Методы получения и исследования активных сред кислородно-йодных лазеров тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.01, кандидат наук Малышев Михаил Сергеевич

• Малышев Михаил Сергеевич
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Малышев Михаил Сергеевич

Введение

Глава 1. Метод и экспериментальная установка

1.1 Экспериментальная установка

1.2 Калибровка оптической системы

1.3 Методика измерения температуры

1.4 Выводы по главе

Глава 2. Диссоциация молекулярного йода

2.1 Величина констант скорости для реакций

02(а) + 02(а)(Г) ^ 02(Ь) + 02(Х)(1)

2.2 Величина констант скорости для процессов дезактивации 02(а:Д)

2.3 Диссоциация молекулярного йода в присутствии 02(Ь:2)

2.4 Вклад иных процессов диссоциации

2.5 Выводы по главе

Глава 3. Кислородно-йодный лазер с оптической накачкой

3.1 Схема оптической накачки

3.2 Аналитическая оценка

3.3 Численное моделирование

3.4 Использование эффекта Зеемана при оптической накачке атомарного йода

3.5 Экспериментальное исследование

3.6 Выводы по главе

Заключение

Список литературы

Приложение А. Текст программы для синтеза Зеемановского

расщепления перехода тонкой структуры атома йода

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы получения и исследования активных сред кислородно-йодных лазеров»

Введение

Существует несколько типов лазерных систем, основанных на переходе тонкой структуры атомарного йода (2Р^2-2Р3/2). Первой из таких систем, предложенной Каспером и Пиментелом в 1964 г. [1] был фотолизный йодный лазер (ФИЛ). Атомарный йод в состоянии 2Р1/2 в такой системе был образуется посредством фотолиза перфторалкилиодидов СХ31, где X = Р или Н:

СХз1 + ки ^ СХз + 1(1*). (1)

При этом, квантовый выход возбуждённых молекул йода может достигать 90% [2-4], что и явилось предпосылкой к дальнейшему бурному развитию ФИЛ. Это, в свою очередь, стало стимулом для большого количества работ по кинетике активной среды ФИЛ [5-8]. ФИЛ в основном разрабатывался как лазерный источник для организации управляемого термоядерного синтеза. Наиболее мощный ФИЛ был разработан в ВНИИЭФ и обладает энергией излучения в 30 кДж при длительности импульса 0,3-0,5 нс [9].

Полученные в ходе исследований [2;8; 10-13] спектроскопические постоянные перехода 2Р1/2-2Рз/2 в итоге показали, что атомарный йод является хорошей лазерной частицей.

Также проводились эксперименты по получению возбуждённых атомов йода в электрическом разряде, однако этот способ не получил широкого распространения. Одной из причин для этого являлся низкий выход I* порядка 50%. Тяжёлой задачей являлось получение стабильного разряда в алкилйодид-содер-жащей среде. Как результат, энергия лазерной системы была довольно мала и не превышала 1 мДж [14].

Переход тонкой структуры атомарного йода также может быть возбуждён посредством передачи энергии от метастабильных возбуждённых состояний атомов или молекул. Поиски подобных метастабильных частиц увенчались успехом лишь для двух молекул: 02(а1Д) [15] и ХС1(а1Д) [16; 17]. Данные молекулы яв-

ляются метастабильным по причине запрещенности правилами отбора перехода из синглетного состояния в основное и достаточно активно передают энергию возбуждения атомарному йоду в реакциях

N01^^,^ = 0) + I ^ = 2) + I* + 50 см-1, (2)

02(а:Д) + I ^ 02(Х32) + I* + 280 см-1. (3)

Данные реакции имеют константы скорости k2f = 2 • 10-11 см3/c [18; 19] и k3f = 7,8 • 10-11 см3/c [20]. Поскольку энергия возбуждения уровня а1Д у молекулы N01 существенно выше чем у Р^Р^), избыток энергии расходуется на возбуждение второго колебательного уровня молекулы N01.

На практике, однако, использование процесса (2) не получило большого распространения, что в первую очередь связано с низкой производительностью генераторов молекул N01^^). В работе [16] была предложена одна из реализаций генератора электронно-возбуждённых молекул N01^^), основанная на следующих процессах:

01 + Ш3 ^ Н01 + №^ (4)

01 + N3 ^ N2 + N01^ Д). (5)

В работе [21] для системы с N01^^) был получен коэффициент усиления порядка 2 • 10-4, что в 50 раз меньше аналогичных показателей достигаемых для системы с 02(а1Д). Как было показано, главным препятствием является низкая плотность атомарного фтора, получаемого в электрическом разряде. К иным проблемам системы с N01^^) можно отнести также неустойчивость Н^, высокие скорости дезактивации N01^^) [22], образование активных тушителей I*, подобных а также низкие концентрации реагирующих компонент.

Синглетный кислород 02(а1Д) же, в свою очередь, является уникальной электронно-возбуждённой молекулой. Вследствие его крайне большого радиационного времени жизни (76 мин [23]) и устойчивости к столкновительной релак-

сации, возможна его наработка в больших количествах. Подобная особенность обуславливается запрещенностью перехода в основное состояние O2(X3£).

Существует ряд быстрых реакций E-E обмена, в которых производится резонансная передача электронного возбуждения молекул синглетного кислорода, одной из которых является реакция (3). В работах [24-27] реакция (3) была предложена в качестве средства для получения инверсной населённости на переходе тонкой структуры атомарного йода. Реакция (3) имеет следующую константу равновесия [28]:

Keq = кз//кзь = 0,75 exp(402/T). (6)

Здесь k3f и к3ъ - скорости прямого и обратного процессов в реакции (3), Т -температура в градусах Кельвина. Данная константа определяет пороговую долю кислорода O2(a) от общей концентрации кислорода, при превышении которой на переходе тонкой структуры атомарного йода в кислородно-йодной среде достигается инверсная населённость:

= ^ = —2^. (7)

по2 l + 2Keq

Здесь nO2(a) и nO2 - концентрация кислорода в состоянии и суммарная концентрация кислорода соответственно.

Существует большое количество способов получения синглетного кислорода [29; 30]. В данном разделе будут отмечены лишь те из них, которые нашли применение в качестве источников накачки кислородно-йодных лазеров (КИЛ). Генераторы синглетного кислорода (ГСК) подразделяются на три основные категории: фотолизные, электроразрядные и химические.

В фотолизных генераторах синглетного кислорода, таковой образуется в результате УФ фотолиза O3. Подобные системы рассматривались работах [31; 32]. В работе [33] было показано, что процесс поглощения света озоном имеет максимальное сечение при длине волны около 255 нм. Данный процесс является довольно перспективным для получения синглетного кислорода в ГСК, поскольку, как было показано в работе [34], квантовый выход O2(a) при фото-

лизе 03 близок к 90%. Впервые генерация КИЛ в импульсном режиме с фото-лизным ГСК (ФГСК) была показана в работе [32]. Однако, в ходе работы ФГСК образуется большое количество 0(1Б), являющегося хорошим тушителем 02(а) и I*. Для удаления 0(1 Б) в работе [32] применялись 002, N и ^0.

Хоть ФГСК и выглядит привлекательно вследствие высокого квантового выхода 02(а), есть две основные причины, по которым он не получил широкого распространения. Первая - нестабильность исходного компонента 03, вторая -низкий КПД преобразования световой энергии в энергию возбуждения (порядка 25%).

Электроразрядные генераторы синглетного кислорода (ЭГСК) исследовались в работах [35-44]. Концентрация молекул 02(Х) и 02(а) в зоне разряда в основном определяется процессами возбуждения и гашения кислорода при столкновении с электронами плазмы. Наиболее подробно кинетика данных процессов рассматривалась в работах [37; 38]. Основная характеристики ЭГСК -получаемая доля синглетного кислорода У, максимальное значений которой достигается при соотношении напряженности электрического поля к концентрации частиц газа Е/Ы « 10 Тд. Второй важный параметр системы - энергетическая эффективность 5е = По2(а)^о2(а)/е. Здесь ^о2(а) - энергия возбуждения 02(а), е -энерговклад в единицу объёма, оптимальное значение которого достигается при Е/Ы « 5 Тд.

Было показано, что в лучшем случае доля 02 (а) на выходе ЭГСК немногим превышает величину Ут при комнатной температуре. Тем не менее, в работах [39; 41] были получены положительные значения коэффициента усиления при подмешивании в поток атомарного йода.

