Известно, что в лазерной технике существует два метода
получения инверсной населенности: быстрое расширение газа в сопле (колебательная температура газа больше температуры активных степеней свободы Т^> Т) и быстрый нагрев газа (например, в ударной волне), когда Т~> Т ^. Обращается внимание на то, что при сверх быстрого изменения температуры системы в силу различия времен релаксации для разных энергетических уровней в процессе установления термодинамического равновесия для некоторых пар энергетических уровней возникает состояние с отрицательной температурой. Возникает инверсия населённостей. Дальнейший самопроизвольный переход системы в нормальное состояние сопровождается излучением фотонов стохастически (не упорядочено).
Настоящим предлагается вариант конструктивного исполнения
второго метода получения инверсной населенности. Основу метода составляет распространение навстречу друг другу двух волн детонационного горения топливовоздушной смеси с “схлопыванием” в одном общем центре резонатора по форме эллипсоида вращения.

Введение.

Источники лазерного излучения неразрывно связаны с таким
базовым понятием, как инверсия электронных населённостей атомов.
Инверсия электронных населённостей, это базовое понятие для
описания работы лазеров. Можно сказать, упрощённо, что инверсия населённостей – искусственное добавление атомам энергии (накачка) или перевод атомов в возбуждённое состояние. Дальнейший самопроизвольный переход атомов в нормальное состояние сопровождается излучением фотонов стохастически (не упорядочено).
Для упорядочивания такого излучения в области, где существует
инверсионная населенность, устанавливаются зеркала резонатора, ось которых перпендикулярна потоку газа.
Использование сверхзвуковых течений газа для получения
инверсной населенности частиц было предложено ещё в 1963 году в работах Басова Н. Г. и Ораевского А. Н. “Получение отрицательных температур методом нагрева и охлаждения системы”.
Предлагалось два метода получения инверсной населенности:
быстрое расширение газа в сопле (колебательная температура газа больше температуры активных степеней свободы Т^> Т) и быстрый нагрев газа (например, в ударной волне), когда Т~> Т ^.

Первый метод получения инверсной населенности.

Первый метод реализован в существующих газодинамических
лазерах. Существующие газодинамические лазеры на колебательно вращательных переходах в молекулах газа осуществляют излучение в основном в ближней и средней инфракрасной области спектра. В них газовая смесь с давлением 15 атмосфер и температурой 1500 градусов расширяется через сопло. Истечение из сопла адиабатическое. На выходе температура газа резко падает. Таким образом после зоны
расширения за соплом будет достаточно широкая область с инверсией населённости.

Второй метод получения инверсной населенности.

Второй метод, как быстрый нагрев газа (например, в ударной
волне), когда Т~> Т ^ предлагается реализовать в заявленном лазере на встречных детонационных волнах.
Метод основан на встречном “сжатии” двух и более волн
детонационного горения газоовоздушной смеси в общем центре.
Встречное “сжатие” двух и более волн детонационного горения
газоовоздушной смеси в общем центре.
Из области взрывчатых веществ (ВВ), в том числе и из горного дела давно известно, что при встрече двух детонационных волн ВВ давление в центре сжатия мгновенно увеличивается более чем в 3 раза в направлении, перпендикулярном линии соединения источников детонационных волн (ВВ), а температура мгновенно увеличивается в разы.
Предполагалось, что такая энергетика должен присутствовать
при встречном “сжатии” двух волн детонационного горения
топливовоздушной смеси.
Для подтверждения идеи был создан стенд, состоящий из двух
источников детонационных волн трубчатой формы с сферическим
резонатором и непосредственной инжекцией воздуха газом (пропаном).
Внешний вид стенда для исследования схлопывания двух

Рис. № 2. Стенд исследования детонационного схлопывания двух волн.

Эксперимент подтвердил, что в  центре сжатия двух волн детонационного горения топливовоздушной смеси формируется  зона сверхвысоких температур и давлений.

Примеры встречного “сжатия” двух волн детонационного горения топливо-воздушной смеси показаны на следующем рисунке.

Рис. 3. Зоны сверхбыстрого нагрева и сверхвысокого давления.

Таким образом встречное “сжатие” в одном общем центре двух и более источников детонационных волн детонационного горения топливовоздушной смеси  подходит для метода получения инверсной населенности, как быстрый нагрев газа.

Возникает инверсия населённостей.  Дальнейший самопроизвольный переход системы в нормальное состояние сопровождается излучением фотонов стохастически (не упорядочено). Осталось упорядочить излучение с помощью специальных резонаторов.

Для этого предлагается использовать эллиптические резонаторы. Более подробная информация о эллиптических резонаторах заявлена в следующей публикации на сайте “Вихри хаоса” – эллиптические резонаторы.

ЛАЗЕР НА ВСТРЕЧНЫХ ДЕТОНАЦИОННЫХ ВОЛНАХ

Основа лазера – неустойчивый резонатор  в форме эллипсоид вращения или эллиптического патрубка. Рассмотрим  лазер с резонатором с форме эллипсоида вращения.

Внешний вид лазера представлен на следующем рисунке.

Рис. № 4. Лазер на встречных детонационных волнах.

Где:

1,2,3 – детонационные трубы.

4-выходное окошко излучения.

5-отдельные лучи отражения в эллипсоиде через два фокуса F1, F2.

F1, F2 – фокусы эллипсоида.

О- центр формирования инверсии населённостей уровней СО2.

Практические работы:

Практические работы:

Полноценный эллипсоид вращения изготовить не удалось.

Для проверки идеи использовался упрощённый резонатор в виде эллиптического патрубка. 

Резонаторы изготовлены из двух патрубков из нержавеющей стали диаметром 76 мм и 110 мм с отполированными до блеска внутренними стенками.

Из фанеры были вырезаны на ЧПУ фрезере эталонные эллипсы. Патрубки были сжаты до формы эллипсов и вставлены плотно в эталоны. С одной стороны, по линии фокусов просверлены отверстия диаметром 2 мм для выхода ИК когерентного излучения.

Внешний вид резонаторов представлен на следующем рисунке.

Рис. № 5. Резонаторы в виде эллиптического патрубка.

В резонаторе в виде эллиптического патрубка когерентное излучение формируется отражением через фокусы F1, F2 не по основной части эллипсоида вращения, а только по вертикальному сечению в весьма узком диапазоне выходного окошка. Это примерно 0,01% от общей площади, как если бы резонатор был в форме эллипсоида вращения. Для проверки идеи этого достаточно.

В эксперименте был использован ранее изготовленный стенд для исследования схлопывания двух детонационных волн навстречу друг другу, см. рис. № 2.

Внутри резонатора в виде эллиптического патрубка инициировалось сжатие  двух волн детонационного горения топливовоздушной смеси  от двух источников детонационного горения, см. рис. № 6. Диагностическим маркером наличия/отсутствия узко направленного энергетического потока выступал кусок пенопласта.

Рис. № 6. Стенд детонационного схлопывания (накачки) в резонаторе двух волн детонационного горения от двух источников.

Сверх быстрый нагрев газа происходит в импульсном режиме за
счёт встречного “схлопывания” в общем центре двух детонационных волн детонационного горения топливовоздушной смеси.
В качестве теста на излучение использовался кусок пенопласта.
Резонаторы оказались очень капризными в настройках. Это связано с “топорной” технологией изготовления “оптической” системы. Но даже такие тестовые резонаторы при определённых условиях обеспечили формирование в импульсном режиме когерентного ИК излучения вдоль оси фокусов F1,F2 c прожигом пенопластового образца.

РЕЗУЛЬТАТ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РАБОТ:

1. В эксперименте прожиг пенопластового образца происходил на расстоянии не более 0,3 метра в момент детонационного схлопывания с одновременным расширением размеров резонатора в весьма небольших пределах.
2. Визуализируется послесвечение в виде змейки в пространстве перед рядом из круглых выходных “окошек” резонатора, см. видео работы: https://www.youtube.com/watch?v=WUURtj5Yhkc
3. Наружное послесвечение в пространстве перед резонатором возникает после завершения процесса сжатия двух волн детонационного горения внутри резонатора.