Распространение импульсов лазерного излучения в просветляемой облачной среде тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.12, кандидат физико-математических наук Слесарев, Андрей Гурьевич

• Слесарев, Андрей Гурьевич
• кандидат физико-математических наук
• 1984

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Слесарев, Андрей Гурьевич

1. ВВЕДЕНИЕ.

2. ПРОСВЕТЛЕНИЕ ОБЛАЧНЫХ СРЕД ВО ВЗРЫВНОМ РЕЖИМЕ ИСПАРЕНИЯ КАПЕЛЬ.

2.1. Система уравнений для описания просветления облака интенсивными лазерными импульсами. 4

2.2. Просветление облачных сред одиночными импульсами лазерного излучения.

2.3. Эффективность просветления облаков в регулярном и взрывном режимах разрушения капель.

2.4. Рассеяние облаков и туманов сериями импульсов лазерного излучения.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Распространение импульсов лазерного излучения в просветляемой облачной среде»

В последние годы большое внимание уделяется исследованиям распространения лазерного излучения в атмосфере. Интерес к этой цроблеме обусловлен как возможностью применения лазерных источников для дистанционного зондирования параметров атмосферы, дальней оптической связи, локации, систем лазерной посадки самолетов и т.д., так и значительными успехами в разработке оптических квантовых генераторов.

Проведенные исследования показали, что атмосфера существенно влияет на распространение лазерного излучения, ослабляя и значительно искажая поля когерентных оптических волн (см.,например, монографии /61,73,82-85,106,129,140/й литературу к ним), и,следовательно, ограничивая возможности применения оптических систем.

Наиболее заметное влияние на распространение лазерных пучков оказывает атмосферный аэрозоль. В мощных облаках и туманах ослабление излучения каплями и ледяными кристаллами так велико, что даже на относительно коротких трассах использование лазерных систем в практических целях становится бессмысленным.

Одним из путей обеспечения работы лазерных систем контроля параметров атмосферы, оптической связи, навигации при неблагоприятных погодных условиях (облака, туманы) является тепловое воздействие интенсивным лазерным излучением на облака и туманы с целью создания в них локальных областей повышенной прозрачности - зон (каналов) просветления /42, 66, 98, 121, 138, 156/. При воздействии облачные капли, поглощая энергию лазерного излучения, нагреваются и испаряются, что приводит к увеличению оптической прозрачности просветляемой среды. Создаваемые таким образом каналы просветления можно использовать в качестве оптических волноводов для распространения малоинтенсивного зондирующего излучения. Например, в /59/ предлагается способ увеличения дальности обнаружения луча света в облаках и туманах, основанный на том, что к наблюдателю направляются соосно пучки видимого и инфракрасного воздействующего излучения.

Как видно, распространение интенсивного лазерного излучения в капельном аэрозоле носит характер самовоздействия, так как изменение свойств среды ( ее просветление и нагрев) оказывает обратное влияние на прохождение излучения. При -этом значения параметров лазерного пучка, црошедшего через аэродисперсную среду, будут определяться главным образом характером и закономерностями разрушения конденсированной фазы.

Важным аспектом задачи просветления облаков и туманов интенсивным лазерным излучением является изучение оптической структуры каналов просветления и особенностей распространения в них пучков зондирующего излучения. В процеесе просветления в зоне воздействия создается пространственно-неоднородное распределение диэлектрической проницаемости, и оптические свойства каналов просветления могут значительно отличаться от свойств безоблачной атмосферы.

Динамика разрушения конденсированной фазы и эволюция диэлектрической проницаемости в просветляемой облачной среде определяются параметрами пучка излучения (величиной и распределением интенсивности, длиной волны, расходимостью), турбулентностью атмосферы, водностью облака, распределением капель по размерам.

К настоящее времени в научной литературе имеется достаточно много работ, посвященных изучению проблемы нелинейного распространения интенсивного лазерного излучения через облака и туманы. Подробные описания полученных результатов и соответствующую библиографию можно найти в работах /20,39 , 40 , 56 , 61, 85 , 86 /.

Вместе с тем в обсуждаемой проблеме имеется ряд малоисследованных областей. К ним в первую очередь следует отнести воздействие на облака и туманы импульсами и особенно последовательностями импульсов лазерного излучения, просветление капельных сред во взрывных режимах разрушения конденсированной фазы, а также некоторые вопросы, касающиеся изучения оптических характеристик каналов повышенной прозрачности, анализа влияния статистической структуры атмосферы и лазерного пучка на просветление.

Тема исследований

Темой настоящей диссертации является теоретическое исследование просветления капельных облачных сред в режиме взрывного дробления капель на фрагменты импульсным лазерным излучением, анализ оптических свойств зоны просветления в зависимости от режима воздействия, изучение влияния наведенных статистических неоднородностей температуры, водности и диэлектрической проницаемости на распространение в области воздействия малоинтенсивного зондирующего пучка.

Актуальность исследований

Актуальность исследований процессов просветления облаков и туманов импульсным лазерным излучением и распространения малоинтенсивного зондирующего излучения в зонах воздействия определяется необходимостью разработки способов активного воздействия на облачные среды с целью расширения метеорологических условий применения лазерных оптических систем для атмосферно-оптических исследований, дистанционного контроля параметров атмосферы, оптической локации и связи, посадки самолетов, контроля передвижения самолетов в аэропорту и т.д.

Самостоятельный интерес имеет и общефизическая сторона этого вопроса, связанная с построением теории распространения пучков когерентного оптического излучения в атмосфере.

Состояние вопроса

Остановимся на современном состоянии вопроса просветления капельных аэрозольных сред интенсивным лазерным излучением.

Как уже отмечалось, особенность распространения через облака и туманы интенсивного лазерного пучка состоит в том, что оно происходит в режиме самовоздействия. Световой пучок, распространяясь в облачной среде, вызывает нагрев и испарение капель. Процесс разрушения капель первоначально развивается наиболее интенсивно в ближайшей к источнику излучения части облака. Постепенно коэффициент аэрозольного ослабления этой части среды уменьшается и процесс разрушения капель охватывает области в глубине облака. Это приводит к тоьфг, что в области действия излучения образуется просветленная зона-участок пространства, коэффициент ослабления излучения в котором при определенных условиях может приблизиться к коэффициенту ослабления в безоблачной атмосфере.

Поглощая энергию излучения, облачные капли становятся источниками тепловой энергии. Теплоотдача от капель приводит к дополнительному нагреву окружающей их воздушной среды. В силу различных цричин: неоднородности распределения интенсивности по поперечному сечению пучка воздействующего излучения, поглощения и рассеяния излучения в облаке, пространственной неоднородности микроструктуры среды, наличия в облаке макроскопических движений (ветра) и турбулентности, в области воздействия формируются дополнительные неоднородности диэлектрической проницаемости.

В свою очередь среда оказывает обратное влияние на распространение интенсивного лазерного излучения в облаке. Это выражается в изменении прохождения излучения от времени, перераспределении интенсивности в поперечном сечении пучка, смещении его центра тяжести, дополнительном уширении, возникновении дополнительных флуктуаций параметров воздействующего излучения и т.д.

Задача просветления облака в полном объеме представляется очень сложной, включающей в себя много различных аспектов, поэтому для систематизации проведенных исследований удобно выделить следующие направления:

1. Исследования взаимодействия лазерного излучения с отдельными каплями.

2. Эволюция облачной среды под действием когерентного оптического излучения.

3. Исследования особенностей оптических свойств каналов просветления.

4. Распространение в зоне воздействия малоинтенсивного зондирующего излучения.

5. Влияние статистических неоднородностей диэлектрической проницаемости среды на параметры излучения.

Кинетика регулярного испарения отдельных капель в поле оптического излучения в последние годы достаточно подробно изучалось как теоретически /50, 72, 87, 105, 120, 127, 131, 133, 134, 136, 137, 141, 142, 160/, так и Экспериментально / 47, 88, 94, 103, 122/. Первые работы в этом направлении выполнены Ф.Вильямеом /160/, К.С.Шифриным и Ж.К.ЗолотовоЙ /141, 142/, А.В.Кузиковским и С.С.Хмелевцовым /105/. i.Вильяме рассмотрел случай испарения капли при значительных перегревах ее поверхности под воздействием монохроматического оптического излучения. В работе проведена классификация режимов испарения капель, основанная на сравнительной оценке вклада различных механизмов тепломассопереноса от частиц в кинетику их испарения. С практической точки зрения введение классификации режимов испарения капель оказалось очень полезным, поскольку позволило с помощью упрощений, пригодных для определенных интервалов изменения внешних параметров задачи, описать кинетику поведения капли в поле лазерного излучения на основе совокупности простых и наглядных выражений для скорости изменения радиуса капли.

При классификации режимов испарения капли в /160/ был сделан ряд упрощающих предположений: однородность поглощения излучения по объему капли, стационарность испарения, использование средних теплофизических параметров и др.

Авторами / 85 , 87, 131 / предложены классификации режимов испарения капель при менее серьезных ограничениях.

Изучение испарения капли с учетом начального нестационарного периода, в течение которого происходит разогрев капли,было проведено аналитически на основе метода сращиваемых асимптотических разложений в /127/. Получено соотношение для времени установления квазистационарного режима испарения.

Поскольку при изучении испарения капель аналитическими методами вводятся упрощающие предположения, ограничивающие область применимости результатов, авторы /61, 72, 116, 120, 133, 134, 136, 137/ в своих исследованиях широко использовали численные методы. Такие исследования позволили сравнить приближенные решения с точными и выяснить правомерность соответствующих приближений.

В качестве иллюстрации на рис. I.I приведены результаты расчетов изменения во времени радиуса R и температуры поверхности капли Т* в поле лазерного излучения с длиной волны

Л = 10,6 мкм /61/. Из рисунка видно, что время достижения максимальной температуры поверхности капли много меньше времени ее полного испарения, а уменьшение радиуса за время нагрева незна

Рис. 1Л Зависимость размера (сплошные кривые) и температуры поверхности (пунктирные кривые) капли с начальным радиусом рв = 5 мкм от времени 1 при I = 5 кВт/см2 чительно.

Проведенные исследования также показали, что неоднородность распределения источников тепла по объему капли не оказывает существенного влияния на скорость испарения, и испарение капель в основном протекает в условиях описываемых квазистационарным приближением: ет^ „ яОГ «ыян/О-яи*) ,

1.1) где рк> Ск - плотность и удельная теплоемкость воды, Тк -температура капли, ~ сечение поглощения излучения каплей радиуса Й , I - интенсивность излучения.

Теория регулярного испарения капель находится в хорошем согласии с экспериментальными данными /47, 88, 94, 103, 122/. Пример одного из таких сравнений приведен на рис. 1.2 /61, 88/.

С увеличением интенсивности воздействующего излучения регулярный режим испарения капель сменяется их взрывным разрушением. Поскольку при изложении проведенных в диссертации исследований явление взрыва капель весьма существенно, остановимся на нем более подробно.

