V. V. Apollonov, doctor în științe fizico-matematice. Profesorul.
Pe de altă parte, în ultimii 20 de ani, s-au efectuat cercetări în laboratoare din multe țări dezvoltate pentru a crea un sistem eficient de protecție împotriva trăsnetelor cu laser. Inima unui astfel de sistem laser este așa-numita scânteie lungă de laser care leagă un fulger de tunete cu o tijă metalică împământată - un fulger clasic. Lungimile maxime ale unei scântei electrice cu comandă laser
16 m au fost obtinute de noi in Japonia folosind lasere cu impuls CO2 cu energie
0,5 kJ și optică sferică (figura 1).
Mai târziu, am arătat că și caracteristicile mult mai perfecte în ceea ce privește conductivitatea canalului sunt demonstrate de o scânteie laser lungă obținută cu ajutorul opticelor conice. În această lucrare, în primul rând a propus ca o singură linie care leagă cele două circuite rezonante o scânteie laser lungi, creat de un sistem optic conice.
În prezent, între un număr foarte mare de tipuri diferite de lasere pentru descărcări electrice ghidate cu laser, doar două tipuri au găsit o aplicare largă: laserele cu impuls CO2 și laserele femtosecunde solide.
Principalul avantaj al laserelor femtosecunde este abilitatea de a crea o atmosferă în direcția de propagare a fasciculului laser a unuia sau mai multor canale paralele ionizate (așa-numitele filamente) cu un diametru tipic de 100 microni. Când densităților de electroni în evaluarea acestor filamente la 10 16 cm -3 și lungimea de undă a laserului, în intervalul de 0.5-1.0 microni plasma greu absoarbe radiația laser. În acest caz, lungimea canalului este determinată de intensitatea radiației laser și în cazul impulsului femtosecond energiei
100 mJ poate ajunge la 150-200 m. Posibilitatea unei creșteri semnificative a lungimii filamentului poate fi asociată numai cu utilizarea sistemelor unice de energie super-putere femtosecundă cu energie
1 J și mai mult. Astfel de sisteme există în prezent sub formă de standuri unice de laborator și nu pot fi folosite cu greu pentru aplicații comerciale și militare.
În cazul laserelor de CO2 în impulsuri și lungimea clasică sferică sau conică canal optica scânteii determinat de parametrii laserului caustic și partea în care intensitatea radiației depășește pragul pentru descompunerea optică a aerului. prag de intensitate Disponibilitatea asociată cu caracteristicile mecanismului de generare a plasmei, în care multiplicarea avalanșă de „background“ inițial de electroni în domeniul radiației laser. Diferența principală în geometria evenimentului scânteie și o optică sferică puls lung de caz cu un laser femtosecond este ca scanteia cu laser ocupă volum în caustice din planul focal în direcția laserului, deoarece Radiația laser nu poate trece prin plasma creată de ea. Pentru a forma cea mai lungă posibilă scânteie, este important să se utilizeze impulsuri de CO2 convențional cu laser, adică cu un vârf scurt (50-100 ns) și o coadă lungă (1 - 3 μs). În acest caz, coada lunga prevede reincalzirea se deplasează spre fasciculul laser și extinderea în caustic a plasmei cu laser, și, în consecință, crește lungimea scânteii cu laser. Lungimile cu scânteie laser de câteva sute de metri au fost obținute în URSS cu ajutorul unui laser CO2 cu energie de radiație
5 kJ și forma clasică a pulsului de radiație.
În cazul utilizării opticelor conice, devine posibilă formarea unor canale cu plasmă laser cu lungimi substanțial mai lungi. Conform estimărilor noastre lungimea acestor canale în cazul optice conice poate ajunge la câteva zeci de kilometri atunci când se utilizează un laser în impulsuri repetitively CO2 cu o putere medie de 0,1 - 1 MW. În acest caz, geometria scânteii este destul de diferit: cum se produce în mod constant „colaps“, a razei laser pe axa sa, „colaps“, lungimea câmpului este determinată numai de diametrul fasciculului spre oglinda conic și unghiul conului. În acest caz, în contrast cu sferică frontală cu plasmă optică se deplasează în direcția razei laser (adică, de la suprafața oglinzii de focalizare spre exterior), diferitele regiuni spațiale un laser cruce fascicul de formă secțiune diferite porțiuni ale canalului de plasmă. Prin urmare, este posibil să se formeze scânteie laser foarte lungă chiar și la lungimi relativ scurte ale pulsului laser. scânteii fotografică a arătat că este alcătuită dintr-o multitudine de elemente de aproape contigue în formă pălărie chineză și echidistant unul față de celălalt (fig. 2).