Впервые лазерная генерация в системе с ЭГСК была получена в работе [40]. Однако в связи с относительно низким давлением синглетного кислорода на входе ЭГСК не удалось достичь высоких значений коэффициента усиления. Рост давления кислорода, в свою очередь, сопровождался падением величины У. Причина подобного эффекта до конца не установлена, в работах [37; 38] было сделано предположение, что подобное падение доли обусловлено трёхчастич-

ным процессом

02(а) + 0(3Р) + 02 ^ 0(3Р) + 202. (8)

Впоследствии, в работе [45] была обнаружена интенсивная дезактивация синглетного кислорода в присутствии атомарного кислорода. В работе [42] удалось в некоторой степени нивелировать данный эффект, путем покрытия стенок разрядной камеры окисью ртути для удаления атомарного кислорода. Полученный выход синглетного кислорода составлял 16%, при этом удалось значительно поднять входное давление кислорода.

Наличие атомарного кислорода на выходе ЭГСК является проблемой также по причине того, что атомарный кислород является эффективным релаксантом I*. Атомарный кислород участвует в образовании озона. Молекула озона, в свою очередь активно реагирует с атомарным йодом.

В случае с химическими генераторами синглетного кислорода (ХГСК), инверсная населённость на переходе 2Р1/2-2Р3/2 впервые была получена в работе [46]. В данной работе СК генерировался при взаимодействии С1803Р с щелочным раствором перекиси водорода. В первом кислородно-йодном лазере (КИЛ) применялся газожидкостной ХГСК, в котором С12 барботировался через раствор Н20-Н202-Ха0Н(К0Н) [15]. Данный способ оказался наиболее действенным и используется в настоящее время в большинстве КИЛ.

Контактируя с поверхностью раствора, молекулы С12 проникают вглубь среды, где взаимодействуют с ионами Н0-:

С12 + Н0- ^ НС1 + С1- + 02(а). (9)

Выход синглетного кислорода в данной реакции близок к 100% [47-51]. Образовавшийся в реакции (9) синглетный кислород диффундирует к поверхности и переходит в газовую фазу. Итоговая доля 02(а) в результате зависит от соотношения времени времени жизни кислорода в жидкости (то2(а) = 2 • 10-6 с [29;52]) ко времени его пребывания в растворе т^. Т.о. условие эффективной наработки 02(а) можно записать как т^ ^ то2(а). Из данного условия можно сделать вывод

что реакция должна протекать в тонком приповерхностном слое жидкости толщиной 18 ^ у7И02то2(а) ~ 10-5 см, где И02 - коэффициент диффузии кислорода в жидкости. Основная проблема заключется в том, что по мере протекания реакции (9) концентрация ионов Н0- в поверхностном слое падает, глубина зона реакции увеличивается, а выход синглетного кислорода, как следствие, падает [47; 48].

Для получения высокой доли синглетного кислорода также необходимо, чтобы время выработки хлора было меньше времени тушения синглетного кислорода в т.н. реакции пулинга:

02(а) + 02(а) ^ 02(Ь) + 02(Х). (10)

Время выработки хлора, в свою очередь, зависит от скоростей переноса массы в газовой и жидкой фазах, удельной поверхности контакта фаз и скорости химической реакции (9) в растворе.

Для реализации данных двух основных условий может применяться целый ряд широко применяемых газожидкостных аппаратов [53]. В первых КИЛ использовался барботажный ХГСК [54-60], в силу простоты его конструкции и относительно высокой производительности. Барботажный ХГСК позволяет получать выход У = 0,5 при давлениях вплоть до нескольких тор. В пленочных ХГСК газ и жидкость соприкасаются на смоченной жидкостью поверхности, представляющей собой систему трубок или пластин [61].

Однако, для создания КИЛ высокой мощности необходимы источники 02(а) высокого давления. В настоящее время, наиболее производительным является струйный ХГСК. На основе струйного ХГСК запущен КИЛ с мощностью 12 кВт [62]. Также был предложен струйно-капельный ХГСК, совмещающий в себе свойства струйного, аэрозольного и дискового генераторов [63]. На основе данного генератора разрабатывается КИЛ мегаваттного класса [64]. Также существует центробежный ХГСК [65], основной особенностью которого являются высокий удельный расход хлора (1,34 ммоль/с) при низком объёмном расходе раствора на единицу расхода хлора (3,7 см3/ммоль).

Во всех типах КИЛ ключевым процессом является обмен электронной энергией между 02 и I в реакции (3). Константа скорости данной реакции в обратном направлении измерялась в работах [12; 66-71]. Температурная зависимость данной константы измерялась в работе [66] путем лазерного фотолиза кислородно-йодной среды излучением с длиной волны 498 нм.

ТЛ V-/ __V-/

В кислородно-йодных лазерах, для получения атомарного йода используются различные методы. В первую очередь, это диссоциация йодосодержащих молекул [15;25;32;40;72-77]. В импульсных КИЛ, это диссоциация перфторал-килйодидов под действием УФ излучения [32; 72-76] или электрического разряда [77]. В непрерывных КИЛ используется молекулярный йод, подмешиваемый в поток, поскольку молекулярный йод быстро диссоциирует в присутствии СК без какого-либо внешнего воздействия [24-27]. Во избежание потерь энергии на диссоциацию йода рассматривались непрерывные КИЛ с принудительной химической [78] и электроразрядной [79-84] диссоциацией йода. Однако, на данный момент не было продемонстрировано значительного улучшения параметров системы в схемах с принудительной диссоциацией йода.

Тем не менее, механизм диссоциации молекулярного йода в присутствии синглетного кислорода является довольно слабо изученным, в силу большого количества включённых в него процессов. Известно, что механизм диссоциации состоит из последовательности реакций, сопровождающихся передачей электронного возбуждения от молекул синглетного кислорода к молекулам и атомам йода. Ключевой проблемой в данном случае является отсутствие измеренных констант скоростей реакций, что не позволяет выделить доминирующие каналы диссоциации. Пакет реакций, ведущих к диссоциации молекулярного йода показан в таблице 1.

В таблице 1, 02(Х), 02(а), 02(Ь) - молекулы кислорода в состоянии 3£, 1Д и соответственно. I* - атом йода в в состоянии 2Р1/2,Ь2(ь/) - колебательно-возбуждённая молекула йода с 20 > V > 40, Ь(А) - молекула йода в состоянии 3П2и.

Таблица 1 — Реакции диссоциации молекулярного йода

№ Реакция

1 ^

2 02(Ь) + Ь ^ 02(Х) + 2!

3 02(а) + I ^ 02(X)+I*

4 02(а) +1* ^ 02(Ь) + I

5 02(Ь) + М ^ 02(Х)(02(а)) + М

6 I2 + 02(а) ^ ) + 02(Х)

7 I2 + )+I

8а ) + 02(а) ^ 2I + 02(X)

8Ь 2Х + I

9 ) + М ^ I2 + М

10а 02(а, V = 1) + Х2 ^ 02(а, V = 0) + Ь(Л)

10Ь 02(а, V = 2) + Ь ^ 02(а, V = 0) + Ь(Л)

11а I2(Л) + 02(a) ^ 2I + 02(X)

11Ь Х2(Л) + I* ^ 2Х + I

12 Ь(Л) + М ^ I2 + М

13 02(а, V + М ^ 02(а, V - 1) + М

14 202(а) + ^ ^ 2I + 202(X)

15 02(а)+Р + I2 ^ 3I + 02(X)

Впервые диссоциацию молекул иода в присутствии синглетного кислорода наблюдали в работе [85]. Для процесса диссоциации иода было предложено несколько механизмов. Согласно первому из них [25; 85], диссоциация протекает в результате последовательности реакций 1-4. Константа процесса 2 измерялась в работах [86; 87]. Однако, обеспечить наблюдаемую экспериментально скорость диссоциации иода за счёт реакций 1-4 оказалось невозможно, даже принимая максимальное значение константы скорости реакции 2 к2 = 3 • 10-11 см3/с [87].

Был предложен дополнительный механизм диссоциации, включающий в себя реакции 6—8 [88]. В реакциях 6, 7 молекула иода может образовываться на максимально возможном колебательном уровне v = 40. В реакции 8 суммарной энергии взаимодействующих частиц будет достаточно для диссоциации молекул иода в случае их нахождения на колебательном уровне не ниже v = 20. Однако, было показано, что кинетика дезактивации колебательно-возбуждённых молекул йода не соответствует кинетике релаксации промежуточного состояния в стандартном кинетическом пакете (СКП) кислородной-одного лазера [20]. В свою очередь, значение константы скорости тушения O2(a) на I2 (реакция 6) оказалось по крайней мере на порядок ниже принятого в СКП [89].