Впервые на возможность взрыва капли в поле интенсивного оптического излучения было указано в работе /102/. Возможность наступления взрыва связывается с достижением вследствие неоднородности распределения температуры по объему частицы в центре капли критического значения температуры Ткр . Для определения пороговой интенсивности и момента наступления взрыва в работе предложено соотношение

2И1, ~Г, 1,-аР(--й*-^Т-Т-р , (1.2)

Рис. 1.2 Изменение диаметра капли во времени. Точки - экспериментальные данные, кривая - расчет. Вертикальные отрезки - средняя квадратичная ошибка эксперимента где Лк » ЗСК - теплопроводность и температуропроводность' воды, Т* - температура поверхности капли.

Экспериментально взрыв капель в поле лазерного излучения наблюдался в работах / 27, 80, 94, 96, 97, 100, 112-114, 122, 150, 151, 157 /. Условия проведения экспериментов и их методика в этих работах были различны. Исследовался взрыв капель как под-, вешенных на нитях / 27 , 80 , 94, II2-II4, 122/, так и на свободно падающих в воздухе /96, 97, 150, 151, 167/. Капли облучались излучением различных длин волн, длительности и энергии. Тем не менее во всех случаях взрыв капель, инициированный электромагнитным полем, характеризовался наличием порогового значения энергии или интенсивности излучения.

Дробление капли на более мелкие частицы под влиянием лазерного излучения впервые наблюдалось в работе /112/. Капли воды и водного раствора красителя радиусом 50 * 250 мкм облучались одиночными импульсами рубинового лазера ( X = 0,69 мкм) с энергией 0,15 Дж и длительностью ~ I мс. Взрыв капли сопровождался образованием роя мелких осколков с размерами 5-10 мкм. Наблюдаемая в экспериментах диаграмма разлета оказалась несимметричной вытянутой в направлении распространения воздействующего излучения. Средняя скорость движения диспергированных капель на расстоянии нескольких мм от места взрыва составляла десятки см,с~*.

В /27/ исследован взрыв подвешенных на нитях капель воды с радиусами 100-150 ммм в поле импульсного излучения с 1 = 1,06 мкм. Для объяснения полученных результатов высказано предположение, что рост парового пузыря в жидкости является причиной взрывоподобного разрушения капли.

Модель взрыва капель, основанная на механизме гомогенного зародышеобразования, рассмотрена в /99/. Найдена температура взрыва { Т6 ) в зависимости от радиуса капли и скорости теплового нагрева. Оказалось, что ее значение в зависимости от этих величин колеблится в пределах 578-588 К. Вычислен радиус критического зародыша. Показано, что рост пузырька пара приводит к появлению неустойчивости по отношению к колебаниям поверхности,В приближении однородного поглощения электромагнитного излучения по объему капли сформулирован следующий критерий для пороговой интенсивности 1п , при которой наступает взрыв капли: т ШЮ1» , Мк г1 ^ С»

8АК /?г СП 1пКп(Ю ' <1-3) где С3в - скорость звука в воз,цухе, фактор эффективности поглощения излучения каплей радиуса /? , - теплота испарения воды,

- газовая постоянная, Д| - молекулярный вес воды. • к

Возникновение пузырьков пара в объеме капель этилового спирта и раствора алюминиевого красителя при их облучении лазерным излучением наблюдалось в /49, 114/, что может служить косвенным подтверждением теории теплового взрыва.

Детальное исследование взрыва капли было предпринято в /114/. Методика эксперимента идентична /112/. Авторы выделяют три стадии развития взрывного разрушения капли. На первой стадия внутри капли формируются рассеивающие области сферической формы, местополо -жение которых совпадает с рассчитанными положениями максимумов интенсивности светового поля. Согласно оценкам температура в Я горячих" точках за время 2.10 с достигает величины близкой к критической. Под влиянием избыточного давления с теневой и освещенной сторон капли происходит частичный сброс массы капли в виде мелких частиц. Максимальные размеры частиц, вылетающих из капли с радиусом ~ 100 .мкм, составляли 4-5 глкм. Начальная скорость их движения 30 Вслед за выбросом наблюдается изменение формы капли (вторая стадия): капля вытягивается в поперечном направлении по отношению к траектории распространения излучения. Размеры капли в этом направлении увеличиваются втрое по сравнению с начальным радиусом. Деформация капли сопровождается новыми выбросами вещества. На заключительной (третьей) стадии наблюдается интенсивное кипение в объеме капли и ее взрывное разрушение. В капле возникают парогазовые полости со скоростью роста до 5 м/с, которые приводят к окончательному взрыву водной частицы. Из сравнения экспериментальных данных с расчетами можно сделать вывод, что энергия лазерного импульса, необходимая для взрыва капли, подчинена условию и„бп(^)^/з жй!ркск (Ткр-Т ) , (1.4) где ' ¿и - длительность импульса, - начальный радиус капли.

О хорошем согласии расчетов по этой формуле с экспериментальными данными можно судить по рис. 1.3.

Дробление свободно падающих в воздухе водных капель с радиусами 0,1-1,5 мм под действием одиночных импульсов излучения СО^-лазера ( Л = 10,6 мкм) длительностью 10 мкс исследовалось в /157/. Интенсивность излучения менялось в пределах от Ю4 до 6.10^ Вт/см^. На кадрах, фиксирующих развертку процесса разрушения капли во времени, видно вначале образование сгустка пара, выброшенного с поверхности капли. В дальнейшем капля растягивается в поперечном направлении. На последующих снимках ясно видно взрывное разрушение такой вытянутой частицы на рой мелких капель. Время разрушения капли составляло величину ~ 1,5 мс для капель с радиусами меньше I мм. Продолжительность времени распада сокращалась с увеличением интенсивности излучения и уменьшением радиунеобходимая для полного дробления капли, в зависимости от • ее начального радиуса. I - расчет ; 2 - экспериментальные данные са капли. В опытах установлено наличие критического потока энергии 0,8-2,5 Д^с/см^. Полученную картину взрыва авторы объясняют тем, что поскольку длина поглощения излучения в капле ~ 10 мкм, то поглощение излучения происходило в тонком околоповерхностном слое, в котором развивалось давление, превосходящее поверхностное натяжение. Выброс пара на облучаемой стороне капли сопровождался возникновением мощного импульса отдачи, который и инициировал последующее расплющивание и дробление частицы.

Взрыв свободно падающих в воздухе капель воды в поле непрерывного излучения С0£-лазера с интенсивностью 1-50 кВт/см^ изучался в работах /96, 97/. Радиус капель изменялся в пределах 7,533 мкм. В эксперименте обнаружено наличие четко выраженного порогового эффекта: взрыв капель заданного радиуса ицпуцировался лишь в тех случаях, когда интенсивность излучения превышала определенное критическое значение 1п . Измеренные пороговые значения интенсивности излучения в зависимости от радиуса капли приведены на рис. 1.4. На рисунке также представлены наблюдаемые времена взрывного разрушения капель, отсчитанные от момента начала облучения капли. Сплошная кривая на рисунке отображает зависимость

1ЙКП(Я)Й " ^бДО2 Вт/см2, которая хорошо аппроксимирует экспериментальные данные. Уменьшение радиуса капли за счет испарения за время, предшествующее взрыву, не превосходило 0,1 .

С этими экспериментальными данными сравнивался критерий взрыва, полученный в /131/. Обмечено, что для оптически плотных капель необходимо принимать во внимание влияние на поле температуры внутри капли термокапиллярной конвекции. Для вычисления пороговой интенсивности в этом случае предложено использовать соотношение /131/

1п кет-см1

40 -50 20 10 0

• - 1 6-2 --3 0

20

•Юс

- 1

30 Ькм

Рис. 1.4. Экспериментальная зависимость времени облучения капли до взрыва (I) и пороговой интенсивности (2) от радиуса капли . 3 - расчеты по аппроксимационной формуле т MKL f-1 . n (бп min XH ** \J

11 iiß-i i > (I-5) дТ где , (^ коэффициенты вязкости и поверхностного натяжения капли, тг1

Соотношение (I .;5) аппроксимируется выражением 1п Кп (#) # = С = СО

С = 36 Вт/см*% которое хорошо согласуется с экспериментальными данными. Отметим, что в пределах ошибки аппроксимации и экспериментов константа С может изменяться в пределах 33 * 36 Вт/см^.

Авторы /71/ наступление взрыва связывают с достижением в центре капли температуры 578 К. Ими получена оценка времени, необходимого для нагревания капли до :

1, « 5,И0-* Пс(Тг1)/(1Кп(Я,)), с ,

I следует брать в Вт/см^, а Дд - в мкм, и на основании аппроксимации численных расчетов найдены формулы для определения границы Вк - наименьшего радиуса капли, которая взорвется в поле излучения заданной интенсивности:

К-т/1щ (сск*о,озб) (1.6) йк • 2032/1 0,55 (оСк-1) (1.7) оСк- коэффициент конденсации).

В /115, 116/ впервые при определении порога взрыва было учтено неоднородное распределение тепловых источников по объему капли. Наступление взрыва автор связывал с моментом досгижения в некотором малом объеме капли температуры 580 К. На основании проведенных расчетов автором построены следующие аппроксимацион-ные формулы для времени достижения условий взрыва и поглощаемой при этом энергии излучения ( Л = 10,6 мкм):

• {12 ■ Г/? °'т , где I выражается в Вт/см2, /? - мкм, ^ - с, Епт - Дж.

Изучение механизма развития процесса взрывного разрушения крупных капель, предпринятое в /ИЗ/, позволило установить образование и последующее расширение характерных для подводных взрывов кавитационных областей. Если паровой пузырь оказывался вблизи поверхности капли, то релаксация давления в пузыре вызывала выброс вещества из капли. Выбросам обычно предшествовали пульсации капли. Процессы выброса массы из капля далее повторялись с теми же особенностями до тех пор, пока остаточная масса донорной капли не разрушалась окончательно путем взрыва. Как и во всех предыдущих случаях в экспериментах наблюдалось наличие энергетического порога взрыва капли. В частности, капли с радиусами 0,5-0,6 ш взрывались при достижении значения 1КП(Ю= 0,5 кВт/см2, а для взрыва капель с Я ~ I мм требовалась уже величина 1КП ((?) ~ I кВт/см2.

Из перечисленных экспериментальных работ видно, что большинство из них касалось взрывного дробления 1фупных капель. До сих пор имеется мало экспериментальных данных о взрывном дроблении на фрагменты мелких капель с радиусами до 10 мкм, которые в основном составляют облака и туманы. Отсутствуют данные о размерах осколков дробления и скоростях их разлета.

1.8) (1.9) о

При интенсивности воздействующего излучения (10-30)МВт.см разрушение капель носит характер газодинамического разлета вещества. Об опытах такого типа сообщается в работах /80, 150, 151/. Радиальная скорость расширения парожидкой смеси составляла 0,015 т мм.мкс в интервале 15 * 37 мкс. Расширение пара сопровождалось формированием скачка уплотнения. На начальном этапе разрушения капли ( Í * 2 мкс) скорость ударной волны значительно превосходит скорость звука.

