CANALE DE PLASMA EXTINSITE ÎN AERUL CREAT DE LASERUL UV ȘI CEREREA LOR PENTRU CONTROLAREA DISPOZITIVELOR ELECTRICE
Institutul Fizic. PN Lebedev RAS, Moscova, Rusia ** Universitatea Națională de Cercetare Nucleară "MEPhI", Moscova, Rusia
1011-1.5 x 3 x 1013 și 3 x 106-3 x 1011 W / cm2, respectiv, sub pragul de defalcare optică a gazului, precum și procesele de relaxare de bază într-o plasmă cu o densitate de 109-1017 cm-3. Se arată că crearea canalelor de plasmă în aer utilizarea promițătoare de UV impulsuri modulate amplitudine, constând dintr-un tren de impulsuri picosecunde efectiv produc fotoelectronilor primare, UV și impulsuri lungi și atașamentul offset de electroni pentru a menține concentrația de electroni liberi în plasmă. Diferite moduri de realizat puterea de generare și amplificare subpicosecond trenuri de impulsuri subterawatt și modulate de amplitudine tudno UV cu energie de câteva zeci de jouli per hibrid Tksapfir-KrF sistem laser harpon-MTV. Am studiat experimental si teoretic filamentarea UV cu laser fascicul de astfel de inmultire putere în aer pe distanțe de până la 100 m, iar parametrii canalelor plasmatice corespunzătoare. Inițierea lasing și controlul traseu de descărcare electrică de înaltă tensiune prin impuls UV-cos cu modulație în amplitudine și structura spațiu-timp al dereglării golurilor de aer de până la 80 cm.
Posibilitatea de a obține lungimi (până la sute de metri în lungime) canalelor conductoare de plasmă în aerul atmosferic atrage atenția cercetătorilor din anii 1970, ceea ce se explică prin importanța potențialelor aplicații practice. Astfel de canale pot fi utilizate pentru monitorizarea de la distanță a poluării atmosferice, de exemplu printr-un laser cu azot care funcționează în regimul de amplificare a radiației într-o singură trecere de-a lungul canalului plasmatic [1]; pentru transmiterea fără fir a curentului electric [2, 3]; pentru crearea unor ghiduri de undă cu plasmă virtuală ale radiațiilor electromagnetice ale interfețelor HF și microunde pentru a reduce divergența lor naturală [4-8]; pentru un sistem activ de protecție împotriva trăsnetelor, care include inițierea cu laser și controlul traiectoriei fulgerului (vezi on-
exemplu, lucrări [9-12] și referințele din acestea). Această din urmă problemă presupune un studiu preliminar al descărcărilor induse de laser de înaltă tensiune, mecanisme de ionizare a gazului și relaxarea canalului de plasmă, care face obiectul prezentei lucrări.
Inițial, o așa-zisă scânteie laser, o plasmă densă extinsă cu temperaturi ridicate ale electronilor Te și ioni Ti, a fost utilizată pentru a controla descărcările electrice extinse de înaltă tensiune din atmosferă. Pentru laserele cu putere mare disponibile, cum ar fi laserul cu CO2 (lungime de undă X = 10,6 μm), pragul optic
defalcarea aerului nu este mare (<109 Вт/см2), и в процессе лавинной ионизации в сфокусированном пучке создается относительно долгоживущая плазма с
densitatea electronului ne
1019 cm-3, aproape
la o stare de echilibru termodinamic cu o temperatură a electronului aproximativ egală cu temperatura ionilor Te
1 eV [13], timpul de relaxare în plasmă depășește în mod repetat durata pulsului laser. Cu toate acestea stocastic-Ness defalcare optică datorită prezenței particulelor de aerosoli, fluctuații aleatorii în distribuția intensității și ecranarea radiației plasmei conduce la discrete structura (beadlike) unei lungi scântei cu laser, care nu permite să utilizeze pe deplin conductivitatea electrică ridicată a unui astfel de plasmă pentru inițierea descărcării [3] . perioade lungi de tensiune defalcare electrice în prezența plasmei echilibru dens este redus de zece ori, deși consumul de energie pentru crearea sa, evident, mare, din moment ce includ pe langa energia merge în gazul de ionizare
ne [unde I] este potențialul de ionizare), încălzirea ionilor și a electronilor la temperatura de echilibru. Valoarea măsurată experimental este