Возможна диссоциация в ступенчатом механизме реакций 10, 11 [85;90;91]. Колебательно-возбуждённые молекулы кислорода могут образовываться в реакциях 1, 4 [92; 93] и при дезактивации молекул O2(a), O2(b). В результате быстрых резонансных V-V и E-E обменов образуются колебательно-возбуждённые молекулы O2(a) [94-96]. Диссоциация йода также может происходить в реакции 14 [25;97] или 15, поскольку суммарная энергия O2(a) и I* больше энергии диссоциации молекулы иода. Для расчётов коэффициента усиления и выходной мощности проточного ХКИЛ предложенные механизмы диссоциации использовались как по отдельности, так и в совокупности [98-101].

За последнее десятилетие созданы мощные и эффективные диодные лазеры, линейки и наборные матрицы на их основе, но качество их излучения заметно хуже дифракционного. Перспективным направлением в разработках лазерных

систем является суммирование и преобразование излучения диодных лазеров с помощью различных твердотельных сред, а в последнее время и газовых сред.

Лазеры на парах щелочных металлов [102-105] являются одной из лазерных систем с оптической накачкой, получившей большое развитие в последние годы. В подобных системах происходит накачка на переходе И2 атома щелочного металла. Далее, в результате столкновений с молекулами буферного газа, происходит переход атома щелочного металла в состояние 2Р1/2 с последующем излучением на переходе И1. Как правило, повышением давления буферного газа добиваются уширения линии накачки до 10-20 ГГц, что приблизительно соответствует ширине линии излучения современных диодных лазеров. Для эффективного перемешивания уровней 2Р3/2 и 2Р1/2 в смесь как правило добавляются углеводороды, такие как метан и этан.

Одной из проблем лазеров на парах щелочных металлов является то, что углеводороды в реакции с щелочными металлами образуют гидриды и углеродистые отложения на стенках камеры и оптических окнах, что приводит к деградации системы. Для того, чтобы решить эти проблемы были предложены лазеры на метастабильных атомах инертных газов [106; 107]. Предлагается возбуждение атома инертного газа в метастабильное электронно-возбуждённое состояние, в котором он имеет один электрон на внешней электронной оболочке и, как следствие, ведёт себя подобно атому щелочного металла.

Точные значения констант скоростей для реакций диссоциации молекулярного йода и дезактивации синглетного кислорода имеют большое значение для разработки новых типов кислородно-йодных лазеров (КИЛ), таких как КИЛ с оптической накачкой. Разработка схем оптической накачки КИЛ является актуальной задачей в связи с проблемами классическим схем накачки активной среды КИЛ, которые были описаны выше. В химических кислородной-йодных лазерах (ХКИЛ), 02(а) образуется в генераторе синглетного кислорода, который для своей работы потребляет токсичные реагенты. Кислородной-йодные лазеры с накачкой в электрическом разряде имеют малую эффективность, а также в результате разряда образуется большое количество побочных компонент.

т-ч V-/ V-/

В основном, схемы оптическом накачки для кислородно-иодного лазера предполагают использование сенсибилизатора, служащего для передачи электронного возбуждения молекулам кислорода [29; 108]. В частности, в работе [109] использовались молекулы бенгальскоИ розы, прикреплённые к подложке из хлорметилированного полистирола. Суспензия из покрытых фотосенсибилизатором полимерных шариков облучалась в присутствии молекулярного кислорода. Авторы утверждают, что синглетный кислород активно образуется при передачи энергии от системы бенгальская роза-полимер к молекулам кислорода. В работе [108] в качестве сенсибилизатора предполагается использование молекул фуллерена, что предполагает накачку в видимом и ультрафиолетовом диапазоне. Также существуют схемы, предполагающие непосредственную оптическую накачку кислорода [110].

Возможно получение атомов синглетного кислорода посредством непосредственной оптической накачки перехода 2Р3/2-2Р^2 атомарного Иода, с последующей передачей электронного возбуждения молекулам синглетного кислорода в реакции 3 (Таблица 1). В таком случае достаточно будет небольшого количества атомарного йода, для того чтобы начать процесс диссоциации. Разумеется, в таком случае относительная доля синглетного кислорода сможет превысить равновесное значение только в случае резкого охлаждения среды. Однако, для того чтобы рассчитать кинетику подобной схемы оптической накачки необходимо знание значений констант скоростей для реакций диссоциации молекулярного йода.

Целью данной работы является измерение кинетических констант процессов в кислородно-йодной среде методами эмиссионной спектроскопии и разработка новых методов оптической накачки активной среды кислородно-йодного лазера.

В соответствии с поставленной целью определены основные задачи диссертации:

1. Создать экспериментальную установку для измерения концентраций электронно-возбуждённых атомов, молекул и исследования кинетики их взаимодействия в кислородно-йодном потоке.

2. Разработать метод для исследования генерации молекул 02(Ь) в процессах 02(а) + 02(а) ^ 02(Ь) + 02(Х), 02(а) +1* ^ 02(Ь) + I и измерить их константы скорости.

3. Разработать метод диагностики потерь синглетного кислорода в процессах 02(а) + 02(а) ^ продукты, 02(а) + I* ^ продукты и измерить их константы скорости.

4. Экспериментально выделить инициирующую и цепную стадии диссоциации молекулярного йода в присутствии синглетного кислорода. Определить доминирующие процессы на инициирующей и цепной стадии диссоциации йода.

5. Разработать метод получения активной среды кислородно-йодного ла-

22

зера путём оптической накачки перехода 2Р1/2-2Р3/2 атома йода. Научная новизна

1. Создана установка для измерения констант скоростей реакций с участием электронно-возбуждённых частиц путём измерения пространственной эволюции их концентраций в газовом потоке.

2. Определены константы скорости реакций:

02(а) + 02(а) ^ 02(Ь) + 02(Х) - (4,3 ± 0,2) • 10-17 см3/с; 02(а) +1* ^ 02(Ь) + I - (2,8 ± 0,2) • 10-13 см3/с; 02(а) + 02(а) ^ продукты - (10 ± 2) • 10-17 см3/с; 02(а) +1* ^ продукты - (6 ± 1,1) • 10-13 см3/с;

3. Показано, что инициирование процесса диссоциации йода в активной среде кислородно-йодного лазера происходит преимущественно в реакции 02(Ь) + !2 ^ 02(Х) + 2I с константой скорости (8,3 ± 1,1) • 10-11 см3/с.

4. Показано, что роль трёхчастичных взаимодействий 202(а) + !2 ^ 2I + 202(Х) и 02(а) + I* + I2 ^ 3I + 02(Х) а также процессов с участием

колебательно-возбуждённого кислорода не дают значительного вклада на инициирующей и цепной стадиях диссоциации.

5. Предложен новый тип кислородно-йодного лазера, основанный на непосредственной накачке перехода 2Р3/2-2Р1/2 атомарного йода в газовом потоке с последующим его газодинамическим охлаждением.

6. Показано, что при облучении смеси 02-12 излучением с длиной волны 1315 нм в среде начинает протекать диссоциация молекулярного йода и образуется синглетный кислород.

Практическая ценность.

Уточнённые значения констант скоростей реакций процессов, протекающих в активной среде КИЛ, являются необходимыми на стадии их разработки и проектирования. Полученные результаты закладывают основы для проектирования кислородно-йодных лазеров с оптической накачкой. Предлагаемая в данной работе схема оптической накачки для кислородно-йодного лазера является перспективной для различных применений и имеет ряд достоинств по сравнению с химическими и электрическими кислородно-йодными лазерами.

Достоверность представленных в диссертации полученных научных результатов подтверждается, с одной стороны, использованием апробированных методик измерения концентраций возбуждённых частиц при помощи абсолютно калиброванного спектрометра, использованием сертифицированных измерительных приборов, и, с другой стороны, корректной математической постановкой задач, надёжностью используемых общепринятых уравнений и моделей, а также удовлетворительным согласием результатов, полученных расчётным путём, с экспериментальными данными.

Защищаемые положения:

1. Метод измерения кинетических констант процессов с участием возбуждённых частиц, основанный на измерении пространственной эволюции их абсолютной концентрации в проточной трубке методами эмиссионной спектроскопии.

2. Измеренные значения констант скорости реакций:

02(a) + 02(a) ^ 02(b) + O2(X) - (4,3 ± 0,2) • 10-17 см3/с; 02(a) +1* ^ 02(b) + I - (2,8 ± 0,2) • 10-13 см3/с; 02(a) + 02(a) ^ продукты - (10 ± 2) • 10-17 см3/с; 02(a) +1* ^ продукты - (6 ± 1,1) • 10-13 см3/с; 02(b) + I2 ^ 02(X) + 2I - (8,3 ± 1,1) • 10-11 см3/с.

3. Метод фотоиндуцированной диссоциации йода и образования синглет-ного кислорода в среде 02-I2 под действием лазерного излучения с длиной волны 1315 нм.

4. Концепция кислородно-йодного лазера с оптической накачкой, основанная на предварительной диссоциации I2 в потоке 02-I2, оптической накачке перехода 2P1/2-2P3/2 и последующем газодинамическом охлаждении потока.

Работа была выполнена при частичной финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 16-32-00106 мол_а.

Основные результаты докладывались на всероссийской молодёжной конференции «перспективы развития фундаментальных наук», г. Москва, IX, X, XI и XII всероссийском конкурсе-конференции научных работ по оптике и лазерной физике, г. Самара, V всероссийской молодежной конференции по фундаментальным и инновационным вопросам современной физики, г. Москва, второй международной конференции «Динамика и виброакустика машин», г. Самара, 16-й и 17-й международных конференциях «Оптика лазеров», г. Санкт-Петербург, конференции "High Eneregy/Average Power Lasers and Intense Beam applkations К'в рамках симпозиума "Photon^s West 2016"(Сан-Франциско, США) а также на XXI симпозиуме "High Power Laser Systems and Applkations г. Гмунден (Австрия).

По материалам диссертации опубликованы 22 научные работы, в том числе 5 статей в изданиях, рекомендованных ВАК России, 17 работ в сборниках трудов и тезисов докладов международных, всероссийских и региональных конференций. По результатам диссертации был получен патент РФ №2548622.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения и 1 приложения. Полный объём диссертации составляет 111 страниц, включая 43 рисунка и 3 таблицы. Список литературы содержит 146 наименований.

Глава 1. Метод и экспериментальная установка 1.1 Экспериментальная установка

Для определения констант скоростей реакций с участием электронно-возбуждённых частиц 02(а1Д), 02(Ъ1^), 1*(2Р1/2) была разработана экспериментальная установка, позволяющая измерять пространственную эволюцию их концентрации вдоль проточного канала. Для измерения концентраций применялся метод эмиссионной спектроскопии при помощи абсолютно калиброванной системы оптическое волокно - спектрометр. Данная установка с незначительными изменениями описана в работах [111-114].

Схема экспериментальной установки представлена на рисунке 1.1. Газовый генератор синглетного кислорода (ГСК) создаёт поток кислорода с расходом до 1 ммоль/с и содержанием синглетного кислорода 02(а1Д) более 50%. Для уменьшения концентрации водяного пара, поток пропускается через ловушку паров воды (ЛПВ), представляющую собой набор параллельных газопроточных каналов, погруженных в ванну с охлаждённым этанолом.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Малышев Михаил Сергеевич, 2017 год

Список литературы

1. J.V.V. Kasper, G.C. Pimentel. Atomic iodine photodissociation laser // Appl. Phys. Lett. - 1964. - Vol. 5. - Pp. 231-233.

2. Output mode spectra, comparative parametric operation, quenching, photolyt-ic reversibility, and short-pulse generation in atomic iodine photodissociation laser / Devis C.C., Pirkle R.J., McFarlane R.A., Wolga G.J. // IEEE J. Quantum Electron. - 1976. - Vol. QE-12. - Pp. 334-352.

3. Л.С. Ершов, В.Ю. Залесский, В.Н. Соколов. Лазерный фотолиз перфторал-килйодидов // Квантовая электроника. - 1978. - Т. 5. - С. 863-876.

4. Влияние вторичных процессов на квантовый выход образования атомов 1(2Р1/2) при фотолизе йодидов, определяемый методом кинетической спектроскопии / Алексеев А.Б., Правилов А.М., Сидоров И.И., Скороходов В.А. // Квантовая электроника. - 1987. - Т. 14. - С. 2421-2427.

5. Г. Бредерлов, Э. Филл, К. Витте. Мощный йодный лазер. - M.: Энерго-атомиздат, 1985. - 160 с.

6. K. Хола, K. ^мш. Фотохимический йодный лазер // Химические лазеры. - М.: Мир, 1980. - С. 757-795.

7. В.Ю. Залесский, Т.И. Крупенникова. Дезактивация метастабильных атомов йода в соударениях с молекулами перфторалкилиодидов // Оптика и спектроскопия. - 1971. - С. 757-795.

8. В.А. Катулин. Генерирование и усиление мощных импульсов когерентного излучения с помощью иодных лазеров: автореф. дис. на соискание ученой степени д-ра физ.-мат. наук: 01.04.03 / Катулин Виктор Анатольевич. -Москва, 1979. - 25 с.

9. Новые возможности установки «Искра-5» / Анненков В.И., Безуглов В.Г., Бессараб А.В. и др. // Квантовая электроника. — 2006. — Т. 36. — С. 508-510.

10. Исследования реакций возбужденных атомов йода с помощью фото-дис-соционного лазера / Андреева Т.Л., Кузнецова С.В., Маслов А.И. и др. // Химия высоких энергий. — 1972. — Т. 6. — С. 418-424.

11. Исследования реакций возбужденных атомов йода с помощью фото-дис-соционного лазера / Андреева Т.Л., Кузнецова С.В., Маслов А.И. и др. // Письма в ЖЭТФ. — 1971. — Т. 13. — С. 631-635.

12. J.J. Deakin, D. Husain. Temperature dependence of collisionally induced spin orbit relaxation iodine atoms // J. Chem. Soc. Farad. Tran. Pt. II. — 1972. — Vol. 68. — Pp. 1603-1612.

13. Исследование спектра люминисценции атомарного йода (лазерный переход 2Pi/2-2P3/2) / Зуев В.С., Катулин В.А., Носач В.Ю., Носач О.Ю. // ЖЭТФ. — 1972. — Т. 62. — С. 1673-1680.

14. L.D. Pleasance, L.A. Weaver. Laser emission at 1.32 дт from atomic iodine produced by electrical dissociation of CF3I // Appl. Phys. Lett. — 1977. — Vol. 27. — Pp. 407-409.

15. An electronic transition chemical laser / McDermott W.E., Pchelkin N.R., Benard D.J., Bousek R.R. // Appl. Phys. Lett. — 1978. — Vol. 32. — Pp. 496-470.

16. A new energy transfer chemical laser at 1.315 ^m / Henshaw T.L., Manke II G.C., Madden T.J. et al. // Chem. Phys. Lett. — 2000. — Vol. 325. — Pp. 537-544.

17. A multiwatt all gas-phase iodine laser (AGIL) / Manke II G.C., Cooper C.B., Dass S.C. et al. // Proc. SPIE. — 2004. — Vol. 5448. — Pp. 251-260.

18. A.J. Ray, R.D. Coombe. Energy-transfer from NCl(a1A) to iodine atoms. // J. Phys. Chem. - 1993. - Vol. 97. - Pp. 3475-3479.

19. T.L. Henshaw, S.D. Herrera, A.V. Schlie. Temperature-dependence of the NCl(a1A)-I(2P3/2) reaction from 300 to 482 K // J. Phys. Chem. - 1998. - Vol. 102. - Pp. 6239-6246.

20. G.P. Perram. Approximate analytic solution for the dissociation of molecular iodine in the presence of singlet oxygen // Int. J. Chem. Kinet. - 1995. -Vol. 27. - Pp. 817-828.

21. The measurement of gain on the 1.315 ^m transition of atomic iodine in a subsonic flow of chemically generated NCl(a1 A) / Herbelin J.M., Henshaw T.L., Rafferty B.D. et al. // Chem. Phys. Lett. - 1999. - Vol. 299. - Pp. 583-588.

22. A.J. Ray, R.D. Coombe. Collisional quenching of NCl(a1A,^ = 0) and the chain decomposition of ClN // J. Phys. Chem. - 1994. - Vol. 98. - Pp. 8940-8945.

23. S.M. Newman, I.C. Lane, A.J. Orr-Ewing. Integrated absorption intensity and Einstein coefficient for the O2a1Ag-X3£g- (0,0) transition: A comparison of cavity ringdown high resolution Fourier transform spectroscopy with a long-path absorption cell // J. Chem. Phys. - 1999. - Vol. 110. - Pp. 10749-10757.

24. S.J. Arnold, N. Finlayson, E.A. Ogryzlo. Some novel energy-pooling processes involving C>2(1A) // J. Chem. Phys. - 1966. - Vol. 44. - Pp. 2529-2531.