Теоретическое описание газодинамического режима взрыва водной капли в мощном импульсном световом поле выполнено в /48, 78 /. В /48/ рассматривался за*фитический взрыв при мгновенном энерговыделении. Получено, что для реализации за1фитического взрыва на каплях с Ra ~ 10 мкм требуются интенсивности I > 10^ Вт/см^ при длительностях импульса tM < 5 не. В /78/ получено описание характеристик взрыва в зависимости от параметров импульса и размера частицы. Определены пороговые условия реализации взрыва в однофазной области.

В /79 / авторы расклассифицировали режимы взрыва, выбрав в качестве параметра масштаб области выделения энергии в объеме частицы. Обсуждена возможность разрушения капель в режиме фрагментации за счет деформации капли под действием пондеро-моторных сил электрического поляки за счет гиперзвуковой волны при возникновении в горячих точках рассеяния Манделыптама-Брюллюэна, и отмечено, что эти эффекты близки по пороговой интенсивности к порогу оптического пробоя.

С точки зрения задачи просветления особый интерес проявлен исследователями к изучению воздействия на капли воды с характерными для облаков и туманов размерами ( R 5 10 мкм) излучением СО^-лазера. Этот интерес не случаен и обусловлен тем обстоятельством, что излучение с такой длиной волны наиболее полно удовлетворяет трем необходимым условиям: достаточно хорошо поглощается капельной фракцией облачной среды, лежит в окне прозрачности атмосферы и с этой длиной волны имеются и разрабатываются мощные источники излучения. Из перечисленных выше экспериментальных и теоретических работ можно сделать вывод о том, что при облучении таких капель излучением ( X = 10,6 мкм) с интенсивностью 10^ -10® Вт/см^ можно ожидать взрывного дробления капель на фрагменты, при I > хо7 Вт/см^ взрыв носит газодинамический характер, а при интенсивности > 10^ Вт/см^ наступает оптический пробой /153/

Обсудим данные по воздействию интенсивного лазерного излучения на коллектив капель с целью увеличения прозрачности облачной среды.

Первые эксперименты по воздействию излучения СО^-лазера на водный аэрозоль были описаны в /156/. Лазерный пучок с интенсивностью от 5 до 50 Вт/см^ направлялся в камеру длиной 0,83 м, где создавался искусственный туман. Определение эффективности рассеяния тумана производилось путем измерения видимости излучения гелий-неонового лазера, распространяющегося в просветляемой среде соосно с воздействующим пучком. В экспериментах наблюдалось увеличение пропускания излучения Нб-Мв лазера в процессе воздействия, которое достигало постоянной величины спустя 2 с после начала опыта. Авторы отметили отсутствие полного просветления, что было связано с возникновением в процессе воздействия конвективных потоков из-за нагрева воздуха горячими каплями.

В последующих экспериментальных работах по просветлению капельных аэрозольных сред в регулярном режиме разрушения конденсированной фазы были подробно исследованы основные закономерности этого процесса /1-2, 30, 34, 35, 40-42, 51, 54, 57, 58, 50, 62, 85 /. Облачная среда моделировалась аэрозолем, полученным посредством распыления воды с помощью форсунок, адиабатическим охлаждением сжатого влажного воздуха и другими способами. Полученные модельные среды имели микроструктуру достаточно близкую к естественным аэрозольным образованиям. В качестве источников излучения обычно использовались СО^-лазеры, но применялись и другие источники* в частности, серийные лазеры Г0С-Ю01, Г0С-300 и ГОР, работающие на длинах волн 1,06; 1,06 и 0,69 мкм соответственно /42/. В ряде работ в воду добавлялись присадки (химические вещества) для увеличения коэффициента поглощения излучения.

Во всех случаях в результате воздействия наблюдалось уменьшение оптической толщины тумана. В зависимости от первоначальной оптической толщины облака, наличия в среде макроскопических движений процесс воздействия заканчивался либо полным просветлением, либо прозрачность среды выходила на некоторое постоянное значение, меньшее единицы. Пространственная форма зоны просветления в сравнительно спокойной среде близка к форме распределения интенсивности в воздействующем пучке. В присутствии ветра пространственное распределение прозрачности искажается: максимум прозрачности смещается в подветренную часть пучка.

В проведенных экспериментальных работах были выполнены подробные исследования кинетики просветления неподвижной облачной среды /20, 40-42, 60, 85/, влияние на динамику просветления скорости ветра / 20, 34, 35, 40, 57, 58, 85 /, начальной микроструктуры аэрозольной среды / 2,57/, температуры воздуха /54/ и расходимости воздействующего пучка /I, 51, 62/.

Теоретические исследования процесса просветления облачной среды лазерным излучением в силу сложности проблемы носили поэтапный характер, когда при решении задачи учитывались лишь существенные в рассматриваемой ситуации черты.

При изучении процесса теплового просветления облачной среды непрерывным лазерным излучением в режиме регулярного разрушения капель на первом этапе учитывалось только самовоздействие излучения, обусловленное изменением ослабления облака за счет испарения капель / 16,19,66,69,90,98,101,1X7-119,124,128, 138,139, 145,148,149,152,158,159/. Были получены соотношения для скорости фронта просветления, структуры просветленной зоны, объемного коэффициента ослабления как в неподвижной среде, так и при наличии макроскопического движения-ветра. Проанализирован вклад многократного рассеяния излучения в облаке в процессе просветления. Показано, что в задачах просветления достаточно учитывать лишь однократное рассеяние. Выявлено влияние температуры среды, начальной микроструктуры облака, расходимости пучка излучения на процесс лазерного воздействия.

Для упрощения теоретического анализа в ряде работ для факторов эффективности поглощения Kn(R) и ослабления K0(R) каплей радиуса R использовалось линейное приближение (названное "приближением водности"): Кп( R )* BnR, Ko(R ) = B0R , где Sn и В0 - константы. Как показали численные расчеты это приближение достаточно хорошо описывает оптические характеристики основной части спектра облачных капель. Указанные упрощения, а также приближение независимости коэффициента j3T от I и R позволили получить простые и начальные выражения для распределений интенсивности, объемного коэффициента ослабления оС и скорости фронта просветления в зоне воздействия Чу .

Сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными показало, что полученные в этом приближении и при fi?const формулы достаточно хорошо описывают лабораторные эксперименты по про

I' светлению облачной среды лазерным излучением. Пример одного из таких сравнений приведен на рис. 1.5 /61/.

- ¿>~

Рис. 1.5 Зависимость нормированной скорости движения "фронта просветления" Цф от интенсивности воздействующего излучения на входе в облако 10 I - значения иф , найденные экспериментально при Т = 56,180,500,1300 и 2500 Вт.см , 2 - расчет,

О о

3 - ошибка в определении

Использование при просветлении импульсного лазерного излучения приводит к значительному увеличению интенсивности в пучке и, следовательно, к возможной смене регулярных режимов испарения отдельных капель на взрывные. При этом существенно изменяется и динамика просветления и характер распространения электромагнитной волны, и оптические свойства зоны просветления.

Экспериментальные исследования изменения прозрачности тумана при его просветлении импульсами лазерного излучения с интенсивно-стями, позволяющими взрывать капли на фрагменты основную массу капель были выполнены в / 31,32,37,38,44,46,108,147,154/. Из полученных результатов следует, что пропускание излучения импульса при просветлении капельной аэрозольной среды в режиме взрыва - фрагментации, всегда увеличивается. При зондировании же зоны воздействия малоинтенсивным лазерным пучком с длиной волны Л = 0,63 мкм, спустя некоторое время после начала воздействия наблюдалось ухудшение условий его распространения по сравнению с первоначальными.

На возможность увеличения при взрыве капель объемного коэффици ента аэрозольного ослабления на Л = 0,63 мкм указано в теоретической работе /71/. Расчет объемного коэффициента ослабления на длине волны воздействующего излучения указывает на некоторое уменьшение его при взрыве.

В работе /130/ сравнивались рассеивающие свойства отдельных капель и их осколков для излучения с Л = 10,6 мкм. Из полученных результатов следует, что взрыв-фрагментация может сопровождаться "замутнением" среды и для Л =10,6 мкм, но такой эффект можно ожидать в крупнокапельных аэрозольных средах ( /? ~ 15-30 мкм), которые не характерны для природных аэрозольных образований.

Скорость фронта просветления в облаке с учетом возможности взрывного разрушения капель на фрагменты рассчитана в работах

123,126/.

Исследования возможности цроеветления капельной аэродисперсной среды в режиме газодинамического взрыва капель проведены в /78/. Показана возможность просветления водных аэрозолей лазерным излучением в этом режиме испарения. Отмечено, что с точки зрения времени образования каналов просветления газодинамический взрыв является наиболее эффективным режимом воздействия.

В целом же проблема просветления облаков и туманов импульсным излучением, в отличие от случая воздействия на капельные аэродисперсные среды непрерывным лазерным пучком, изучена пока еще мало как в теоретическом, так и экспериментальном плане. Важными аспектами этой проблемы являются исследования эффективности просветления облаков в зависимости от режима разрушения компенсированной фазы и выбор режима воздействия, позволяющего получать канал повышенной оптической прозрачности оперативно и с наименьшими затратами.

Созданию каналов просветления в облаках и туманах интенсивными пучками лазерного излучения может воспрепятствовать (или частично замедлить этот процесс) эффект вторичной конденсации. Возникновение этого эффекта возможно в связи с тем, что в процессе воздействия поступающий в среду горячий пар от испаряющихся капель при определенных условиях может оказаться пересыщенным из-за недостаточного притока тепла в среду от капель и за счет газового поглощения. Релаксация избытка пара в этих областях может происходить путем гетерогенной иди гомогенной конденсации.

Изучению этого вопроса посвящены работы /52,55,70,85,92, 104,132,155,158/. Исследования показали, что, по-видимому, эффект переконденсации может оказывать существенное влияние на процесс просветления лишь в переохлажденных облаках, по крайней мере в экспериментах наличие этого эффекта до сих пор наблюдалось только в таких средах /52,55,155/, да и то на длине волны зондирующего излучения с Л = 0,63 мкм, которое гораздо чувствительнее к мелкой фракции, чем излучение с Л = Ю,6 мкм.

На характер распространения интенсивных лазерных пучков в облаках и туманах может оказывать существенное влияние не только аэрозольное ослабление, но и нелинейная рефракция, влияние которой особенно заметно на протяженных трассах. Причиной возникновения нелинейной рефракции является формирующаяся в процессе воздейсч вия распределенная по длине трассы тепловая линза, обусловленная диссипацией части поглощенной каплями энергии излучения в окружающую среду вследствие теплопроводности, а также поглощением излучения газовой компонентой атмосферы. Тепловые неоднородности в зоне воздействия и их влияние на распространение лазерного излучения рассматривались в работах /3,4,7,8,18,21,23,24,28,29,30,33, 36,43,45,64,65,67,68,74-76, 91,95,107,109,125,143/. Было показано, что разогрев зоны воздействия зависит от интенсивности лазерного излучения,макроскопических движений среды, водности облака- и может при очень высоких значениях водности достигать величин в несколько градусов. Так, при воздействии на туман с начальной водностью V/о = 0,5 4- 6 г/м3 излучением С0^-лазера с интенсивностью I = 50 * 250 Вт/см^ максимальное значение перегрева среды в зоне просветления составляло 0,25-1,9° /74/. При просветлении облака излучением с неравномерным распределением интенсивности или при наличии ветра тепловыделение в различных точках поперечного сечения зоны воздействия оказывается неодинаковым, в результате чего в канале просветления возникает поперечный градиент диэлектрической проницаемости. Исследования показали, что возникающие в процессе воздействия оптические неоднородности приводят

- гэ к самоуширению и самоотклонению пучка, перераспределению интенсивности в его поперечном сечении, уменьшению длины просветленной зоны.

Влияние оптических неоднородностей в зоне воздействия на распределение интенсивности в лазерном пучке при разрушении капель в регулярном режиме испарения можно проследить по рис. 1.6 /76/. Пучок имел гауссово распределение интенсивности на входе в облако. Видно, что тепловое самовоздейетвие может существенно искажать профиль интенсивности воздействующего пучка, прошедшего слой капельного аэрозоля.

Недостаток ряда выполненных в этом направлении работ состоит в цредположении пропорциональности плотности мощности тепловыделения при испарении капель интенсивности воздействующего излучения. В /125/ было показано, что при анализе динамики рефракции необходимо учитывать нелинейную зависимость плотности тепловьщеления от интенсивности. Оказалось, что учет этой зависимости меняет представление о характере рефракции. Так, при просветлении неподвижной облачной среды в диффузионном режиме испарения капель лазерным излучением с гауссовым распределением интенсивности область воздействия приобретает фокусирующие свойства в приосевой области. Периферийная же часть пучка дефокусируется. Причем в отличие от работы /25/, в которой "банановая" самофокусировка была получена за счет специально выбранного профиля интенсивности с провалом в центре пучка, в данном случае такая ситуация реализуется для обычных профилей интенсивности типа гауссова. В последующих работах /7,8,146/ аналогичный эффект был получен для других регулярных режимов испарения, а также для случая стационарного просветления движущейся облачной среды. В последнем случае эффект самофокусировки наблюдается лишь в плоскости перпендикулярной направлению скорости ветра,

Рис. 1.6 Изофоты пучка, прошедшего слой облачной среды с оптической толщиной ( Л = 10,6 мкм) равной 21,6. а - расчеты без теплового самовоздействия б - с тепловым самовоздействием

Возникновение градиентов показателя преломления может быть обусловлено не только изменениями температуры, но и изменениями плотности. Влияние этого эффекта на распространение излучения в облаке при газодинамическом взрыве капель рассмотрено в /77,93/. Было показано, что время, в течение которого газодинамические процессы оказывают существенное влияние на распространение света равно времени пробега звука поперек пучка. Возникающие в результате взрыва градиенты показателя преломления вызывают отклонение лучей на углы на порядок больше дифракционных. Причем на определенном промежутке времени происходит фокусировка гауссова пучка, которая затем сменяется дефокусировкой.

Рефракционные искажения пучка при просветлении облака импульс дам лазерным излучением в режиме взрывного дробления капель на фрагменты исследовалось экспериментально только в одной работе /30/. Теоретических работ в этом направлении нет совсем.

Процесс распространения лазерного излучения в облаке сопровождается возникновением в среде дополнительных к существующим до воздействия флуктуаций диэлектрической цроницаемости, которые, в свою очередь, проявляются в дополнительных искажениях статистической структуры лазерного излучения.

Случайные изменения поля диэлектрической проницаемости в зоне воздействия возникают в связи с наличием локальных возмущений температуры и влажности вокруг испаряющихся капель. Вследствие хаотического расположения частиц в пространстве указанные тепломассо-ореолы, приводящие к дополнительному рассеянию излучения, трансформируются в случайно-неоднородную пространственную структуру поля диэлектрической проницаемости.

Влияние ореольного рассеяния на процесс распространения воздействующего и зондирующего излучений рассматривалось в работах

9-11/.

Было показано, что ореольное рассеяние существенно лишь в начальный момент воздействия и не оказывает заметного влияния на цроцесс просветления капельных аэрозольных сред.

Другой механизм, ответственный за стохастические изменения диэлектрической проницаемости просветляемой среды, связан с наличием в атмосфере турбулентных пульсаций скорости ветра, которые обусловдивают случайное перемешивание в зоне воздействия регулярных неоднородностей, т.е. происходит преобразование пульсаций скорости ветра в пульсации параметров среды.

Влияние турбулентного перемешивания на формирование оптической структуры зоны воздействия исследовалось экспериментально в /53,110/. Измерения проводились в аэрозольной камере в условиях искусственно создаваемой турбулизации ветрового потока. Было установлено, что при взаимодействии излучения СО^-лазера с турбулентной облачной средой в области пучка возникают случайные оптические неоднородности, причем интенсивность инициируемых пульсаций может превышать характерную для чистой атмосферы величину. Рассмотрено влияние случайных оптических неоднородностей на флуктуации интенсивности зондирующего излучения, прошедшего через просветленную зону.

Теоретически флуктуационные характеристики случайных полей температуры и водности в зоне просветления, возникающие в результате турбулентного перемешивания, их зависимость от параметров среды и пучка излучения описаны в /5/. В работе получены выражения для функций корреляции и квадрата флуктуаций температуры и водности. Показано, что их максимальные значения флуктуации достигаются в переходной зоне, где прозрачность среды еще не очень высока, при значениях функции теплового действия ^ = I. Из численной оценки наведенных флуктуаций можно заключить, что пульсационная добавка, обусловленная механизмом перемешивания, так же как в /53/ сравнима с флуктуациями в свободной атмосфере, а в отдельных областях может значительно их превосходить.

В работах /12,13/ на основании соотношений для распределений флуктуаций параметров среды /5/ в приближении метода плавных возмущений получены выражения для дисперсий флуктуаций уровней интенсивности воздействующего и зондирующего излучений.

Сравнение расчетов по формулам /5,13/ с результатами измерений /53,110/ показало, что созданная теория хорошо описывает камерные эксперименты, т.е. ситуации просветления облачных сред на небольших трассах лазерными пучками невысокой мощности. На таких трассах можно пренебречь в теоретических расчетах поглощением излучения газовой компонентой атмосферы. Однако в облачной атмосфере роль молкулярного поглощения в формировании случайных полей физических величин (так же как в формировании средних характеристик /22,111/ в зоне воздействия лазерным излучением на облако может быть существенна. В связи с этим изучение условий, при которых влияние молекулярного поглощения и выяснения масштабов этого влияния представляется важной задачей.

Цель диссертационной работы

Цель настоящей диссертационной работы состоит в изучении просветления движущейся облачной среды импульсным лазерным излучением и особенностей распространения в зоне воздействия малоинтенсивного зондирующего излучения; исследовании распределения флуктуаций параметров облачной среды и лазерного пучка с учетом молекулярного поглощения излучения воздухом, выявлении траекторий зондирования зоны воздействия с наименьшими флуктуационными искажениями и наименьшим, ослаблением зондирующего пучка, а также анализ особенностей рефракционных искажений интенсивного светового

С ' • ' ' пучка в движущейся капельной среде,- в регулярных режимах разрушения капель.

Защищаемые положения

Результаты исследований просветления облачных сред лазерным излучением и оптических характеристик зоны воздействия, проведенных автором, позволили выявить ряд новых закономерностей, которые и выносятся на защиту.

1. При характерных для атмосферы значениях параметров облачной среды просветление ее импульсами лазерного излучения с интен-сивностями, позволяющими разрушать крупнокапельную часть спектра на фрагменты, сопровождается быстрым уменьшением во времени оптической толщины среды на длине волны воздействующего излучения . Для зондирующего пучка с длиной волны из видимого диапазона в начальный период воздействия взрыв капель приводит к росту оптической толщины облака.

2. Использование взрывного разрушения конденсированной фазы в режиме фрагментации капель с последующим регулярным испарением осколков позволяет уменьшить энергозатраты на просветление типичных для атмосферы капельных аэрозольных образований по сравнению с режимом регулярного испарения до 2-х раз.

3. При воздействии на облака и туманы сериями импульсов лазерного излучения возможно увеличение протяженности зоны просветления при одних и тех же затратах энергии путем специального выбора пространственного распределения интенсивности на входе в среду.

4. При стационарном просветлении облака лазерным излучением с гауссовым распределением интенсивности в регулярном режиме разрушения конденсированной фазы зона воздействия может приобретать фокусирующие свойства® плоскости перпендикул^ной скорости ветра.

5. При "взрывном" просветлении облачных сред рефракционные искажения лазерных пучков существенно меньше, чем при регулярном испарении капель. Различен и характер рефракции. Если во втором случае наблюдается "банановая" самофокусировка гауссовых пучков излучения, то в случае "взрывного" испарения пучок только расфо-кус1фуется.

6. Рефракция лазерного излучения при разрушении конденсированной фазы в регулярном режиме может быть уменьшена путем воздействия импульсом специальной формы с начальным интенсивным пичком, создающим в начале воздействия пространственно-неоднородное распределение капель по размерам.

7. Поглощение воздействующего излучения гауссовой компонентой атмосферы оказывает существенное влияние на распределение индуцированных флуктуаций параметров просветляемой облачной среды в тех случаях, когда в зоне просветления, созданной пучком СО^-лазера с гауссоподобным распределением интенсивности флуктуации интенсивности зондирующего излучения минимальны, а прозрачность среды близка к максимальной.

Научная новизна работы

Разработана модель распространения импульсного лазерного излучения в капельной аэрозольной среде, учитывающая возможность взрывного дробления капель на фрагменты. Получено уравнение, опре^ деляющее изменение функции распределения капель по размерам при взрывном просветлении аэрозольной среды. На основании разработанной модели впервые теоретически исследована динамика просветления

8. На траектории г-£„(х-хГ)/(хГ-х"ш), Ч-о облака в режиме взрыва-фрагментации при воздействии на аэрозольную среду импульсами СО^-лазера. Проанализировано влияние параметров среды и пучка излучения, а также характеристик взрыва, на процесс образования оптически прозрачных зон в облачной среде.

Впервые теоретически рассмотрено просветление капельной аэродисперсной среды в режиме взрывного дробления капель на фрагменты последовательностью импульсов лазерного излучения. Показано, что путем подбора начального црофиля интенсивности в импульсе можно значительно увеличить масштабы просветленной зоны, а наибольший эффект достигается, если распределение интенсивности в серии меняется специальным образом от импульса к импульсу.

Впервые проведены теоретические исследования тепловой рефракции импульсного лазерного излучения, просветляющего облако в режиме взрывного разрушения капель на фрагменты. Показано, что в этом режиме разрушения конденсированной фазы градиенты диэлектрической проницаемости, а следовательно, и рефракционные искажения пучка, существенно меньше, чем в случае регулярного испарения капель.

Рассмотрена рефракция лазерного излучения в условиях регулярного, стационарного просветления облачной среды при наличии поперечного направлению распространения излучения ветрового переноса. Впервые показано, что для пучков с гауссоподобным профилем интенсивности зона просветления может приобретать фокусирующие свойства в направлении, перпендикулярном скорости ветра.

Впервые исследовано влияние молекулярного поглощения излучения на распределение флуктуаций параметров облачной среды и зондирующего пучка, возникающих при просветлении за счет турбулентного перемешивания. Выделена область значений параметров задачи, когда при расчете статистических характеристик параметров среды необходимо учитывать газовое поглощение. Определены координаты зоны канала просветления, в которой флуктуации диэлектрической проницаемости минимальны. Найдено уравнение для траектории распространения зондирующего пучка, на которой он подвергается наименьшим флуктуационным искажениям и ослаблению.

Научное и практическое значение диссертационной работы

Научное и практическое значение выполненной работы определяется новыми данными о физических закономерностях распространения интенсивных импульсов лазерного излучения в капельных аэрозольных средах и возможностью использования полученных результатов для оптимизации параметров лазерных систем, работающих через атмосферу

Структура и объем работы

Диссертация состоит из четырех глав, заключения и библиографии (160 наименований). Объем работы составляет 123 страниц^ машинописного текста и иллюстрируется 51 рисункам .

В первой главе дается обзор современного состояния проблемы распространения через капельные аэрозольные среды пучков электромагнитного излучения, ставится цель настоящей работы, формулируются защищаемые положения и кратко излагается содержание диссертации.

Во второй главе рассматривается динамика просветления облачных сред импульсным излучением СХ^-лазера с интенсивностью, позволяющей разрушать капли на фрагменты. Исследуются особенности распространения в зоне воздействия малоинтенсивного зощшруюшего излучения с длиной волны Л = 0,63 мкм. В первом параграфе этой главы ставится задача, выписывается система уравнений, анализируются использованные в разработанной модели предположения. Во втором параграфе исследуются особенности просветления облачной среды одиночными импульсами лазерного излучения. В третьем - проводится сравнение эффективности просветления облаков и туманов в регуяярном и взрьгоном режимах разрушения конденсированной фазы. В четвертом параграфе рассматривается воздействие на капельную аэрозольную среду серии импульсов лазерного излучения.

В третьей главе изучаются регулярные оптические неоднородности, возникающие в процессе воздействия лазерными пучками на капельные аэрозольные среды из-за тепловых потоков от испаряющихся капель и газового поглощения излучения. В первом параграфе формулируется цель исследований и постановка задачи. Во втором - проводится теоретическое исследование стационарного теплового самовоздействия лазерного излучения при просветлении облака в до-взрывных режимах испарения капель. В третьем параграфе рассматривается рефракция одиночных импульсов лазерного излучения в облаке, когда при просветлении существенную роль играет взрыв капель. В четверотом - изучается тепловое самовоздействие последовательл ности импульсов лазерной радиации в аэрозольной среде, а в пятом исследуются возможности уменьшения рефракции путем специального выбора пространственно-временной формы импульсов.

В четвертой главе рассматриваются флуктуации параметров просветляемой облачной среды и интенсивности зондирующего излучения, обусловленные перемешиванием неоднородно распределенных параметров среды ветром со случайной скоростью, с учетом поглощения электромагнитного излучения газовой компонентой атмосферы и анализируются возможности минимизации флуктуаций интенсивности излучения в просветляемой среде. В первом параграфе вычисляются поля флуктуаций водности, температуры и диэлектрической проницаемости и функции теплового действия. Проводятся расчеты распределения флуктуаций параметров среды и анализируется их зависимость от начальных параметров атмосферы и пучка излучения. Выявляются области минимальных флуктуаций. Во втором параграфе проводятся вычисления флуктуаций уровня интенсивности зондирующего пучка. Выявляются направления зондирования зоны воздействия, на которых минимальны флуктуационные искажения и ослабление излучения.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы дис сертационной работы.

Заключение диссертации по теме «Геофизика», Слесарев, Андрей Гурьевич

4.3. Основные результаты и выводы главы

1. Исследовано влияние поглощения излучения газовой компонентой атмосферы на распределение флуктуаций параметров облачной среды, возникающих при ее просветлении длинными импульсами в результате турбулентного перемешивания. Получены выражения для пространственного распределения флуктуаций параметров среды и их дисперсий в зоне воздействия с учетом газового поглощения и зависимости рт от

Я и I , Выделена область значений параметров задачи, где при расчете статистических характеристик зоны воздействия необходимо учитывать газовое поглощение. Указанная область определяется неравенством 1п ' где 3«- 1п( -) ■

1 (1'РТ) 1

2. Получены асимптотики ( в области больших и малых значений функции теплового действия расходящегося пучка, являющейся важной характеристикой процесса просветления и определяющей величину и пространственные распределения флуктуаций и средних значений параметров просветляемой среды. Предложена аппроксимационная формула для , хорошо описывающая точное решение в широком диапазоне изменения параметров задачи.

3. Исследованы изменения флуктуаций уровня интенсивности зондирующего пучка, распространяющегося в просветляемой среде, обусловленные влиянием газового поглощения воздействующего излучения на процесс просветления. Показано, что в подветренной области зоны просветления, где прозрачность среды максимальна, флуктуации интенсивности зондирующего пучка значительно превышают минимальные.

4. Проведены исследования по выявлению трасс зондирования с минимальными ослаблением и флуктуациями излучения. Установлено, что в зоне просветления, созданной.: пучком СО2- лазера с гауссо-подобным профилем интенсивности, зондирующее излучение претерпевает наименьшие флуктуационные искажения и незначительно ослабляется на траекториях, определяемых соотношениями:

2-гк(х-хГ)/(хГ-хГ) , ч-о .

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе теоретически исследовались нелинейное распространение в облачной среде одиночных: импульсов и последовательности импульсов излучения С0£-лазера с параметрами, позволяющими реализовать взрывное разрушение капель на фрагменты, а также особенности формирования средних и пульсационных характеристик зоны воздействия и прохождения через просветляемую среду зондирующего пучка. Предложенная в работе модель взрывного просветления капельной аэрозольной среды позволила проанализировать кинетику изменения прозрачности среды, рассчитать оптические характеристики зоны воздействия, рефракционные искажения излучения, провести сравнение по энергозатратам с просветлением в регулярном режиме испарения капель, показать преимущества взрывного просветления по сравнению с регулярным по энергозатратам и величине рефракционных искажений. Исследования оптической структуры зоны воздействия и распространения зондирующего пучка в просветляемой среде дали возможность определить область канала просветления, вносящую наименьшие случайные искажения в пучок.

Сформулируем основные результаты и выводы, вытекающие из диссертации.

I. Впервые рассмотрена кинетика просветления облачных сред одиночными импульсами лазерного излучения в режиме взрывного разрушения крупных капель на фрагменты. Предложена модель и сформулирована система уравнений, описывающих процесс распространения интенсивного лазерного пучка через облачную среду при взрывном дроблении капель.

2. Анализ кинетики изменения оптической толщины среды на длинах волн воздействующего и зондирующего излучений показал, что при характерных для атмосферы значениях параметров облаков и туманов взрывной характер разрушения капель не меняет тенденции уменьшения во времени оптической толщины среды на длине волны Л = 10,6 мкм, имеющей место при просветлении среды в регулярном режиме испарения капель. Для зондирующего излучения взрыв капель приводит к росту оптической толщины среды в начальный период воздействия,причем тем большему, чем выше интенсивность излучения в импульсе.

3. Проанализировано влияние параметров среды и пучка излучения, а также микроструктуры осколков взрывного дробления капель на процесс образования оптически прозрачных зон в облачной среде. Показано, что просветление капельных: аэрозольных сред с параметрами, характерными для облаков и туманов, импульсом воздействующего излучения определяется в основном интенсивностью излучения, временем воздействия и слабо зависит от остальных параметров. Прозрачность просветляемой облачной среды для зондирующего излучения с длиной волны из видимого диапазона существенно зависит от вида функции расцределения осколков взрыва по размерам.

4. Сравнение эффективности просветления облачных сред в регулярном и взрывном режимах разрушения конденсированной фазы импульсами лазерного излучения показало, что использование взрывного разрушения крупных капель в режиме фрагментации с последующим регулярным испарением осколков позволяет уменьшить энергозатраты на просветление до 2-х раз. Из этого следует, что при заданной энергии импульса целесообразно использовать короткие и более интенсивные импульсы, способные иницировать взрыв-фрагментацию облачных капель.

5. Впервые рассмотрено просветление облачных сред в режиме взрывного дробления крупных капель на фрагменты сериями импульсов лазерного излучения. Сравнение результатов воздействия на облачную среду последовательностями импульсов лазерного излучения с различными профилями интенсивности показывает, что можно увеличить максимальное значение степени просветления или масштабы просветленной зоны путем специального подбора распределения интенсивности в воздействующем пучке при неизменных максимальной интенсивности и мощности.

6. Впервые цроведены исследования тепловой рефракции импульсного лазерного излучения, просветляющего облако в режиме взрывного разрушения капель на фрагменты. Установлено, что в режиме взрывного разрушения конденсированной фазы на фрагменты градиенты диэлектрической проницаемости, а, следовательно, и рефракционные искажения пучка существенно меньше, чем в случае регулярного испарения капель. Различен и характер рефракции. Если во втором случае тепловое самовоздействие импульса С0£-лазера с гауссовым распределением интенсивности носит характер "банановой" самофокусировки, то в первом случае пучок только дефокусируется.

7. Исследованы особенности рефракции лазерного излучения вусловиях регулярного, стационарного просветления облачной среды при наличии поперечного направлению распространения излучения ветрового переноса.

Впервые показано, что для пучков с гауссоподобным профилем интенсивности зона просветления может приобретать фокусирующие свойства в плоскости, перпендикулярной скорости ветра.

8. В линейном приближении для зависимости коэффициента рт от и и I получены аналитические выражения для распределения температуры в зоне воздействия. Выведены соотношения для определения границ области фокусировки в канале просветления.

9. Исследована возможность уменьшения нелинейной рефракции излучения в облаке путем специального выбора временного профиля интенсивности. Показано, что для уменьшения рефракции гауссова пучка излучения со средней интенсивностью ниже порога взрыва капель целесообразно форму импульса излучения задавать таким образом, чтобы режиму регулярного испарения аэрозольных частиц предшествовал взрыв-фрагментация крупных капель. Это может быть достигнуто использованием дополнительного короткого лидирующего импульса с таким же пространственным распределением I , но с пиковой интенсивност; выше порога взрыва капель.

10. Впервые исследовано влияние молекулярного поглощения излучения воздухом на распределение флуктуаций параметров облачной среды, возникающих при просветлении ее длинными импульсами за счет турбулентного перемешивания. Получены выражения для распределений флуктуаций температуры, водности, диэлектрической проницаемости и их дисперсий с учетом газового поглощения и зависимости рт от Я и I ,

11. Показано, что газовое поглощение оказьюает наибольшее влияние на распределение флуктуаций температуры и диэлектрической проницаемости. Выделена область значений параметров задачи, когда при расчете статистических характеристик зоны воздействия необходимо учитывать газовое поглощение. Получены соотношения для определения области с минимальными флуктуациями диэлектрической проницаемости.

12. На основании асимптотического анализа уравнения для функ -ции теплового действия расходящегося воздействующего пучка и его численного решения предложена аппроксимационная формула для у , имеющая правильные асимптотики и хорошо описывающая точное решение 9 в широком диапазоне изменения параметров задачи.

13. Проанализирована зависимость расцределения флуктуаций параметров среды от расходимости пучка излучения. Показано, что при увеличении расходимости максимум флуктуаций смещается к подветренной границе пучка, причем величина смещения растет быстрее, нежели ширина пучка.

14. Впервые проанализировано влияние газового поглощения на флуктуации интенсивности зондирующего излучения. Показано, что в наиболее просветленной области, вблизи подветренной границы пучка, флуктуации интенсивности зондирующего излучения могут быть максимальными.

15. Проведены исследования по выявлению трасс зондирования с минимальными ослаблением и флуктуациями излучения. Получены соотношения для траекторий зондирования зоны просветления, образованной воздействующим пучком с гауссоподобным профилем интенсивности, на которых флуктуационные искажения и ослабление незначительны.

Автор считает своим приятным долгом выразить глубокую благодарность доктору физико-математических наук Л.П.Семенову за научное руководство и постоянное внимание к работе, профессору, доктору физико-математических наук О.А.Волковицкому за интерес к работе и ценные замечания, кандидатам физико-математических наук Р.Х.Алмаеву и П.Н.Свиркунову за плодотворное научное сотрудничество и обсуждение вопросов, затронутых в диссертации. Автор признателен Н.Е.Трипольской, Г.С.Таракановой, В.В.Григорьеву за помощь при оформлении диссертации.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Слесарев, Андрей Гурьевич, 1984 год

1. Акулыпина Л.Г., Волковицкий O.A., Нерушев А.Ф., Печорин В.Т., Скрипкин A.M. Влияние расходимости лазерного пучка на просветление облачной среды. - Труды ИЭМ, 1976, вып. 13(58),с.128-138.

2. Акулыпина Л.Г., Волковицкий O.A., Скрипкин A.M., Печорин В.Т., Щелчков Г.И. Влияние микроструктуры облачной среды на время просветления лазерным излучением. Труды ИЭМ, 1976, вып. 13(58), с.178-183.

3. Алешкевич В.А., Мигулин A.B., Сухоруков А.П., %милов Э.Н. Аберрации и предельные расходимости непрерывного лазерного излучения в фокусирующих средах ЖЭТФ, 1972, т.62, вып. 2, с.551-561.

4. Алешкевич В.А., Оухоруков А.П. Об отклонении мощных световых пучков под действием ветра в поглощающих средах. Письма в Ш, 1970, т.12, вып. 2, с Л12-115.

5. Алмаев Р.Х., Нерушев А.Ф., Семенов Л.П. Флуктуации температуры и водности в зоне просветления облачной среды. Изв. АН СССР, ФАО, 1978, т.14, № 3, с.292-299.

6. Алмаев Р.Х., Свиркунов П.Н. Роль флуктуаций лазерного излучения при просветлении дисперсных сред. Письма в Ж1Ф, 1978, т.4, вып. 12, с.719-723.

7. Алмаев Р.Х., Свиркунов П.Н., Слесарев А.Г. О рефракции лазерного излучения в потоке просветляемого капельного аэрозоля.

8. Труды ИЭМ, 1983, вып. 31(105), с.89-95.

9. Алмаев Р.Х., Свиркунов П.Н., Слесарев А.Г. Особенности нелинейной рефракции при просветлении движущейся облачной среды.

10. В кн.: У1 Всесоюзный симпозиум по распространению лазерного излуч ния в атмосфере:Тезисы докладов. Томск,1981, ч.З, с.175-178.

11. Алмаев Р.Х., Семенов Л.П. Об изменении интенсивности пучка излучения в случайно-неоднородной просветляемой среде. -Труды ИЭМ, 1978, вып. 18(71), с.146-147.

12. Алмаев Р.Х., Семенов Л.П. Уширение пучка излучения при распространении в просветляемой облачной среде. В кн.: I Всесоюзное совещание по атмосферной оптике: Тезисы докладов. Томск, 1976, ч.П, с.203-207.

13. Алмаев Р.Х., Семенов Л.П. Уширение пучка излучения при распространении в случайно-неоднородной просветляемой облачной среде. Изв. вузов. Радиофизика, 1978, т.21, № з, с.408-414.

14. Алмаев Р.Х., Семенов Л.П. Флуктуации уровня интенсивности зондирующего излучения в просветляемой облачной среде. В кн.: У Всесоюзный симпозиум по распространению лазерного излученияв атмосфере: Тезисы докладов. Томск, 1979, ч.З, с.81-85.

15. Алмаев Р.Х., Семенов Л.П. Флуктуации уровня интенсивности просветляющего излучения в облачной среде.- В кн.: У Всесоюзный симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере: Тезисы докладов. Томск, 1979, ч.Ш, с.76-80.

16. Алмаев Р.Х., Семенов Л.П., Слесарев А.Г. Влияние поглощения излучения воздухом на флуктуации параметров просветляемой облачной среды. В кн.: П Всесоюзное совещание по атмосферной оптике: Тезисы докладов. Томск, 1980, ч.2, с.102-105.

17. Алмаев Р.Х., Семенов Л.П., Слесарев А.Г. 0 влиянии молекулярного поглощения излучения на флуктуации параметров просветляемой облачной среды и лазерного излучения. Труды ИЭМ, 1981, вып. 12(96), с.100-108.

18. Алмаев Р.Х., Слесарев А.Г. О роли расходимости пучка лазерного излучения при просветлении капельной аэрозольной среды. -Труды ИЭМ, 1981, вып. 26(99), с.22-29.

19. Алмаев Р.Х., Семенов Л.П., Слесарев А.Г. Пространственные изменения индуцированных флуктуаций интенсивности излучения при зондировании просветляемой аэродисперсной среды. Квантовая электроника, 1982, т.9, №8, с. 1565-1571.

20. Алмаев Р.Х., Семенов Л.П., Слесарев А.Г. Рефракция лазерного излучения в облаке при наличии взрыва капель. В кн.:УД Всесоюзный симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере: Тезисы докладов. Томск, 1983, с.185-187.

21. Алмаев Р.Х., Слесарев А.Г. Функция теплового действия в облачной среде просветляемой расходящимся пучком излучения. -В кн.: П Всесоюзное совещание по атмосферной оптике: Тезисы докладов, 1980, :чЛ, с.ПО-ПЗ.

22. Андреев Г.А., Бисярин В.П., Соколов А.В., Стрелков Г.М. Распространение лазерного излучения в атмосфере земди. В сб.: Итоги науки и техники. Радиотехника, ВИНИТИ, М., 1977, т.II, с.5-148.

23. Арманд С.А. 0 просветлении тумана в условиях тепловой самодефокусировки. Радиотехника и электроника, 1976, т.21, вып.6, с.I162-1169.

24. Арманд С.А., Бехтин Ю.И., Пожидаев В.Н. 0 температурном поле и распределений коэффициента преломления в зоне воздействия на водно-капельный аэрозоль электромагнитным излучением. -Радиотехника и электроника, 1976, т.21, вып.10, с.2033-2039.

25. Аскарьян Т.Н., Студенов В.В. "Банановая" самофокусировка лучей Письма в ЗШ, 1969, т.10, вып. 3, с.ПЗ-116.

26. Ахманов С.А., Воронцов М.А., Кандидов В.П., Сухоруков А.П., Чесноков С.С. Тепловое самовоздействие световых пучков и методы его компенсации. Изв. вузов. Радиофизика, 1980, т.23,1. I, с.1-37.

27. Баринов В.В., Сорокин С.А. Взрывы водных капель под действием оптического излучения. Квантовая электроника, 1973, № 2,с. 5—II.

28. Бельц В.А., Волковицкий O.A., Нерушев А.Ф., Николаев В,П. Исследование рефракции пучка С02~лазера в движущейся облачной среде. Труды ИЭМ, 1978, вып. 18(71), с.67-77.

29. Бельц В.А., Матвеев О.М., Николаев В.П. Исследование тепловой рефракции при распространении пучка (^-лазера в туманах. -Труды ИЭМ, 1976, вып. 13(58), с.139-146.

30. Беляев С.П., Волковицкий O.A., Нерушев А.Ф., Николаев В.П., Пинчук С.Д., Скрипкин A.M. Экспериментальное исследование просветления тумана лазерным излучением с Я = 10,6 мкм.

31. Изв. АН 0ССР. ФА0, 1975, т.П, № 10, с.1075-1078.

32. Бехтин Ю.И. Экспериментальное исследование градиента показателя преломления (Х^-лазера в камере искусственных туманов. -Изв. АН СССР, ФА0, 1976, т.12, № 7, с.726-731.

33. Бисярин В.П., Бфременко В.В., Колосов М.А., Пожидаев В.Н., Соколов A.B., Стрелков Г.М., Федорова Л.В. Распространение лазерного излучения в водном аэрозоле в условиях его разру-ения. Изв. вузов. Физика, 1983, т.26, № 2, с.23-45.

34. Бисярин В.П., Колосов М.В., Пожидаев В.Н., Соколов A.B. Взаимодействие лазерного излучения УФ, видимого и ИК диапазонов с водным аэрозолем. Изв» вузов. Физика, 1977, № II, с.132-153.

35. Букатый В.И., Зуев В.Н, Кузиковский A.B., Небольсин М.Ф., Хмелевцов С.С. Тепловое действие непрерывного излучения COg-лазера на искусственный туман. ДАН СССР, 1974, т.218, № 3, с.558-561.

36. Букатый В.И.¿Зуев В.Е., Кузиковский A.B., Хмелевцов С.С. Тепловое действие интенсивных световых пучков на капельный аэрозоль. ДАН СССР, 1974, т.217, № I, с.52-55.

37. Букатый В.И., Копытин Ю.Д., Хемелевцов С.С. Тепловая расфокусировка оптического излучения, распространяющегося в поглощающейся дисперсной среде. Квантовая электроника, 1973,1. I (13), с.70-74.

38. Букатый В.И., Копытин Ю.Д., Хмелевцов С.С. Экспериментальное исследование оптических характеристик тумана в канале светового пучка при взрывном режиме испарения капель. Изв. вузов. Физика, 1974, № I, с.114-116.

39. Букатый В.И., Копытин Ю.Д., Хмелевцов С.С., Чапоров Д.П. Тепловое самовоздействие оптических импульсов в модельных аэрозольных средах. Изв. вузов. Физика, 1976, № 3, с.33-39.

40. Букатый В.И., Погодаев В.Н. Испарение водной капли под действием инфракрасного излучения. Изв. вузов. Физика, 1970, № I, с.141-142.

41. Бухздорф Н.В., Землянов A.A., Кузиковакий A.B., Хмелевцов С.С. Взрыв сферической капли под действием мощного лазерного излучения. Изв. вузов. Физика, 1974, № 5, с.36-40.

42. Букздорф Н.В., Погодаев В.А., Чистякова Л.К. 0 связи неоднород-ностей внутреннего оптического поля облученной капли с ее взрывом. Квантовая электроника, 1975, № 2, с.1062-1064.

43. Волков Ф.Г., Головин A.M. Квазистационарное испарение капли с внутренним тепловыделением. ПМТФ, 1968, № 4, с.83-86.

44. Волковицкий O.A. Экспериментальное исследование влияния излучения (Х^-лазеров на капельную облачную среду. Метеорология и гидрология, 1977, № 9, с.12-23.

45. Волковицкий O.A., Денисова В.В., Иванов Е.В., Коломеев М.П.

46. Экспериментальное исследование эффекта конденсации при воздействии излучением (Х^-лазера на облачные среды. Труды ИЭМ,1976, вып. 13(58), с.95-107.

47. Волковицкий O.A., Диденко Н.К., Пинчук С.Д. Возникновение оптических неоднородностей при просветлении турбулентной облачной среды. Труды ИЭМ, 1978, вып. 18(71), с.78-83.

48. Волковицкий O.A., Добровольский А.Ф., Иванов Е.В., Коломеев М.П. Некоторые данные о воздействии излучения С02~лазера на переохлажденный капельный и кристаллический аэрозоль.- Труды ИЭМ,1977, вып. 5(43), с.83-91.

49. Волковицкий O.A., Иванов E.B., Коломеев М.П., Красковский H.K., Семенов Л.П. Эффект "замутнения" кристаллической облачной среди при воздействии излучением СО^-лазера. Изв. АН СССР,

50. ФАО, 1975, т.Н,» 8, с.861-863.

51. Волковицкий O.A., Иванов Е.В., Нерушев А.Ф., Николаев В.П., Свиркунов П.Н., Седунов Ю.С., Семенов Л.П., Скрипкин A.M. Просветление облачной среды лазерным излучением. В сб.: Проблемы метеорологии. Гидрометеоиздат, Л., 1979, с.65-78.

52. Волковицкий O.A., Каменоградский Н.Е., Мамонов В.К., Семенов Л.П. Прозрачность просветляемой облачной среды. Труды ИЭМ,1976, вып. 18(58), с.116-127.

53. Волковицкий O.A., Мамонов В.К. Кинетика просветления движущегося аэрозоля пучком (Х^-лазера. Квантовая электронина,1977, т.4, № 5, c.III3-III7.

54. Волковицкий O.A., Мамонов В.К., Седунов Ю.С. и др. Способ оптической сигнализации в тумане. Авт.свид.(СССР), кл. G 08С23/00, № 527729, заявл. 21.02.75, опубл. 06.06.77.

55. Волковицкий O.A., Матвеев О.М., Печорин В.Т., Скрипкин A.M. Исследование скорости просветления облачной среды лазерным излучением 10,6 мкм. Труды ИЭМ, 1976, вып. 13(58), сЛ08-115.

56. Волковицкий O.A., Седунов Ю.С., Семенов Л.П. Распространение интенсивного лазерного излучения в облаках. Л.,Гидрометеоиздат, 1982, 312 с.

57. Волковицкий O.A., Скрипкин A.M. 0 влиянии температуры среды и расходимости пучка COg-лазера на кинетику просветления. -Труды ИЭМ, 1981, вып. 26(99), с.120-126.

58. Воробьев В.В. Влияние нагрева турбулентной атмосферы световым пучком на флуктуации его интенсивности. Кв. электроника, 1972, № 7, с.5-13.

59. Выслоух В.А., Кандидов В.П. Динамика просветления водного аэрозоля в условиях теплового самовоздействия. В кн.:У Всесоюзный симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере: Тезисы докладов. Томск, 1979, ч.Ш, с.62-64.

60. Гордин М.П., Садовников В.П., Стрелков Г.М. Тепловое самовоздействие лазерных пучков в атмосфере. М., Препринт № 16(319) ЙРЭ АН СССР, 1981, 55 с.

61. Гордин М.П., Соколов А.В., Стрелков Г.М. Ослабление излучения С02-лазера диффузионно испаряющимся водным аэрозолем. Радиотехника и электроника, 1975, т.20, № II, с.2241-2249.

62. Гордин М.П., Стрелков Г.М. Просветление движущейся облачной среды при сильном тепловом самовоздействии. В кн.: УШ Всесоюзный симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере: Тезисы докладов. Томск, 1983, с.176-178.

63. Гордин М.П., Стрелков Г.М. Просветление полидисперсного водного аэрозоля-Квантовая электроника, 1976, т.З, № II, с.2427-2433.

64. Гордин М.П., Стрелков Г.М. Прохождение лазерного излучения ' через мелкокапельный водный аэрозоль. Радиотехника и электроника, 1975, т.20, с.2009-2016.

65. Гордин М.П., Стрелков Г.М. Эффект переконденсации при диффузионном испарении водного аэрозоля в поле излучения. Квантовая электроника, 1975, т.2, № 3, с.559-566.

66. Грачев Ю.Н., Стрелков Г.М. Изменение прозрачности водного аэрозоля под воздействием импульса излучения (Х^-лазера. -Квантовая электроника, 1976, т.З, № 3, с.621-625.

67. Грачев Ю.Н., Стрелков Г.М. 0 конвективном испарении водяной капли в поле излучения. Квантовая электроника, 1974, т.1, № 10, 2192-2196.

68. Гурвич А.С., Кои А.И., Миронов В.Л.,Хмелевцов С.С. Лазерное излучение в турбулентной атмосфере. М., Наука, 1976, 278 с.

69. Диденко H.K., Красковский H.K., Семенов Л.П. Экспериментальное исследование тепловых характеристик облачной среды в зоне воздействия лазером на С0г>. Труды ЙЭМ, 1974, вып. 5(43),с.92-103.

70. Егоров К.Д., Кандидов В.П. Просветление движущегося водного аэрозоля импульсным излучением. В кн.: У Всесоюзный симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере: Тезисы докладов. Томск, 1979, ч.Ш, с.65-68.

71. Егоров К.Д., Кандидов В.П., Прахов M.G. Распространение светового пучка через движущуюся среду, замутненную водным аэрозолем.-Квантовая электроника, т.6, № 12, с.2562-2566.

72. Землянов A.A., Колосов В.В., Кузиковский A.B. Распространение света при взрыве аэрозолей в лазерных пучках. ЖТФ, 1981, т.51,вып. 4, с.776-780.

73. Землянов A.A., Кузиковский A.B. Модельное описание газодинамического режима взрыва водной капли в мощном импульсном световом поле. Квантовая электроника, 1980, т.7, № 7, с.1523-1530.

74. Землянов A.A., Кузиковский A.B., Погодаев В.Н., Чистякова Л.К. Макрочастица в интенсивном оптическом поле. В кн.: Проблемы оптики атмосферы. Новосибирск, Наука, 1983, с.13-39.

75. Землянов A.A., Кузиковский A.B., Чистякова Л.К. Взрыв водной капли в поле излучения СО^-лазера. В кн.: Исследование сложного теплообмена. Новосибирск, Наука, 1978, с.106-111.

76. Землянов A.A., Погодаев В.А, Пожидаев В.Н., Чистякова Л.К. Оптическая прочность слабопоглощающих капель в интенсивных световых полях. I№, 1977, вып. 4, с.33-37.

77. Зуев В.Е. Прозрачность атмосферы для видимых и инфракрасных лучей. М., Сов.радио, 1966, 318 с.

78. Зуев В.Е. Распространение видимых и инфракрасных волн в атмосфере. М.,Сов.радио, 1970, 496 с.

79. Зуев В.Е., Кабанов М.В. Перенос оптических сигналов в земной атмосфере ( в условиях помех). М., Сов.радио, 1977, 368 с.

80. Зуев В.Е., Копытин Ю.Д., Куэиковский A.B. Нелинейные оптические эффекты в аэрозолях.-Новосибирск, Наука, 1980, 182 с.

81. Зуев В.Е., Кузиковский A.B. Тепловое просветление водных аэрозолей лазерным излучением. Изв. вузов. Физика, 1977, № II, с. 106-137.

82. Зуев В.Е., Кузиковский A.B., Погодаев В.А. и др. Тепловое действие оптического излучения на водные капли малого размера.

83. ДАН СССР, 1972, т.205, № 5, с.1069-1072.

84. Иванов Е.В., Коровин В.Я. Испарение капель воды в поле непрерывного излучения СО^-лазера. ИФЖ, 1978, т.34, № 5, с.807-812.

85. Искольский A.M., Нестерихин Ю.Е., Паташинский Л.З. и др.0 неустойчивости градиентного взрыва. ДАН СССР, 1977, т.236, № 6, с.1346-1349.

86. Каменоградский Н.Е., Семенов Л.П. Ослабление излучения с длиной волны 0,63 мкм в зоне просветления, образованной в жидко-капельной среде. Труды ИЭМ, 1976, вып. 13(58), с.56-69.

87. Коломеев М.П., Семенов Л,П. Зарождение частиц вблизи испаряющейся капли. Труды ИЭМ, 1976, вып. 13(58), с.3-20.

88. Колосов В.В., Кузиковский A.B. Фокусировка и дефокусировка света при взрыве аэрозолей в лазерных пучках. ЖТФ, 1979, т.49, вып. I, с.101-104.

89. Колосов М.А., Рудаш В.К., Соколов A.B., Стрелков Г.М. Экспериментальное изучение воздействия интенсивного ИК-излучения1. Радиотехникана крупные капли воды. --тадиодризикаг и электроника, 1974, т.19, № I, е.45-50.

90. Копытин Ю.Д., Хмелевцов С.С. Тепловое самоуширение интенсивных световых импульсов при распространении в поглощающем аэрозоле. Квантовая электроника, 1974, т.1, № 4, с.806-811.

91. Коровин В.Я. Взрыв оптически плотных капель в поле непрерывного лазерного излучения. Материалы Всесоюзного лазерного совещания по распространению оптического излучения в дисперсной среде. М.: Гидрометеоиздат, 1978, с.257-260.

92. Коровин В.Я., Иванов Е.В. Экспериментальное исследование воздействия излучения СО^-лазера на капли воды. В кн.: Ш Всесоюзный симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере: Тезисы докладов. Томск, 1975, с.93-94.

93. Коротин A.B., Светогоров Д.Е., Седунов Ю.С., Семенов Л.П. Образование зон просветления в облаках и туманах. ДАН СССР, 1975, т.220, № 4, с.829-832.

94. Коротин A.B., Семенов Л.П., Свиркунов П.Н. Взрыв капель жидкости при больших перегревах. Труды ИЭМ, 1975, вып. 11(54), с.24-33.

95. Костин В.В., Погодаев В.А., Хмелевцов С.С. и др. Взрыв водной капли, облученной серией импульсов оптического излучения. -ЖЭТФ, 1974, т.66, № 6, с.I970-1972.

96. Крекова М.М. Динамика просветления облаков и туманов в условиях радиационного воздействия. Изв. вузов, Физика, 1974,$ 10, с.189-198.

97. Кузиковский A.B. Динамика сферической частицы в мощном оптическом поле, Изв. вузов. Физика, 1970, № 5, с.89-94.

98. Кузиковский A.B., Погодаев В.А., Хмелевцов С.С. Испарение водяной капли под воздействием светового импульса. ШШ, 1971, т.20, № I, с.21-25.

99. Кузиковский A.B., Хмелевцов G.C. Влияние переконденсации на испарение водного аэрозоля в радиационном поле. Изв. АН СССР, ФАО, 1975, т.П, № 4, с.362-369.

100. Кузиковский A.B., Хмелевцов С.С. Кинетика испарения водного аэрозоля в поле оптического излучения. Изв. АН GCCP, ФАО, 1968, т.4, № 3, с.363-366.

101. Миронов В. Л. Распространение лазерного пучка в турбулентной атмосфере. Новосибирск, Наука, 1981, 246 с.

102. Морозов A.B., Свиркунов П.Н., Семенов Л.П. Рефракция излучения в облачной среде при просветлении. Труды ИЭМ, 1981, вып. 26(995, с.3-8.

103. Небольсин М.Ф. Прозрачность искусственных туманов в зоне воздействия импульсного излучения СО^-лазера. В кн.: П Совещание по атмосферной оптике: Тезисы докладов. Томск, 1980, ч.Ш, с.171-173.

104. Нерушев А.Ф., Семенов Л.П. Распространение светового пучка в испаряющейся жидкокапельной среде при наличии "ветровой" рефракции. Квантовая электроника, 1976, т.З, № 6, с.1226-1232.

105. НО. Пинчук С.Д. Влияние мелкомасштабной турбулентности на просветление водного аэрозоля. Метеорология и гидрология, 1979, № 9, с.44-48.

106. Пинчук С.Д. Оценка различных механизмов локального нагревания облачной среды пучком (Х^-лазера. Труды ИЭМ, 1981, вып. 26(99), с.53-59.

107. Погодаев В.А., Букатый В.И., Хмелевцов С.С., Чистякова Л.К. Динамика взрывного испарения водных капель в поле оптического излучения. Квантовая электроника, 1971, № 4, с.128-130.

108. Погодаев В.А., Костин В.В., Хмелевцов С.С., Чистякова Л.К.

109. Некоторые вопросы взрывного режима испарения водной капли. Изв. вузов. Физика, 1974, № 3, с.56-60.

110. Погодаев В.А., Рождественский А.Е., Хмелевцов C.G., Чистякова Л.К. Тепловой взрыв водных частиц под действием мощного лазерного излучения. Квантовая электроника, 1977, т.4, № I, с.157-159.

111. Пришивалко А.П. Исследование условий взрыва капель воды при неоднородном внутреннем тепловыделении. В кн.: Материалы Всесоюзного совещания по расцространению оптического излучения в дисперсной среде. М., Гидрометеоиздат, 1978, с.248-251.

112. Пришивалко А.П. Оптические и тепловые поля внутри светорас-сеивающих частиц.- Минск, Наука и техника, 1983.

113. Пустовалов В.К., Романов Г.С., Хорунжий И.А. Просветление, полидисперсного водного аэрозоля дазерным излучением. -Квантовая электроника, 1982, т.9, № 2, с.332-343.

114. Пустовалов В.К., Хорунжий И.А. Просветление движущегося полидисперсного аэрозоля гауссовским пучком лазерного излучения.-В кн.: П Всесоюзное совещание по распространению лазерного излучения в дисперсной среде: Тезисы докладов. Обнинск, 1982, с.51-54.

115. Романов Г.С., Пустовалов В.К. Нагрев и испарение сферической капли под действием монохроматического излучения, ЖТФ, 1973, т.43, с.2163-2168.

116. Светогоров Д.Е. Образование зон просветления в облаках и туманах в условиях модельного взрыва капель. Труды ИЭМ, 1976, вып. 13(56), с. 44-55.

117. Светогоров Д.Е. Скорость переноса лучистой энергии в испаряющейся дисперсной среде. Квантовая электроника, 1973,1(13), с.63-69.

118. Свиркунов П.Н. О возможности самофокусировки при испарении облачной среды излучением (Х^-лазера. -Квантовая электроника, 1978, т.5, № 4, с. 892-896.

119. Свиркунов П.Н., Седунов Ю.С., Семенов Л.П. Просветление облачной среды при наличии взрыва капель. Изв. АН СССР, ФАО, 1980, т.16, № 5, с.483-489.

120. Свиркунов П.Н., Семенов Л.П. Некоторые задачи взаимодействия излучения с каплями и кристаллами, Труды ИЭМ, 1975, вып. 11(54), с.3-18.

121. Свиркунов П.Н., Семенов Л.П. Образование просветленных зонв смешанных и кристаллических облаках под влиянием излучения.-Труды ИЭМ, 1974, вып. 5(43), с.31-44.

122. Семенов Л.й., Арсеньян Г.И. Флуктуации электромагнитных волнна приземных трассах. М., Наука, 1978, 272 с.

123. Семенов Л.П. К вопросу о целесообразности разрушения капли на фрагменты с точки зрения эффективности ее испарения. Труды ИЭМ, 1961, вып. 26(99), с.114-119.

124. Семенов Л.П. Об испарении водной капли в поле излучения. -Труды ИЭМ, 1978, вып. 18(71), с.З-П.

125. Семенов Л.П. Просветление облачной среды при наличии конденсации пара. Труды ИЭМ, 1981, вып. 26(99), с.16-21.

126. Семенов Л.П., Свиркунов П.Н. Испарение капли при наличии внутренних источников тепла. Труды ИЭМ, 1972, вып. 30, с.54-64.

127. Семенов Л.П., Свиркунов П.Н. Испарение капли при наличии значительного внутреннего тепловыделения. Труды ИЭМ,1971, вып. 23, с.91-107.

128. Семенов Л.П., Слесарев А.Г. Распространение импульса оптического излучения через облачную среду в условиях взрывного разрушения капель. Труды ИЭМ, 1981, вып. 26(99), с.40-45.

129. Стрелков Г.М. 0 диффузионном испарении водяной капли. Изв. АН СССР, ФАО, 1974, т.Ю, с.1224-1227.

130. Стрелков Г.М. Об испарении водяной капли. Изв. АН СССР, ФАО, 1973, т.9, с.652-655.

131. Сухоруков А.П., Хохлов Р.В., Шумилов Э.Н. Динамика просветления облаков лазерным пучком. Письма в ЖЭТФ, 1971, т. 14, вып. 4, с.245-250.

132. Сухоруков А.П., Щумилов Э.Н. Просветление полидисперсного тумана. ШТФ, 1973, т.43, вып. 5, с.1029-1041.

133. Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. М., Наука, 1967, 548 с.

134. Шифрин К.С., Золотова Ж.К. Об испарении облаков в поле радиации. Изв. АН СССР, ФАО, 1968, т.4, № I, с.80-84.

135. Шифрин К.С., Золотова Ж.К. Кинетика испарения капли в радиационном поле. Изв. АНСССР. ФАО, 1966, т.II, № 12, с.13П-1315.

136. Almaev R.Kh., Sedunov Yu.S., Semenov L.P., Slesarev A.G., Volkovitsky O.A. Laser beam propadation in cloud under droplet shattering.- Proceedings of the Third International Conference on Infrared Physics, 1984.

137. Almaev R.Kh., Semenov L.P., Slesarev A.G. Role of gas absorption in formation of fluctuations in parameters of cleared cloud medium and laser radiation.- Proceedings of the International Conference on Lasers*81, 1981, p. 928-932.

138. Almaev R.Kh., Semenov L.P., Slesarev A.G., Volkovitsky O.A.role of COg-laser beam divergence in cloud clearing.j

139. Fowler M.C. Effect of a COg-laser pulse on ^Transmission through fog at visible and IR wave-lengths.- Appl. Opt., 1983, vol.22, 17 19, p.2960-2964.

140. Glickler S.L. Propagation of 10,6 mkm laser through a cloud including droplet vaporization.- Appl. Opt., 1971, vol.10, N 3, p.644-650.

141. Hurney R.C. Hole-boring in clouds by light-intensity laser beams: theory.- Appl. Opt., 1977, vol.16, IT 11, p.2974-2978.

142. Kafalas P., Ferdinand A.P. Fog droplet vaporization and fragmentation by 10,6 mkm laser pulse.- Appl. Opt., 1973, vol.12, p.29-33.

143. Kafalas P., Herrman I. Dynamics and energetics of the explosive vaporization of fog droplets by 10,6 mkm laser pulse.-Appl. Opt., 1973, vol.12, p.772-775.

144. Lamb G.L., Kinney B.B. Evaporation of mist by an intense light beam.- Appl. Phys., 1969, vol.40, N 1, p.416-417.

145. Lencioni D.E. The effect of dust on 10,6 mkm laser-induced air breakdown.- Appl. Phys. Lett., 1973, vol.23, N 1, p.12-1/

146. Lowder J.E., Kleiman H., 0»Neil R.W. High energy C02-laser pulse transmission through fog.- Appl. Phys., 1974, vol.45, IT 1, p.221-223.

147. Mamonov V.K., Volkovitsky O.A. Kinetics of "blurring" process accompanying COg-laser radiation propagation in cloud medium.- Proceedings of the International Conference on Lasers«81, 1981, p.933-935.

148. Mullaney G.I., Christiansen W.H., Russel D.A. Fog dissipatior using a C02-laser.- Appl. Phys. Lett., 1968, vol.13, N 4, p.145-147.

149. Singh P.T., Knight C#J. Pulsed laser induced shattering of water drops.»■ AIAA J., 1980, vol.18, N 1, p.96-100.

150. Sutton G.W. Fog dispersal by high power lasers.- AIAA J$,197( vol.8, N 10, p.1907-1910.

151. Sutton G.W. Fog hole boring with pulsed high energy lasers; an exact solution including scattering and absorption.-Appl. Opt., 1978, vol.17, N21, p.3424-3430.

152. Williams P.A. On vaporization of mist by radiation.- Inst. J. Heat Mass Transfer, 1965, vol.8, p.575-587.