SCI Библиотека

Теоретически исследуется рентгеновское излучение лазеров на свободных электронах (ЛСЭ) с ондуляторами с изменяемым параметром дипольности ондуляторов k с выделенным группирователем электронов (банчером) и усилителем излучения гармоник. Анализируется эволюция мощности ЛСЭ по его длине в режиме усиления самозатравочного лазерного излучения гармоник HLSS и проводится сравнение с режимом самоусиления спонтанного излучения SASE. Используются точные аналитические выражения для коэффициентов Бесселя в реальных пучках и ондуляторах и аналитическое описание эволюции мощности в ЛСЭ. Рассматриваются новейшие ЛСЭ с изменяемым параметром дипольности k : FLASH 2, European XFEL, SACLA и SwissFEL. Проводится сравнительный анализ работы этих ЛСЭ в режимах SASE и HLSS. Результаты аналитического моделирования спектральных характеристик ЛСЭ хорошо согласуются с экспериментами. Выяснено, что в ЛСЭ с изменяемым параметром дипольности ондуляторов рост мощности в режиме HLSS происходит быстрее, чем в ЛСЭ SASE на той же длине волны. Результаты исследования сверены с экспериментом на установке FLASH2. Для ЛСЭ SACLA теоретически установлено, что имеющийся там пучок электронов с большим начальным разбросом энергий не позволяет применять каскадное усиление гармоник. Показано, что на ЛСЭ SwissFEL малые разброс энергий и эмиттанс пучка позволяют эффективно группировать электроны на длине волны второй гармоники в банчере; это позволяет достигнуть мощности насыщения в ЛСЭ HLSS на 10 м раньше, чем в ЛСЭ SASE; мощность и длина волны излучения при этом не меняются. По нашим расчетам, возможно эффективное усиление гармоник также на European XFEL.

Высокая мощность линейно-поляризованного света длиной волны 1064 нм с высокой степенью поляризации была достигнута за счет использования компактного прямого резонатора. Для этого был тщательно разработан резонатор Nd:YAG-лазера с диодной накачкой с переключением добротности и двумя лазерными модулями. При использовании линейно-поляризованной системы генерации и компенсации наибольшая полученная линейно-поляризованная выходная мощность составила 250 Вт с частотой повторения 10 кГц и шириной импульса 60 нс, что даже выше полностью нелинейно-поляризованной выходной генерируемой без этой системы мощности. Коэффициент экстинкции линейно-поляризованного света длиной волны 1064 нм превышает 2500:1.

Рассмотрены физические процессы, протекающие в атмосфере при создании лазерным излучением каналов слабой ионизации. Предложена схема передачи электромагнитной энергии и рассчитаны параметры, необходимые для ее технической реализации. Исследован вариант передачи электромагнитной энергии с использованием «плазменного зеркала» в атмосфере. Оценены частоты, длительности и энергии лазерных импульсов, при которых формируется канал слабой ионизации в атмосфере и ионосфере.

Проведено теоретическое моделирование методом TDDFT изменения вибронных спектров поглощения и флуоресценции в молекулах двух красителей тиазинового ряда - метиленового синего и метиленового зеленого, при переходе из кислотной среды в щелочную. Показано, что введение NO2-группы приводит к более разрешенным вибронным спектрам в случае низких значений pH и к противоположному эффекту при высоких значениях pH. Объяснить этот эффект можно внутримолекулярным взаимодействием функциональных групп, входящих в состав соответствующих молекул.

Экспериментально продемонстрировано, что совместное действие СВЧ- и ОВЧ-модуляции тока инжекции диодного лазера с внешним резонатором приводит к многочастотному режиму, когда интервал между соответствующими компонентами структуры на боковых полосах спектра определяется частотой СВЧ-модуляции. Обнаружено также влияние мощности ОВЧ-модуляции на оптическую частоту излучения лазера.

Проведено компьютерное моделирование профилей спектральных линий атома неона в переменном циркулярно поляризованном электрическом поле. Расчеты произведены в рамках унифицированного теоретического подхода, основанного на численном решении нестационарного уравнения Шредингера. Результаты моделирования позволили установить ряд закономерностей в поведении профилей спектральных линий неона при изменении параметров электрического поля, также рассмотрена зависимость профилей линий от плотности электронов в плазме и от температуры атомов неона.

Представлены результаты расчета функции пропускания излучения ансамблем частиц, типичных для кристаллических облаков, в зависимости от волнового числа. Демонстрируется анализ пропускания на интервале длин волн от 0.5 до 15 мкм для хаотически и преимущественно ориентированных ансамблей частиц при различных формах, спектре размеров и фактора формы. Наиболее яркое проявление особенностей спектрального хода функции пропускания при вариации физико-химических параметров частиц отмечается для крупных горизонтально ориентированных пластинок. Оценено влияние на прозрачность среды различных размеров кристаллов и их концентрации.

Описан метод коллокаций для численного решения краевых задач математической физики. Особым образом расположив узлы коллокации в области решения задачи, удается значительно повысить точность численного решения за счет улучшения качества системы линейных алгебраических уравнений, к которой приводит решаемая краевая задача. Анализируются различные системы базисных функций. Предложенный метод позволяет получать приближенное решение краевых задач для широкого круга линейных и нелинейных эллиптических, параболических и волновых уравнений в аналитическом виде. Для подтверждения эффективности исследуемых численных методов решались двумерные и трехмерные краевые задачи для линейных и нелинейных уравнений различного типа с известными решениями. Получены зависимости погрешности численного решения от числа линейных уравнений в результирующей системе. Показано, что даже при небольшом числе уравнений в системе достигается точность решения, превышающая точность, полученную альтернативными численными методами. Исследуемый численный метод позволяет резко расширить область применения традиционных численных методов при решении прикладных задач по моделированию полей различной физической природы, описываемых линейными и нелинейными уравнениями математической физики. Разрабатываемый метод использован при решении квантово-механической задачи для иона молекулы водорода. Найденное при минимальном количестве узлов коллокаций значение энергии основного состояния иона отличается от экспериментально полученного значения на 13%, что показывает высокие потенциальные возможности метода полной коллокации, основанные на универсальности метода и высокой точности численных решений.

Рассмотрен аксиально-векторный формфактор нуклона в моделях жесткой и мягкой стенок. Построен график зависимости аксиально-векторного формфактора нуклона от квадрата передаваемого импульса в обеих моделях. Численно проанализирована зависимость аксиального векторного формфактора от импульса-квадрата.

Данная работа является обобщением и дальнейшим развитием наших предыдущих, в которых рассматривались системы атомов в пространственных конфигурациях 1 + 3, 2 + 3 и 1 + 2 + 3. Некоторые результаты этих работ, относящиеся к вероятностным переходам атомов из одной конфигурации в другую и числам атомов в этих конфигурациях, получаются из результатов данной работы в качестве частного случая.