25. R.G. Derwent, D.R. Kearns, B.A. Thrush. The excitation of iodine by singlet molecular oxygen // Chem. Phys. Lett. - 1970. - Vol. 6. - Pp. 115-116.

26. R.G. Derwent, B.A. Thrush. Excitation of iodine by singlet molecular oxygen

1 // J. Chem. Soc. Far. Trans. - 1972. - Vol. 68. - Pp. 720-728.

27. R.G. Derwent, B.A. Thrush. Excitation of iodine by singlet molecular oxygen

2 // Far. Discuss. Chem. Soc. - 1972. - Vol. 53. - Pp. 162-167.

28. Кинетика физических процессов в кислородно-йодном лазере / Дидюков А.И., Краснощеков Ю.И., Кулагин Ю.А. et al. // Квантовая электроника. — 1982. — Vol. 9. — Pp. 645-655.

29. Н.В. Шинкаренко, В.Д. Алесковский. Синглетный кислород, методы получения и обнаружения // Успехи химии. — 1981. — Vol. 50. — Pp. 402-423.

30. A.A. Frimer. Singlet O2. — Boca Raton, Florida: CRC Press Inc., 1985. — Vol. 1.

31. Фотолизный генератор возбужденного кислорода O2(1Ag) / Дидюков А.И., Краснощеков Ю.И., Кулагин Ю.А. и др. // Квантовая электроника. — 1982. — Т. 9. — С. 645-655.

32. Кислородно-йодный лазер с фотодиссоционным источником воз-бужден-ного кислорода O2(1 Ag) / Золотарев В.А., Крюков П.Г., Подмарьков Ю.П. и др. // Квантовая электроника. — 1989. — Т. 16. — С. 1095-1097.

33. Evaluated kinetic and photochemical data for atmospheric chemistry: Volume II-gas phase reactions of organic species / Atkinson R., Baulch D.L., Cox R.A.

et al. // Atmospheric Chemistry and Physics. — 2006. — Vol. 6. — Pp. 3625-4055.

34. I.T.N. Jones, R.P. Wayne. The photolysis of ozone by ultraviolet radiation. V. Photochemical formation of O2(1A) // Proc. Roy. Soc. Lon. A. — 1971. — Vol. 321. — Pp. 409-424.

35. J. Schmiedberger, H. Fujii. Radio-frequency plasma jet generator of singlet delta oxygen with high yield // Appl. Phys. Lett. — 2001. — Vol. 78. — Pp. 2649-2651.

36. A.P. Napartovich, A.A. Deryugin, I.V. Kochetov. Discharge production of the singlet delta oxygen for an iodine laser // J. Phys. D: Appl. Phys. — 2001. — Vol. 34. — Pp. 1827-1833.

37. On the possibility of O2(1Ag) production by a non-self-sustained discharge for oxygen-iodine laser pumping / Vasiljeva A.N., Klopovskiy K.S., Kovalev A.S. et al. // J. Phys. D: Appl. Phys. — 2004. — Vol. 37. — Pp. 2455-2468.

38. Singlet oxygen generation in O2 flow excited by RF discharge: I. Homogeneous discharge mode: a-mode / Braginsky O.V., Vasiljeva A.N., Klopovskiy K.S. et al. // J. Phys. D: Appl. Phys. — 2005. - Vol. 38. - Pp. 3609-3625.

39. Path to the measurement of positive gain on the 1315-nm transition of atomic iodine pumped by O2(1Ag) produced in an electric discharge / Carroll D.L., Verdeyen J.T., King D.M. et al. // IEEE J. Quantum Electron. — 2005. — Vol. 41. — Pp. 213-223.

40. Continuous-wave laser oscillation on the 1315 nm transition of atomic iodine pumped by O2(1Ag) produced in an electric discharge / Carroll D.L., Verdeyen J.T., King D.M. et al. // Appl. Phys. Lett. — 2005. — Vol. 86. — Pp. 111104(1-3).

41. Observations of gain on the I(2P1/2 —2 P3/2 transition by energy transfer from O2 (a1Ag) generated by a microwave discharge in a subsonic flow reactor / Rawlins W.T., Lee S., Kessler W.J., Davis S.J. // App. Phys. Lett. — 2005. — Vol. 86. — Pp. 051105(1-3).

42. Discharge singlet oxygen generator for oxygen-iodine laser: I. Experiments with rf discharges at 13.56 and 81 MHz / Braginsky O.V., Kovalev A.S., Lopaev D.A. et al. // J. Phys. D: Appl. Phys. — 2006. — Vol. 39. — Pp. 5183-5190.

43. A.A. Ionin, A.P. Napartovich, N.N. Yuryshev. Plasma chemical oxygen-iodine laser: problems of development // Proc. SPIE. — 2002. — Vol. 4631. — Pp. 284-292.

44. Singlet oxygen production and quenching mechanisms in travelling micro-wave discharges / Savin Yu.V., Goryachev L.V., Adamenkov Yu.A. et al. // J. Phys. D: Appl. Phys. — 2004. — Vol. 37. — Pp. 3121-3128.

45. V.N. Azyazov, M.H. Kabir, M.C. Heaven. Observation of fast O2(a1A) quenching in the O/O2/O3 system // Proc. SPIE. — 2007. — Vol. 6454. — P. 64540K.

46. Chemical generation of population inversion between the spin-orbit states at atomic iodine / Pritt A.T., Coombe R.G., Pilipovich D. et al. // Appl. Phys. Lett. — 1977. — Vol. 31. — Pp. 745-747.

47. М.В. Загидуллин. Химические генераторы синглетного кислорода высокого давления и кислородно-йодные лазеры на их основе: автореф. дис. на соискание ученой степени д-ра физ.-мат. наук: 01.04.21 / Загидуллин Марсель Вакифович. — Москва, 1997. — 35 с.

48. Теоретический анализ химических кислородно-йодных лазеров / Басов Н.Г., Загидуллин М.В., Игошин В.И. и др. // Труды ФИАН им П.Н. Лебедева. — 1986. — Т. 171. — С. 30-53.

49. G.N. Hays, G.A. Fisk. Chemically pumped iodine lasers fusion driver // IEEE J. Quantum Electronics. — 1981. — Vol. QE-17. — Pp. 1823-1827.

50. D.J. Storch, C.J. Dymec, L.P. Davis. MNDO study of the mechanism of O2(1Ag) formation by reaction Cl2 with basic H2O2 // J. Amer. Chem. Soc. — 1983. — Vol. 105. — Pp. 1765-1769.

51. Н.М. Бытева, В.С. Черников. Выход синглетного молекулярного кислорода в реакции взаимодействия пероксида с хлором в щелочной среде // Журнал физической химии. — 1989. — Т. 68. — С. 1208-1212.

52. M.A. Rodgers. Lifetime of O2(a1Ag) in liquid water as determined by time-resolved infrared luminescence measurements // J. Am. Chem. Soc. — 1982. — Vol. 104. — Pp. 5541-5543.

53. В.М. Рамм. Абсорбция газов. — М.: Химия, 1976.

54. Efficient operation of a 100-W transvers flow oxygen-iodine laser / Benard D.J., McDermott W.E., Pchelkin N.R., Bousek R.R. // Appl. Phys. Lett. — 1979. — Vol. 34. — Pp. 40-41.

55. Performance characteristics of transverse-flow, oxygen-iodine chemical laser in a low gas-flow velocity / Watanabe K., Kashiwabara S., Sawai K. et al. // Appl. Phys. Lett. - 1983. - Vol. 54. - Pp. 1228-1231.

56. Химический кислородно-йодный лазер на основе низкоконцентрированной перекиси водорода / Вагин Н.П., Коношенко А.Ф., Крюков П.Г. и др. // Квантовая электроника. - 1984. - Т. 11. - С. 1688-1690.

57. A highly efficient, compact chemical oxygen-iodine laser / Yoshimoto H., Ya-makoshi H., Shibukawa Y., Uchiyama T. // J. Appl. Phys. - 1986. - Vol. 59. -Pp. 3965-3967.

58. Efficient operation of a chemically pumped oxygen iodine laser utilizing dilute hydrogen peroxide / Yoshida S., Fujii H., Sawano T. et al. // Appl. Phys. Lett. -1987. - Vol. 51. - Pp. 1490-1492.

59. O2(:A) generation in a bubble column reactor for chemically pumped iodine laser: Experiment and modeling / Aharon O., Elior A., Herskowitz M. et al. // Appl. Phys. - 1991. - Vol. 70. - Pp. 5211-5220.

60. Исследование работы химического иодно-кислородного лазера / Григорьев Ф.В., Горячев Л.В., Ерошенко В.А. и др. // Известия АН СССР, серия физическая. - 1984. - Т. 48. - С. 1383-1384.

61. An efficient singlet oxygen generator for chemically pumped iodine lasers / Richardson R.J., Wiswall C.E., Carr P.A.G. et al. // J. Appl. Phys. - 1981. -Vol. 52. - Pp. 4962-4969.

62. Непрерывный химический кислородно-йодный лазер мощностью 12 кВт / Борейшо А.С., Мальков В.М., Савин А.В. и др. // Квантовая электроника. - 2003. - Т. 33. - С. 307-311.

63. Parametric Study of a Twisted Aerosol-Type Singlet Oxygen Generator / Wani F., Endo M., Vyskubenko B.A. et al. // IEEE J. Quantum Electron. -1998. - Vol. 34. - Pp. 2130-2137.

64. Airborne laser flight-weighted laser module (FLM) and COIL modeling support / Koop G., Hartlove J., Clendening C. et al. // 31st Plasmadynamics and Lasers Conference. — 2000.

65. Эжекторный кислородно-йодный лазер с центробежным барботажным генератором синглетного кислорода / Загидуллин М.В., Николаев В.Д., Свистун М.И., Хватов Н.А. // Квантовая электроника. — 2005. — Т. 35. — С. 907-908.

66. T. Marter, M.C. Heaven, D. Plummer. Measurement of the rate constant for the quenching of I(2P1/2) by O2(X) at 150 K // Chem. Phys. Lett. — 1996. — Vol. 260. — Pp. 201-207.

67. D.H. Burde, R.A. McFarline. Collisional quenching of excited iodine atoms I(2P1/2) by selected molecules // J. Chem. Phys. — 1976. — Vol. 64. — Pp. 1850-1851.

68. R.G. Derwent, B.A. Thrush. The radiative lifetime of the metastable iodine atom I(2P1/2) // Chem. Phys. Lett. — 1971. — Vol. 9. — Pp. 591-592.

69. M.D. Burrows. I*(52P1/2) quenching kinetics. // J. Chem. Phys. — 1984. — Vol. 81. — Pp. 3546-3553.

70. A.T. Young, P.L. Houston. The I(2P1/2) + 2 ^ I + 2(1A) equilibrium // J. Chem. Phys. — 1983. — Vol. 78. — Pp. 2317-2326.

71. D.H. Burde, T.T. Yang, R.A. McFarlane. Temperature dependence of the colli-sionnal deactivation of I(2P1/2) by I2 and O2 from 300 to 600 K // Chem. Phys. Lett. — 1993. — Vol. 205. — Pp. 69-74.

72. Н.Н. Юрышев. Импульсный химический кислородно-йодный лазер с объемной наработкой йода как модель сверхзвукового непрерывного лазера // Квантовая электроника. — 1998. — Т. 25. — С. 410-412.

73. Исследование эффективности импульсного химического кислородно-йодного лазера / Вагин Н.П., Крюков П.Г., Нурлигареев Д.Х. и др. // Краткие сообщения по физике. — 1987. — № 5. — С. 47-48.

74. Влияние параметров генератора 2(:Д) на работу импульсного химического кислородно-йодного лазера / Балан Н.Ф., Гизатуллин Р.М., Загидуллин М.В. и др. // Краткие сообщения по физике. — 1989. — № 4. — С. 23-25.

75. Исследование химического кислородно-йодного лазера / Балан Н.Ф., Гизатуллин Р.М., Дубровский А.В. и др. // Квантовая электроника. — 1989. — Т. 16. — С. 1587-1592.

76. CH3I и n — CF7I как доноры атомов йода для импульсного химического кислородно-йодного лазера / Басов Н.Г., Вагин Н.П., Крюков П.Г. и др. // Квантовая электроника. — 1984. — Т. 11. — С. 1893-1894.

77. Н.Н. Вагин, В.С. Пазюк, Н.Н. Юрышев. Импульсный химический кислородно-йодный лазер с объемной наработкой атомов йода в электрическом разряде // Квантовая электроника. — 1995. — Т. 22. — С. 776-778.

78. Chemical generation of atomic iodine for chemical oxygen-iodine laser. I. Modelling of reaction system / Jirasek V., Spalek O., Kodymova J., Censky M. // Chem. Phys. — 2001. — Vol. 269. — Pp. 167-178.

79. А.А. Шепеленко, П.А. Михеев. Получение атомов йода для кислородно-йодного лазера из йодсодержащих молекул с помощью атомарного кислорода // Квантовая электроника. — 2003. — Т. 33. — С. 215-218.

80. Получение атомарного йода в потоке газа при разложении метилиодида тлеющим разрядом постоянного тока / Михеев П.А., Шепеленко А.А., Воронов А.И., Купряев Н.В. // Квантовая электроника. — 2002. — Т. 32. — С. 1-4.

81. П.А. Михеев, А.А. Шепеленко, Н.В. Купряев. Получение атомарного йода разложением метилиодида продуктами плазмы тлеющего разряда в потоке кислорода// Теплофизика высоких температур. — 2002. — Т. 40. — С. 34-38.

82. Output power enhancement of a chemical oxygen-iodine laser by predissociated iodine injection / Endo M., Sugimoto D., Okamoto H. et al. // Jpn. J. Appl. Phys. — 2000. — Vol. 39. — Pp. 468-474.

83. Power enhancement in chemical oxygen-iodine laser by iodine predissociation via corona/glow discharge / Katz A., Dahan Z., Rybalkin V. et al. // Appl. Phys. Lett. — 2007. — Vol. 90. — P. 161122(3).

84. Oxygen-iodine active medium with a DC glow discharge iodine generator / Shepelenko A.A., Mikheyev P.A., Azyazov V.N. et al. // Proceedings of XIIIInt. Conf. on the Methods of Aerophysical Research, Part II. — 2007. — Pp. 180-185.

85. Some New Emission Bands of Molecular Oxygen // J. Chem. Phys. — 1964. — Vol. 40. — P. 1769.

86. D.F. Muller, R.H. Young, P.L. Houston. Direct observation of diatomic iodine collisional dissociation by O2(b) // Appl. Phys. Lett. — 1981. — Vol. 38. — Pp. 404-406.

87. Re-examination of the role of O2(b) in the I2 dissociation mechanism / Heaven M.C., Han J., Davis S.J., Lee S. // Proc. SPIE. — 2004. — Vol. 5334. — Pp. 53-59.

88. Chain-reaction mechanism for molecular iodine dissociation in the O2(:A)-I atom laser / Heidner R.F., Gardner C.E., Segal G.I., El-Sayed T.M. // J. Phys. Chem. — 1983. — Vol. 87. — P. 2348-2360.

89. Kinetic studies for advanced iodine laser concepts / Han J., Komissarov A.V., Tinney S.P., Heaven M.C. // Proc. SPIE. — 2005. — Vol. 5777. — Pp. 198-206.

90. Azyazov V.N., Pichugin S.Yu., Heaven M.C. On the dissociation of I2 by O2(a1 A): Pathways involving the excited species I2(A/3n2u,A3niu), I2(X:S,^), and O2(a1A,^) // J. Chem. Phys. - 2009. - Vol. 130. - Pp. 104306(1-9).

91. H.V. Lilenfeld. Oxygen-Iodine Laser Kinetics: Final Report. - St. Louis, MO: McDonnell Douglas Research Lab., 1983.

92. U. Schurath. The energy pooling reaction 2O2(1Ag) ^ O2(3£-) + O2(1S+): formation, relaxation, and quenching of vibrationally excited O2(1S+) // J. Pho-tochem. - 1975. - Vol. 4. - Pp. 215-226.

93. В.Н. Азязов. Возбужденные состояния в активных средах кислородно-иод-ных лазеров // Квантовая электроника. - 2009. - Т. 39. - С. 989-1007.

94. K.S. Kalogerakis, R.A. Copeland, T.G. Slanger. Vibrational energy transfer in O2(X3S-,^ = 2,3) + O2 collisions at 330K // J. Chem. Phys. - 2005. - Vol. 123. - P. 044309.

95. Collisional relaxation of O2(X3S-,^ = 1) and O2(a1Ag,v = 1) by atmospherically relevant species / Pejakovic D.A., Campbell Z., Kalogerakis K.S. et al. // J. Chem. Phys. - 2011. - Vol. 135. - P. 094309.