200 J pe metru de lungime a canalului plasmatic [14]. Pentru o lungime a canalului
20 m, care, conform estimărilor din [12] poate iniția o descărcare de trăsnet, necesită un laser pulsator C02 cu energie
790 nm (vezi, de exemplu, [16, 17]). Impulsurile ultrascurte au o lățime spectrală mare: pentru un laser Tksapir la lungimea de undă fundamentală AX
30 nm, pentru a treia armonică AX
2,5 nm. Atunci când se propagă în atmosferă, impulsurile ultrascurte limitate spectral (având o durată extrem de scurtă pentru o anumită lățime spectrală) sunt lărgite în timp datorită dispersiei indicelui de refracție a aerului. Pentru a compensa acest efect, un spectru negativ al frecvenței radiațiilor este introdus în spectrul UCI - o scădere a frecvenței de la începutul până la sfârșitul impulsului, ceea ce duce, de asemenea, la o extindere temporară a impulsului inițial. Astfel de impulsuri chirp negativ sunt comprimate în timp ce se propagă în atmosferă. Acest efect al "focalizării timpului" al impulsurilor ultrascurte poate fi folosit pentru a crește intensitatea vârfului la o anumită distanță de sursa de radiație, împreună cu focalizarea spațială obișnuită a fasciculului laser [10].
Un alt efect neliniar în propagarea fasciculului ultrascurt este că, datorită neliniarității Kerr, acesta se descompune într-un număr de mănunchiuri filamentare separate cu un diametru caracteristic
Radiația cu laser UV are o serie de avantaje pentru a crea canale uniforme lungi ionizate în aer în comparație cu radiația IR. Un laser KGB puternic, cu o lungime de undă de 248 nm, oferă una dintre cele mai promițătoare surse de radiații în acest domeniu. Secțiunea transversală eficientă pentru ionizarea cu multiphoton a moleculelor de O2 prin radiații UV de la un laser KgB depășește cu mult secțiunea transversală a radiației IR [26]. Rezerva (difracția) fascicul de divergență KGB cu laser de 40 de ori mai mici decât pentru laser C02, care pentru sume inițiale identice grinzi pentru a atinge o intensitate predeterminată în câmpul de departe în cazul radiațiilor UV necesare la 1600 de ori mai puțină energie. Defalcarea optică a aerului, datorată proceselor de ionizare avalanșe, pentru radiațiile laser UV se dezvoltă la intensități mult mai mari
[27]. Dar chiar și în cazul unei astfel de defecțiuni, densitatea electronului într-o singură plasmă ionizată
ne = 2,7 × 10 cm-3 este de aproape trei ordine de mărime mai mică decât densitatea electronică critică (1,6 x 1022 cm-3 pentru radiația cu X = 248 nm). În consecință, plasma aerului va fi transparentă pentru radiațiile UV și poate fi transportată de-a lungul unei căi extinse, creând o ionizare uniformă a aerului de-a lungul acesteia. Un fascicul UV cu intensitate suficient de mare în aer este, de asemenea, supus filamentării, care nu a fost studiat în detaliu în detaliu, ca în cazul radiației IR.
La concentrarea de electroni în aer
1015 cm-3 (efectuate într-un filament) predomină recombinarea electron-ion [8], ceea ce duce la pierderea permanentă a electronilor și limitează durata de viață a acestora acele câteva nanosecunde [18-20]. În aceste condiții, conductivitatea electronică produsă de impulsul ultrascurt este reținută la o lungime relativ mică a filamentului 1e = ste
1 m, iar această regiune se mișcă la viteza luminii, urmând pulsul laser. timpul de ionizare poate fi crescută, de exemplu, din cauza unui tren de impulsuri ultrascurte, fiecare dintre care Impulsurile fotoelectron acumulează nouă porțiune [28, 29], intervalul de repetiție PSM în tren trebuie să fie de ordinul duratei de viață a electronilor liberi. La o dată ulterioară
Pentru citirea ulterioară a articolului, trebuie să achiziționați textul integral. Articolele sunt trimise în format PDF la poșta specificată la plată. Timpul de livrare este mai mic de 10 minute. Costul unui articol este de 150 de ruble.
Alte lucrări științifice pe tema "Fizică"
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: