Введение
1. Моделирование активных сред на парах металлов 12
1.1. Применение активных сред на парах металлов в качестве
12
усилителей яркости
1.2. Методы моделирования активных сред на парах металлов 13
1.3. Существующие модели активных сред на парах металлов 15
2. Описание математической модели и ее тестирование 18
2.1. Описание нульмерной модели 19
2.2. Описание радиальной модели 24
2.3. Тестирование радиальной модели 28
3. Результаты моделирования 33
3.1. Моделирование слаботочного режима работы 33
3.2. Моделирование высоких частот 37
3.3. Влияние параметров электрической схемы на характеристики
40
работы усилителей яркости
3.4. Моделирование активной среды с увеличенной длительностью
49
инверсии
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 54
4.1. Обьект исследования 54
4.2. Цели и задачи 54
4.3. Сильные стороны проекта 55
4.4. Слабые стороны проекта 56
4.5. Возможности для реализации проекта 57
4.6. Угрозы для реализации проекта 58
4.7. Установление соответствий 59
5. Социальная ответственность 66
5.1. Производственная безопасность 67
5.1.1. Анализ опасных и вредных факторов, которые могут
67
возникнуть при эксплуатации объекта исследования
5.1.2. Анализ опасных и вредных факторов, которые могут
69
возникнуть на рабочем месте при проведении исследований
5.1.3. Мероприятия по защите исследователя от действий
70
опасных и вредных факторов
5.2. Экологическая безопасность 71
5.3. Безопасность в чрезвычайных состояниях 72
5.4. Организационные мероприятия обеспечения безопасности 73
5.5. Особенности законодательного регулирования проектных решений 74
Заключение 75
Список публикаций студента 76
Список использованных источников 77
Приложение А. Description of mathematical model and testing it 84
Объектом исследования является усилитель яркости с активной средой на самоограниченных переходах в парах меди.
Цель работы - разработать математическую модель, описывающую временные и радиальные характеристики усилителя яркости на парах меди, и исследовать с ее помощью влияние энерговклада в активную среду на работу усилителя.
В процессе исследования проводилась разработка математической модели усилителя яркости на парах меди, тестирование данной модели на основе экспериментальных данных и исследование влияние параметров схемы накачки на работу усилителя.
В результате исследования построена модель усилителя яркости на парах меди в пакете прикладных математических программ Wolfram Mathematica, позволяющая исследовать временные и радиальные характеристики усилителя яркости, в том числе при разных схемах накачки. Адекватность модели была проверена на основе сравнения результатов моделирования с экспериментальными результатами других авторов. С помощью модели было изучено влияние параметров схемы накачки на работу усилителя, а также отдельно исследован слаботочный режим работы.
Степень внедрения: разработанная модель используется в исследованиях в рамках гранта РНФ, проект №14-19-00175.
Область применения: исследование физико-химических процессов в активных средах на парах металлов.
В будущем планируется ввести в модель учет добавок, модифицирующих кинетику активной среды.
На сегодняшний день активно развиваются области науки, связанные с методами контроля различных процессов. Одним из методов контроля является визуальный контроль процесса. Однако с развитием технологий визуальный контроль многих сложных процессов стандартными средствами стал невозможен. Одной из причин этого является сильная фоновая засветка. Контроль таких процессов требует методов, которые позволять отделить фоновую засветку от изображения объекта визуализации. С такой задачей справляются лазерные мониторы благодаря узкому спектру их работы. Изображение в таких системах формируется благодаря усилительным свойствам активной среды лазеров. Наиболее перспективными являются активные среды на самоограниченных переходах в парах металлов за счет их большого коэффициента усиления и узкого спектра работы. Среди таких активных сред особо стоит выделить активные среды на парах меди, так как они позволяют получать большой коэффициент усиления при относительно высокой частоте работы.
Хотя работы по исследованию лазеров на парах меди имеют давнюю историю, эта тема имеет большие перспективы. Об этом свидетельствует постоянное появление принципиально новых экспериментальных результатов. Кроме того в последние годы интерес в активных средах на парах металлов больше сместился от исследования лазеров на их основе к исследованию усилительных свойств данных сред. В Томске исследованием усилителей яркости на парах меди активно занимаются в Институте оптики атмосферы СО РАН.
Данная работа посвящена моделированию усилителя яркости на парах меди. Особенностью данной модели является то, что она описывает не только временные характеристики активной среды, но и радиальные. Необходимость в изучении радиальных характеристик активной среды вызвана тем, что радиальный профиль коэффициента усиления активной среды сильно влияет на качество изображения. Кроме того учет радиальных эффектов в активной среде
позволяет корректно описывать широкий спектр режимов работы усилителя яркости.
Результаты работы были доложены на международной конференции «Atomic and Molecular Pulsed Lasers» (AMPL) и «International inference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices» (EDM).