96. H.I. Bloemink, R.A. Copeland, T.G. Slanger. Collisional removal of O2(b1^,^ = 1,2) by O2, N2, and CO2 // J. Chem. Phys. - 1998. - Vol. 109. - Pp. 4237-4245.

97. G.N. Hays, G.A. Fisk. Rate and efficiency of I2 dissociation in the presence of O2(1A) // Appl. Phys. Lett. - 1983. - Vol. 42. - Pp. 3-5.

98. Experimental and Computational Investigation of a Converging-Diverging Noz-zle-Diffuser with Cross Flow Injection / Madden T.J., Noren C.A., Ortiz T.

et al. // 48th AIAA Aerospace Sciences Meeting. - 2010.

99. K. Waichman, B.D. Barmashenko, S. Rosenwaks. Comparing modeling and measurements of the output power in chemical oxygen-iodine lasers: A stringent

test of I2 dissociation mechanisms // J. Chem. Phys. — 2010. — Vol. 133. — P. 084301.

100. K. Waichman, B.D. Barmashenko, S. Rosenwaks. The I2 dissociation mechanisms in the chemical oxygen-iodine laser revisited // J. Chem. Phys. — 2012. — Vol. 136. — P. 244307.

101. V.N. Azyazov, M.C. Heaven. Role of O2(b) and I2(A',A) in Chemical Oxygen-Iodine Laser Dissociation Process // AIAA Journal. — 2006. — Vol. 44. — Pp. 1593-1600.

102. W.F. Krupke. Diode pumped alkali lasers (DPALs)-A review // Progress in Quantum Electronics. — 2012. — Vol. 36. — Pp. 4-28.

103. B.V. Zhdanov, R.J. Knize. DPAL: historical perspective and summary of achievements // Proc. SPIE. — 2013. — Vol. 8898.

104. А.М. Шалагин. Мощные лазеры на парах щелочных металлов с диодной накачкой // Успехи физических наук. — 2011. — Т. 181. — С. 1011-1016.

105. B.D. Barmashenko, S. Rosenwaks. Detailed analysis of kinetic and fluid dynamic processes in diode-pumped alkali lasers // JOSA B. — 2013. — Vol. 30. — Pp. 1118-1126.

106. J. Han, M.C. Heaven. Gain and lasing of optically pumped metastable rare gas atoms // Optics Letters. — 2012. — Vol. 37. — Pp. 2157-2159.

107. A.V. Demyanov, I.V. Kochetov, P.A. Mikheyev. Kinetic study of a cw optically pumped laser with metastable rare gas atoms produced in an electric discharge // Journal of Physics D: Applied Physics. — 2013. — Vol. 46. — P. 375202.

108. O.B. Danilov, A.P. Zhevlakov, Yur'ev M.S. Optically (Solar) Pumped Oxygen-Iodine Lasers // Optics and Spectroscopy. — 2014. — Vol. 117. — Pp. 145-151.

109. Polymer-based sensitizers for photooxidations / Blossey E.C., Neckers D.C., Thayer A.L., Schaap A.P. // J. Am. Chem. Soc. - 1973. - Vol. 95. -P. 5820-5822.

110. I. Lipatov N., A.S. Biryukov, E.S. Gulyamova. An optical boiler generating singlet oxygen O2(a1Ag) // Quantum Electronics. - 2008. - Vol. 38. -Pp. 1179-1182.

111. М.В. Загидуллин, Н.А. Хватов, М.С. Малышев. Кинетика образования молекул O2(1 £) в реакциях с участием возбужденных молекул кислорода O2(1A) и атомов йода I(2P1/2) // Химическая физика. - 2011. - Т. 30, № 12. - С. 3-8.

112. Dissociation of Molecular iodine in flow tube in the presence of O2(1S) molecules / Zagidullin M.V., Khvatov N.A., Malyshev M.S., Svistun M.I. // J. Phys Chem. A. - 2012. - Vol. 116. - Pp. 10050-10053.

113. Кинетика процессов дезактивации энергии в среде O2(1A)-I / Загидуллин М.В., Хватов Н.А., Свистун М.И., Малышев М.С. // Химическая физика. - 2013. - Т. 32, № 6. - С. 3-9.

114. Результаты экспериментов по диссоциации молекулярного иода в присутствии молекул синглетного кислорода / Загидуллин М.В., Хватов Н.А., Малышев М.С., Свистун М.И. // Квантовая электроника. - 2016. - Т. 46, № 8. - С. 706-712.

115. R.G. Aviles, D.F. Muller, P.L. Houston. Quenching of laser-excited O.(b) by carbon dioxide, water, and diatomic iodine // Appl. Phys. Lett. - 1980. -Vol. 37. - Pp. 358-60.

116. O2(a)-band line parameters to support atmospheric remote sensing / Long D.A., Havey D.K., Okumura M. et al. // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. - 2010. - Vol. 111. - Pp. 2021-2036.

117. Integrated absorption intensity and Einstein coefficients for the O2a 1Ag-X 3£g-(0, 0) transition: A comparison of cavity ringdown and high resolution Fourier transform spectroscopy with a long-path absorption cell / Newman S.M., Lane I.C., Orr-Ewing A.J. et al. // The Journal of chemical physics. — 1999. — Vol. 110. — Pp. 10749-10757.

118. R. Engleman Jr, B.A. Palmer, S.J. Davis. Transition probability and collision broadening of the 1.3-^m transition of atomic iodine // JOSA. — 1983. — Vol. 73.

— Pp. 1585-1589.

119. H. Naus, W. Ubachs. Visible absorption bands of the (O2)2 collision complex at pressures below 760 Torr // Applied Optics. — 1999. — Vol. 38. — Pp. 3423-3428.

120. Luminescence of the ( 02(a1Ai,)) 2 collisional complex in the temperature range of 90-315 K: Experiment and theory / Zagidullin M.V., Pershin A.A., Azya-zov V.N., Mebel A.M. // The Journal of chemical physics. — 2015. — Vol. 143.

— P. 244315.

121. С.М. Зырянов, Д.В. Лопаев. Измерение газовой температуры в плазме кислорода с помощью спектроскопии перехода // Физика плазмы. — 2007. — Т. 33. — С. 563-574.

122. The HITRAN 2004 molecular spectroscopic database / Rothman L.S., Jacquemart D., Barbe A. et al. // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. — 2005. — Vol. 96. — Pp. 139-204.

123. Summary of evaluated kinetic and photochemical data for atmospheric chemistry Web version July 2004 / Atkinson R., Baulch D.L., Cox R.A. et al. // Atmos. Chem. Phys. — 2004. — Vol. 4. — P. 1461.

124. R.F. Heidner. Behavior of singlet oxygen in the oxygen-iodine transfer laser // Journal of Photochemistry. — 1984. — Vol. 25. — Pp. 449-463.

125. Ю.М. Гершензон, В.Б. Розенштейн, С.Я. Уманский. Гетерогенная релаксация колебательной энергии молекул // Химия плазмы. - 1977. - № 4.

126. D.F. Muller, P.L. Houston. Direct observation of electronic-to-vibrational energy transfer from oxygen 1 £ to carbon dioxide v3 // The Journal of Physical Chemistry. - 1981. - Vol. 85. - Pp. 3563-3565.

127. Lilenfeld. The I(2P1/2) + O2 ^ I(2P3/2) + O2OA) equilibrium // J. Chem. Phys.

- 1983. - Vol. 78. - P. 5730.

128. М.Е. Рыскин, В.И. Черныш, Т.Я. Куренева. Низкотемпературная дезактивация синглетного кислорода на поверхности твердых тел // Хим. физика. -1990. - Т. 9, № 2. - С. 163-174.

129. Surface deactivation efficiencies for O2(1Ag) on a range of materials. I. Pyrex, nickel, copper, nickel-copper alloy and Inconel / Crannage R.P., Dorko E.A., Johnson D.E., Whitefield P.D. // Chemical physics. - 1993. - Vol. 169, no. 2.

- Pp. 267-273.

130. A.P. Billington, P. Borrell. The low-temperature quenching of singlet molecular oxygen O2(1Ag) // Journal of the Chemical Society, Faraday Transactions 2: Molecular and Chemical Physics. - 1986. - Vol. 82, no. 6. - Pp. 963-970.

131. Observation of collision-induced near-IR emission of singlet oxygen O2(a1Ag) generated by visible light excitation of gaseous O2 dimol / Furui E., Akai N., Ida A. et al. // Chemical Physics Letters. - 2009. - Vol. 471, no. 1. - Pp. 45-49.

