Физика плазмы и газовые лазеры

Программа курса
Физика плазмы и газовые лазеры
(5 семестр, 32 часа, форма отчетности – зачет)
Модуль 7, «Квантовая электроника»
Кафедра – общая физика 1
Лекции - 32 часa
Самостоятельная работа - 10 часов
Форма отчетности – зачет
1. Основные понятия физики низкотемпературной плазмы.
Понятия физика газового разряда и физика плазмы.
Кинетическая теория, распределение частиц по скоростям.
Состояние термодинамического равновесия.
2. Кинетическое уравнение для электронов в неравновесной идеальной плазме.
Дебаевский радиус и экранирование поля в условиях квазинейтральной плазмы .
Типы низкотемпературной плазмы.
3. Колебания и волны в плазме.
Распространение электромагнитных волн в плазме.
Неустойчивости плазмы.
4. Плазменные структуры. Страты. Солитоны. Домены. Синергетика плазмы.
Нестабильности системы пучок – плазма.
Статистика ионизованного газа.
5. Процессы упругого рассеяние частиц в газофазных средах.
Газокинетические сечения упругого рассеяния.
Упругое рассеяние электрона на атомах.
6. Процессы переноса в плазме. Диффузия. Теплопроводность. Вязкость.
Дрейфовая скорость.
Продольная и поперечная диффузия заряженных частиц.
Амбиполярная диффузия.
Диффузия и дрейф заряженных частиц в магнитном поле.
7. Возбужденные частицы в плазме. Метастабильные атомы.
Отрицательные ионы. Механизмы образования отрицательных ионов.
Комплексные и молекулярные ионы.
Автоионизационные состояния атомов.
8. Неупругие процессы в низкотемпературной плазме.
Элементарные процессы столкновений электрона с атомами и молекулами.
Элементарные процессы столкновений атомов и молекул.
Элементарные атомно - ионные процессы.
Краткая характеристика неупругих процессов.
9. Ионизация при столкновениях тяжелых частиц.
Классификация процессов ионизации при тепловых столкновениях тяжелых частиц
10. Процессы хемоионизации.
Экспериментальные методы исследования элементарных процессов ионизации.
Процессы хемоионизации с участием ридберговских атомов.
Столкновения возбужденного и нормального атомов.
Парные столкновения высоковозбужденных атомов.
Образование пары из положительного и отрицательного ионов.
Хемоионизация в современных приложениях физики и химии низкотемпературной
плазмы.
11. Процессы рекомбинации, приводящие к заселению возбужденных состояний.
Рекомбинация с излучением - радиационная рекомбинация.
Трехчастичная рекомбинация (ион + 2 электрона).
Диэлектронная рекомбинация.
Рекомбинация при столкновениях положительного и отрицательного ионов.
Диссоциативная рекомбинация электрона и молекулярного иона.
12. Плазма положительного столба тлеющего разряда.
Общие свойства газовых разрядов постоянного тока.
Положительный столб тлеющего разряда постоянного тока.
Основные теории положительного столба разряда.
13. Пылевая плазма.
14. Бестоковая фотоплазма. Способы ее создания и применения.
Предионизация лазерной плазмы. Фотоплазма в парах металлов.
Фотоплазма в парах ртути, облучаемой светом резонансной линии λ = 253,7 нм.
Фотоплазма в смеси паров ртути и цезия, облучаемых светом резонансной линии
ртути. Фотоплазма в парах щелочных металлов (фоторезонансная плазма).
Фотоплазма в парах цезия, облучаемых линией HeI, λ=388.8 нм.
Кинетика ионизационных процессов в слабоионизированной фоторезонансной
плазме.
15. Оптоэлектрический эффект в низкотемпературной плазме и методы резонансной
ионизационной спектроскопии.
Оптогальванический эффект на основе тлеющего разряда.
Резонансная ионизационная спектроскопия.
16. Законы подобия.
Законы подобия для положительного столба разряда в смесях инертных газов с
легкоионизуемыми добавками.
17. Энергетическая проблема. Лазерный термоядерный синтез.
18. Основные типы газовых лазеров. Газоразрядная активная среда. Диагностика
плазмы: определение концентрации и температуры электронов.
19. Методы определения концентрации атомов в нормальном и возбужденных
состояниях (испускания, поглощения, крюков).
20. Контуры спектральных линий. Типы уширений спектральных линий.
21. Поглощение и усиление света в плазме.
22. Эйнштейновские коэффициенты спонтанного излучения, вынужденного излучения
и поглощения.
23. Лазеры на самоограниченных переходах. Процессы электронного возбуждения и
ионизации атомов. Лазеры на парах меди. Импульсные методы получения паров
металлов. Использование галогенидов меди. Применение медного лазера.
Проекционный лазерный микроскоп.
24. Молекулярные лазеры УФ диапазона. Азотный лазер. Водородный лазер.
25. Эксимерные лазеры.
26. Генерация в рентгеновском диапазоне. Возможные механизмы накачки.
27. Молекулярные лазеры ИК диапазона. СО и СО2 лазеры.
28. Лазеры на парах щелочных металлов. Ион-ионная рекомбинация.
29. Гелий - неоновый лазер. Резонансная передача энергии при столкновениях.
30. Ионные лазеры. Аргоновый лазер. Двуступенчатое возбуждение. Ионные лазеры на
парах металлов. Гелий - кадмиевый лазер.
31. Плазменные лазеры. Процессы рекомбинации в плазме. Рекомбинационные лазеры
на парах металлов 2 группы периодической системы.
32. Газодинамические и химические лазеры.
Литература:
1.
Лазеры на парах металлов и их галогенидов. Труды ФИАН. 1987.
2.
Ключарев А.Н., Мишаков В.Г., Тимофеев Н.А. Введение в физику
низкотемпературной плазмы. Издательство СПбГУ. 2008
3.
4.
5.
6.
Карлов Н. В. Лекции по квантовой злектронике. Наука. 1983
Гудзенко Л. И. , Яковленко С. И. Плазменные лазеры. Атомиздат. 1982
Бутиков Е.И. Оптика. ВШ. 1986.
Ключарев А.Н., Мишаков В.Г. Ионизованный газ,как универсальная активная среда
оптических квантовых генераторов.
Программу составили доценты кафедры ОФ_1 В.Г. Мишаков и Т.Л.Ткаченко.
Зав. кафедрой ОФ-1, д.ф.м.н
И.Ч. Машек