Магистерская программа N5 - "Сверхбыстрые процессы в лазерной физике"

Магистерская программа N8 - "Когерентная оптика"

ЛАЗЕРНАЯ ДОПЛЕРОВСКАЯ ДИАГНОСТИКА ПОТОКОВ

профессор Машек Игорь Чеславович (32 часа).

Лекция 1.
    Движение как форма существования материи. Задачи и обьекты исследования. Примеры материальных потоков в природе (от космических микрометеоритных, эрозионных - технологических и прикладных, к потокам вещества в биологии, физиологии). Диапазоны скоростей протоков. Основные методы исследований. Классические контактные. Необходимость не возмущающих методов. Место курса в системе знаний как раздела, относящегося к общей проблеме взаимодействия света и вещества, являющегося частью классической высокоразрешающей спектроскопии, лазерной спектроскопии и радиофизики. Эффект Доплера. Необходимые разрешения по спектру, пространству.

Лекция 2.
    Классификация видов взаимодействия оптического излучения с веществом потока. Резонансное, нерезонансное, линейное, нелинейное. Основы теории рассеяния. Рассеяние в чистых газах. Рэлеевское рассеяние, формула Эйнштейна. Гидродинамическое и молекулярное приближение. Тонкая структура рэлеевского рассеяния в газах. Гиперзвук.

Лекция 3
    Расчет потоков излучения при регистрации рэлеевских спектров. Проблемы регистрации доплеровски сдвинутых спектров. Связь характеристик мандельштамм - бриллюэновских спектров с термодинамическими параметрами газа. Открытость вопросов для струй, и термодинамически неравновесных систем.

Лекция 4.
    Макроскопические частицы в протоке. Причины возникновения. Классы потоков в которых существуют естественные рассеиватели. Мир аэрозолей. Пылевые потоки реального газа и плазмы. Современный интерес к пылевой плазме. Различные, чаще всего встречающиеся на практике, виды приближений, принятые для описания рассеяния на макроскопических частицах. Рэлей - Ганс, Ми, малоугловое рассеяние вперед и назад. Когерентное рассеяние назад.

Лекция 5.
    Низкоскоростные потоки. Методы регистрации малых и сверхмалых доплеровских сдвигов в рассеянном излучении. Гетеродинные и гомодинные схемы. Дифференциальная схема измерения. Особенности формирования сигнала. Мертвые углы, поляризационные и когерентные эффекты. Понятие доплеровского процессора. Электронные процессоры. Преимущества схемы и ограничения по скорости и концентрациям сверху и снизу. Волоконная оптика в гетеродинном ЛДИС-е. Примеры применения дифференциальных гетеродинных ЛДИС - ов.

Лекция 6.
    Высокоскоростные потоки. Примеры. Ограничения гомодинной диагностики. Оптическая спектроскопия в диагностике доплеровских сдвигов. Требуемые разрешения и светосилы. Влияние на аппаратную функцию метода формы приемной апертуры. Спектр рассеянного света. Случай квазиизотропного рассеяния, монодисперсного рассеяния, полидисперсного рассеяния с лог-нормальным и универсальным распределением типа дымки. Аппаратная функция метода. Определение допустимой светосилы. Виды приемных апертур. Особенности волоконно - оптических систем сбора рассеянного излучения.

Лекция 7.
    Сравнение возможностей интерферометрических измерителей по светосиле и разрешению. Реальный плоский интерферометр Фабри -Перо, области применения. Реальный сферический интерферометр. Аппаратная функция, основы механизмов формирования, суммарная резкость, реально достижимые величины. Пример наиболее удачных конструкций. Примеры параметров реальных приборов. Демонстрация реального прибора.

Лекция 8.
    Лазеры для измерений. Требования к модовому и частотному составу. Стабилизация частоты (кратко). Газовые, твердотельные и полупроводниковые лазеры, обзор свойств. Аналоговый оптический доплеровский процессор на основе сферического интерферометра. Примеры применения.

Лекция 9.
    Частотное детектирование в доплеровских измерениях. Электронный детектор в гетеродинировании. Следящие электронные процессоры. Детектирование в оптике. Оптический аналоговый процессор с когерентной обратной связью. Преобразование Гильберта. Ограничения по светосиле, области применения и пространственному разрешению.

Лекция 10.
    Атомно-молекулярные частотные детекторы. Технология Doppler Global. Существующие и перспективные сочетания сред и лазеров. Механизмы формирования спектра. Влияние вида рассеяния, апертуры, скорости. Передаточная функция. Формирование ПФ для молекулы иода-127. Известные стс компонентты, предварительный расчет формы линии поглощения по известным значениям стс.

Лекция 11.
    Оптимальные параметры детектора, длина, температура, диаметр, концентрация, изотопный состав. Возможность работы на естественной смеси изотопов. Проявление слабых линий поглощения. в диапазоне оптимальных температур, отклонения расчетной зависимости от экспериментально наблюдаемой, эксперименты по исследованию ПФ АЧД.

Лекция 12.
    Аналоговый оптический доплеровский процессор на основе молекулярного частотного детектора. Примеры применения. Рэлеевское рассеяние в интеграле, одночастотные УФ импульсные лазеры, диагностика температуры, давления, скорости.

Лекция 13.
    Доплеровская спектроскопия потоков с помощью лазерно - индуцированной флюоресценции. Прямые методы, методы с тушением люминесценции, визуализация. DYE - лазеры, Na, Cs, J2 добавки.

Лекция 14.
    Комбинационное рассеяние и нелинейно - оптические методы в диагностике высокоскоростных потоков газа и плазмы. Рассеяние на индуцированных решетках.

Лекция 15.
    Доплеровские абсорбционные методы диагностики потоков

Лекция 16.
    Доплеровская томография