132. E.A. Ogryzlo, B.A. Thrush. The vibrational excitation of H2O and CO2 by O2(1£+) // Chemical Physics Letters. - 1974. - Vol. 24, no. 3. - Pp. 314-316.

133. G.A. Fisk, G.N. Hays. Kinetic rates in the oxygen-iodine system // The Journal of Chemical Physics. - 1982. - Vol. 77, no. 10. - Pp. 4965-4971.

134. Inelastic collision dynamics of vibrationally excited I2(X) / Lawrence W.G., Van Marter T.A., Nowlin M.L., Heaven M.C. // The Journal of chemical physics.

— 1997. — Vol. 106, no. 1. — Pp. 127-141.

135. М.В. Загидуллин, Н.А. Хватов. Кинетика самотушения O2(1A) в газовой смеси 2-O2(1A)-2 // Квантовая электроника. — 2010. — Vol. 40, no. 9. — Pp. 800-803.

136. J.A. Blake, G. Burns. Kinetics of iodine atom recombination between 300 and 1164 K // The Journal of Chemical Physics. — 1971. — Vol. 54, no. 4. — Pp. 1480-1486.

137. H. Hofmann, S.R. Leone. Quenching and reactions of laser-excited I(52P1/2) atoms with halogen and interhalogen molecules // The Journal of Chemical Physics. — 1978. — Vol. 69, no. 2. — Pp. 641-646.

138. D.L. Huestis. Vibrational energy transfer and relaxation in O2 and H2O // The Journal of Physical Chemistry A. — 2006. — Vol. 110, no. 21. — Pp. 6638-6642.

139. R.J. Collins, D. Husain. A kinetic study of vibrationally excited O2(a1Ag, и = 1) by time-resolved absorption spectroscopy in the vacuum ultra-violet // Journal of Photochemistry. — 1972. — Vol. 1, no. 6. — Pp. 481-490.

140. М.В. Загидуллин, М.С. Малышев, В.Н. Азязов. Кинетика кислородно-йодной активной среды с оптической накачкой атомов йода на переходе 2P3/2-2P1/2 // Квантовая электроника. — 2015. — Т. 45, № 8. — С. 720-724.

141. Optical pumping of the oxygen-iodine laser medium / Zagidullin M.V., Maly-shev M.S., Azyazov V.N., Heaven M.C. // Proceedings of SPIE LASE / SPIE.

— 2016. — P. 97290G.

142. Г.Н. Абрамович. Прикладная газовая динамика. В 2 ч. Ч.1. — M.: Наука, 1990. — 600 с.

143. Х. Окабе. Фотохимия малых молекул. — M.: Мир, 1981. — 500 с.

144. Measurements of Pressure-Broadening Coefficients for the F' = 3 ^ F" = 4 Hyperfine Line of the 2P1/2 ^ 2P3/2 Transition in Atomic Iodine / Davis S.J., Mulhall P.A., Bachman M. et al. // The Journal of Physical Chemistry A. -2002. - Vol. 106, no. 36. - Pp. 8323-8327.

145. Характеристики индуцированного излучения атома йода в импульсных магнитных полях / Белоусова И.М., Бобров Б.Д., Киселев В.М., Курзен-ков В.Н. // Квантовая электроника. - 1974. - Т. 1, № 6. - С. 1389-1394.

146. G.A. Capelle, H.P. Broida. Lifetimes and quenching cross sections of I2(B3n) // The Journal of Chemical Physics. - 1973. - Vol. 58, no. 10. - Pp. 4212-4222.

Приложение А

Текст программы для синтеза Зеемановского расщепления перехода тонкой

структуры атома йода

clear();

data_shift = read_csv("mf_iodine.csv",";"); data_intensity = read_csv("mf_iodine_intensity.csv",";");

high = strtod(data_shift(4:17,2:13)); high_n = strtod(data_shift(2:3,2:13)); low = strtod(data_shift(4:17,14:37));

low_n = strtod(data_shift(2:3,14:37));

field_s = strtod(data_shift(4:17,1));

intens = strtod(data_intensity(2:58,5:11)); intens_n = strtod(data_intensity(2:58,1:4)); field_i = strtod(data_intensity(1,5:11));

field = 450; //Oersted

v = 0; //m/s

T = 300; //K

p_O2 = 12; //torr

p_He = 37-p_O2; //thorr

K_He = 3.2e6; //Hz/torr

K_O2 = 5e6; //Hz/torr Kessler 2002

lam = 1315e-9; //m

M_I = 127e-3; //kg/mol

c = 2.998e8; //m/s

R = 8.3145; //J/(mol*K)

k = 1.3806488e-23 //J/K

s_lines_p = zeros(size(intens,'r'),2); //+1 s_lines_n = zeros(size(intens,'r'),2); //-1 for i=1:size(intens,'r')

dm = intens_n(i,4)-intens_n(i,3); if (intens_n(i,1)==3)&(intens_n(i,2)==4) then if dm==1 then

s_lines_p(i,1) = interpln([field_i;intens(i,:)],field); elseif dm==-1 then

s_lines_n(i,1) = interpln([field_i;intens(i,:)],field);

end

end

high_s = 0;

for j=1:size(high_n,'c')

if (high_n(1,j)==intens_n(i,1)) & (high_n(2,j)==intens_n(i,3)) then

high_s = interpln([field_s,high(:,j)]',field);

break;

end

end

low_s = 0;

for j=1:size(low_n,'c')

if (low_n(1,j)==intens_n(i,2)) & (low_n(2,j)==intens_n(i,4)) then

low_s = interpln([field_s,low(:,j)]',field);

break;

end

end

s_lines_p(i,2) = (high_s - low_s)*100*c; //Hz

s_lines_n(i,2) = s_lines_p(i,2);

end

col_fwhm = p_O2*K_O2+p_He*K_He;

dop_fwhm = 2*(10/lam)*sqrt((2*R*T*log(2))/(M_I*10**2));

disp(col_fwhm);

disp(dop_fwhm);

rng = max(col_fwhm, dop_fwhm); upper = 10*rng; lower = -10*rng;

nu = linspace(lower, upper, 500);

lorenz = (1/%pi)*(0.5*col_fwhm)./(nu.A2+(0.5*col_fwhm)A2); sigma = dop_fwhm/(2*sqrt(2*log(2)));

gauss = (1/(sigma*sqrt(2*%pi)))*exp(-nu.A2/(2*sigmaA2));

voight_Her = conv(gauss, lorenz, 'same');

_intg = inttrap(nu, voight_Her);

voight_Her = voight_Her/_intg;

function r = voight(nu_val)

if nu_val < lower | nu_val > upper then

r = 0;

else

r = interpln([nu; voight_Her], nu_val); end

endfunction

d_shift = (c/lam)*(v/c); disp(d_shift);

nu1 = 2e9:nu(2)-nu(1):8e9; //Hz, 3-4 line

result_p = zeros(1,size(nu1,'c'));

result_n = zeros(1,size(nu1,'c'));

for i = 1:size(nu1,'c')

for j = 1:size(s_lines_p,'r')

result_p(i)=result_p(i)+0.5*s_lines_p(j,1)*..

(voight(nu1(i)-s_lines_p(j,2)-d_shift)+..

voight(nu1(i)-s_lines_p(j,2)+d_shift));

result_n(i)=result_n(i)+0.5*s_lines_n(j,1)*..

(voight(nu1(i)-s_lines_n(j,2)-d_shift)+..

voight(nu1(i)-s_lines_n(j,2)+d_shift));

end

end

_intg = inttrap(nu1, result_p+result_n); result_p = 2*result_p/_intg; result_n = 2*result_n/_intg;

A_I = 3.4; //sA-1 3-4 trans p_I = 0.05*p_02;

n_I = p_I*133.322/(k*T);

L = 4; //m

pump_fwhm = 3e9; //Hz

nu_3_4 = 4.9e9; //Hz 3-4 transition

pump = atan((nu1-nu_3_4+pump_fwhm/2)*(200/pump_fwhm))+.. atan(-(nu1-nu_3_4-pump_fwhm/2)*(200/pump_fwhm)); _intg = inttrap(nu1, pump); pump = pump/_intg;

sect_p = (lamA2*A_I/(8*%pi))*result_p; sect_n = (lamA2*A_I/(8*%pi))*result_n;

ratio = 1-(0.5).*(exp(-sect_p*n_I*L)+exp(-sect_n*n_I*L)); pump1 = (0.5*pump).*(exp(-sect_p*n_I*L)+exp(-sect_n*n_I*L)); disp(inttrap(nu1, pump-pump1));

clf();

plot(nu1, pump1);