитаны функции распределения электронов по энергии (ФРЭЭ) и на этой основе стационарные критерия пробоя лазерной смеси Ne-H2-Cu-HBr при различных содержаниях бромистого водорода и меди в смеси с учетом ионизации всех компонентов смеси. Найдено, что увеличение мольной доли HBr приводит к увеличению пробойных напряжений и, как следствие, к более выгодному соотношению констант скоростей возбуждения электронным ударом электронных состояний меди 2P (верхних лазерных уровней) и 2D (нижних лазерных уровней). Это позволяет повысить эффективность генерации особенно при высоких частотах повторения.

---------------------------

Исследованы законы преобразования статистических характеристик квантового шума оптического усилителя с «двугорбым» контуром линии усиления при изменении коэффициента усиления и параметров контура линии.
Показано, что в случае «двугорбого» контура функции, описывающие эти характеристики, при нормировке всех аргументов и параметров с временной размер ностью на время корреляции квантового шума, а всех аргументов и параметров с частотной размерностью — на величину, обратную времени корреляции, практически совпадают друг с другом, и чем больше коэффициент усиления, тем лучше совпадение. В пределе эти функции стремятся к универсальным функциям, которые главным образом отличаются от универсальных функций в случае «одногорбого» контура наличием дополнительного аргумента, представляющего собой нормированную указанным образом разность частот между «горбами» и, следовательно, в пространстве аргументов, включающем этот аргумент, статистические характеристики, также как и в случае «одногорбого» контура, обладают свойством подобия.
Получены аналитические выражения для универсальных функций на основе параболической и треугольной моделей «горбов» контура линии и показано, что нарушение локальной симметрии в максимуме «горба» сильно влияет на вид универсальных функций. Показано также, что при уменьшении разности частот между «горбами» до нуля полученные выражения плавно переходят в выражения универсальных функций для «одногорбого» контура.

---------------------------

Предложен новый метод поиска электрического дипольного момента атома 129Xe, обусловленного нарушением симметрии по обращению времени. Рассмотрена принципиальная схема эксперимента со штарковским электрометром на ридберговских атомах. Обсуждаются ложные аппаратные эффекты и статистические ошибки. Сформулирована программа исследований по теме до 2010 года.

---------------------------

На основе электронно-оптических фотографий токовой оболочки разряда, измерений нейтронного выхода и осциллограмм производной тока делается заключение о том, что ввод в режим плазменного фокуса заключается в подавлении шунтирования основного тока остаточной плазмой. Шунтирование есть результат противодействия двух процессов: филаментации токовой оболочки, приводящей к ее прозрачности для рабочего газа и замагничивания остаточной плазмы полем основного тока разряда.

---------------------------

Рассматривается модель плазмы с лондоновским током. Показано, что в ней существуют решения, соответствующие плоским волнам плазмы, захваченной током. Получены как импульсные, так и периодические решения. Среди этих решений структуры с обратным током представляют наибольшее значение в виду эффекта обратного тока в пинчевой плазме. Найденные решения включают в себя вращательные разрывы.

---------------------------

В обзоре рассматриваются циклические ускорители заряженных частиц с сильным и сверхсильным ведущим магнитным полем. Ускорители разработаны на основе синтеза фрагментов трех классических направлений экспериментальной физики: ускорители заряженных частиц, сильные и сверхсильные магнитные поля и физика плазмы.
Простота устройства и малая стоимость новых ускорителей, а также легкость изменения параметров пучков и конструкций явились стимулом для обсуждения различных предложений по их применению как в некоторых областях, занятых классическими ускорителями, так и в новых схемах ускорения заряженных частиц.

---------------------------

Проведено экспериментальное и теоретическое исследование временной динамики коэффициента усиления слабого сигнала (КУСС) в активной среде импульсного электроионизационного СО лазера в широком диапазоне колебательных переходов, при различном составе и плотности активной среды, а также при различном позиционировании зондирующего лазерного пучка в газоразрядной области. Результаты измерений сравниваются с результатами теоретических вычислений, выполненных с использованием пространственно однородной модели активной среды СО лазера, которая учитывает процессы многоквантового VV обмена. Анализируется чувствительность динамики КУСС по отношению к варьированию параметров активной среды и накачки. Хорошее согласие теоретических и экспериментальных данных по динамике КУСС подтверждает то, что теоретическая модель адекватно описывает кинетические процессы в активной среде СО лазера.

---------------------------

Проведено более 250 численных расчетов (DNS) неустойчивостей Релея-Тейлора (RT) и Рихтмайера-Мешкова (RM). Геометрия задач ? 2D и 3D (10% от всех расчетов), начальные условия включают различные начальные амплитуды, модовый состав возмущений, различные числа Атвуда, а также различные статистические реализации однотипных начальных условий на основе случайного выбора фаз возмущений, входящих в задачу. На основе этой базы данных построена аналитическая модель развития зоны перемешивания, учитывающая информацию о начальных условиях возмущений. Второе направление использования базы данных связано с вейвлет- анализом распределений плотности. В этом подходе распределение плотности исследуемого варианта развития неустойчивости для выбранного момента времени представляется точкой в многомерном пространстве вейвлет-коэффициентов, а весь исследуемый вариант соответствует траектории в этом пространстве. Поведение таких траекторий изучают с помощью двумерных карт Кохонена. На основе их поведения можно построить программу, предсказывающую характеристики зоны перемешивания по информации о начальных данных.

Данная работа представляет изложение приглашенного доклада на 9 Международном семинаре по Физике турбулентного перемешивания сжимаемых сред, Кембридж, Англия, 19-23 июля 2004г.

Работа проведена при поддержке МНТЦ Проект-1481.

---------------------------