Astfel, atunci când se realizează experimente pe transmisie a puterii între cele două circuite rezonante dispuse la o distanță de 1-100 m, este interesant de a utiliza ambele tipuri de lasere și pentru a compara eficacitatea lor. În același timp, pentru a crea un sisteme comerciale de transfer de energie gama extrem de puternice de înaltă frecvență impulsuri periodice lasere CO2 par a fi mai promițătoare, deoarece acestea au mai mici în mod substanțial pragul de defalcare optică a aerului și este inginerie - punct de vedere tehnic mai avansat în ceea ce privește scalarea puterea de până la câteva sute de kilowați.
O caracteristică importantă a experimentelor noastre privind cuplarea a două circuite rezonante printr-un canal cu plasmă laser este celălalt rol al acestui canal. In experimente pe de înaltă tensiune canal de descărcare de conductivitate a jucat un rol crucial în cazul nostru un canal laser cu plasmă precum și firul subțire aparent joacă un rol de direcție indicator pentru mișcarea undelor electromagnetice de-a lungul unei singure linii de laser.
După cum sa menționat mai sus, geometria canalelor de plasmă pentru cele două tipuri de lasere sunt destul de diferite: un set de paralel subțire pentru fiecare alte filamente (laser femtosecunde) sau un singur canal cu ochiuri mai mult sau mai puțin uniform în plasmă (sau Fs lasere puternice de CO2). Cu toate acestea, acest factor, precum și conductivitatea canalului de plasmă, poate să nu aibă o importanță decisivă.
Astfel, în prezent nu se poate afirma că oricare dintre cele două tipuri de lasere are un avantaj decisiv pentru experimentele planificate la lungimi mici (câțiva metri) ale canalului cu plasmă laser. Cu toate acestea, planificăm să începem lucrul cu utilizarea unui laser cu pulsuri de CO2 bine dezvoltate, disponibil și ulterior să folosim și un laser cu femtosecundă serială cu energie
10 mJ și comparați eficiența a două lasere în rezolvarea problemei.
Pentru a forma o scânteie cu laser lung cu ajutorul opticelor conice, se propune mai întâi utilizarea a două variante ale formei temporale a radiației laser:
1) pulsul generării libere a unui laser cu CO2 multi-atmosferic cu o durată
50 ns, care nu are o coadă tradițională cu o durată de câteva microsecunde,
2) un tren de impulsuri laser ultrascurte (10-100 ps) cu următorul interval
10 ns și cu un plic având forma unui impuls liber.
În primul caz, puterea de vârf a impulsului cu energie
20 J corespunde puterii tradiționale de vârf puls (coadă lungă) cu energie de 200 - de 300 J, în al doilea caz, datorită mare ciclu de funcționare puls tren, adică. raportul perioadei de repetare cu durata, crește și mai mult, de până la 103 de ori. Folosirea puterii de vârf de mare va reduce în mod semnificativ energia pragurilor de degradare în aer și se așteaptă să primească lungimile scânteia cu laser cu 3 - 5 m la un nivel relativ scăzut (CO2 - laser) radiații de energie 10-20 J.
Experimentele efectuate de noi anterior GPI cu forma tradițională de radiație laser CO2, și o mică (până la 600 V) potențialul aplicat la „capetele“ ale scanteia cu laser a aratat ca strălucire plasma laser este menținută timp de 5 - 10 microsecunde, în timp ce conductivitatea canalului laser-plasma există mult mai mult - în intervalul 50 -100 μs. In timpul experimentelor propuse pentru a determina dinamica temporală a plasmei cu laser, în prezența atât o tensiune ridicată la circuitul de rezonanță de transmisie, și fără ea. Rezultatele acestor măsurători permit să se tragă concluzii cu privire la efectul procesului de transfer de energie electrică pentru a menține conducta de canal laser-plasma. Ar trebui, de asemenea, pentru a investiga efectul de a întârzia formarea unei plasme laser, în raport cu o anumită fază a unei tensiuni înalte la circuitul de emisie, să zicem, un potențial maxim pozitiv în raport cu pământ, eficiența transferului de energie.
Rezultatele acestor experimente vor ajuta pentru a trage concluzii cu privire la frecvența optimă de repetiție a impulsurilor în planificate în experimentele viitoare folosind laserul CO2, cu o putere medie de 100 kW și o viteză de repetiție a impulsului de 10-50 kHz. coincide cu frecvența de circuite rezonante, conform estimărilor noastre, va crește lungimea canalului laser-plasma redare la mai mulți kilometri, și, de asemenea, pentru a investiga posibilitatea de a energiei de pompare parametrice datorită sursei laser.
Astfel, această publicație este realizată pentru a găsi un mijloc de cercetare și dezvoltare bine instruit - lucrări de proiectare „transfer de energie prin intermediul laserului - canal de plasmă utilizând metoda de rezonanță N. Tesla“.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: