Bővített plazma csatornák levegőben UV lézer és ezek alkalmazása a menedzsment
Bővített plazma csatornák levegőben CREATED UV lézerek és alkalmazások kezelése elektromos kisülés
* Fizikai Intézet. PN Lebedev, Orosz Tudományos Akadémia, Moszkva, Oroszország ** National Research Nukleáris Egyetem „MEPhI”, Moszkva, Oroszország
1011-1,5 x 3 x 1013 és a 3 x 106-3 x 1011 W / cm2, illetve küszöb alatt optikai bontása a gáz, valamint az alapvető relaxációs folyamatokat egy plazma, amelynek sűrűsége 109-1017 cm-3. Az eredmények azt mutatják, hogy a létrehozása plazma csatornák levegőben ígéretes használata amplitúdó-modulált UV-impulzusok álló vonat pikoszekundumos impulzusok hatékonyan termelnek elsődleges fotoelektronok, UV és hosszú impulzus, és az offset mellékletet az elektronok a koncentráció a szabad elektronok a plazmában. Különböző módok realizált termelés és erősítést subpicosecond impulzussorozat subterawatt erő és az amplitúdó modulált tudno UV impulzus energiájának több tíz joule per hibrid Tksapfir-KrF lézerrendszer Szigony-MTV. Mi kísérletileg és elméletileg filamentációt UV lézersugárral ilyen erő szaporítóanyag levegőben távokon akár 100 m, és a paramétereket a megfelelő plazma csatornákat. A lasing kezdeményezése és ellenőrzése nagyfeszültségű elektromos kisülési útja révén UV-cos lendületet amplitúdó modulációs és a tér-idő struktúrája a bontást a légrések legfeljebb 80 cm.
Az a lehetőség, lézersugárzásnál kiterjesztett (akár több száz méter hosszúságú) vezető plazma csatornát levegő vonzza a figyelmet a kutatók a 70-es években a múlt század miatt fontos a gyakorlati alkalmazás lehetőségeinek. Az ilyen csatornák használhatók távfelügyeleti légszennyezés, például úgy, hogy a nitrogén lézer működő amplifikációs módban sugárzás egy menetben mentén plazma csatorna [1]; vezeték nélküli továbbítására elektromos áram [2, 3]; a virtuális plazma hullámvezetők elektromágneses sugárzás RF és mikrohullámú tartományban, annak érdekében, hogy csökkentsék a természetes divergencia [4-8]; az aktív rendszer-mol niezaschity beleértve a lézer iniciációs és vezérlési út cipzárral (lásd. HA
egy példa a [9-12] és az abban található hivatkozások). Az utóbbi probléma igényli az előzetes vizsgálat lézerrel kiváltott magas en kisülések ionizálja a gáz relaxációs mechanizmusok és a plazma-csatornát, amely tárgya a jelen munka.
Kezdetben, a kiterjesztett vezérlő nagyfeszültségű elektromos kisülések a légkörben használt úgynevezett lézeres szikra - sűrű meghosszabbítható plazma nagy elektron Te és a Ti-ion hőmérsékleten. A meglévő idején nagy teljesítményű lézerek, hosszú hullámhosszú, például egy CO2-lézerek pa (hullámhossz X = 10,6 mm), a küszöböt az optikai
bontása levegő alacsony (<109 Вт/см2), и в процессе лавинной ионизации в сфокусированном пучке создается относительно долгоживущая плазма с
elektronsűrűség NE
1019 cm-3, közel
a termodinamikai egyensúly az elektronok hőmérséklete megközelítőleg megegyezik a hőmérséklet Te ionok
1 eV [13], relaxációs ideje plazmában jelentősen meghaladja a időtartamát a lézer impulzus. Azonban sztochasztikus-Ness optikai bontás jelenléte miatt az aeroszol részecskék, véletlenszerű ingadozásokat az intenzitás eloszlás és szűrés a plazma sugárzás vezet diszkrét (beadlike) szerkezete egy hosszú lézer szikra, amely nem teszi lehetővé, hogy teljes mértékben kihasználni a magas elektromos vezetőképesség egy ilyen plazma kisülési iniciációs [3] . Feszültség bontás elektromos hosszú ideig jelenlétében sűrű egyensúlyi plazma csökken tízszeres, de az energiafelhasználás annak létrehozását nyilvánvalóan nagy, mert tartalmazza az energiaadó mellett megy az ionizációs gáz
PE11 (ahol I] - ionizációs potenciál), fűtési ionok és elektronok a egyensúlyi hőmérséklet. A mért érték
200 Joule méterenként hossza a plazma csatorna [14]. csatorna hossza
20 m, amely a becslések szerint [12] kezdeményezheti villámlás szükséges energia impulzus C02 lézert
790 nm-nél (lásd. Például [16, 17]). PSM nagy spektrális szélesség: Tksapirovogo lézeres alapvető hullámhossz AX
30 nm-es, a harmadik harmonikus AX
2.5 nm. A terjedés a légkörben spektrálisan korlátozott USP (amelynek rendkívül rövid időtartamú egy adott spektrális szélesség) kiszélesednek az idő miatt a diszperzió a törésmutató a levegő. Ahhoz, hogy kompenzálják ezt a hatást a tartományban PSM negatív bevezetett chirpirova beállított frekvenciájú sugárzás - csökkenti a frekvenciát az elejétől a végéig az impulzus, ami szintén vezet egy ideiglenes kezdeti impulzus szélesedés. Az ilyen negatív csiripelte impulzusok vannak tömörítve, ahogy azok terjednek a légkörben. Ez a hatás az „idő fókuszálást” USP lehet használni, hogy növelje a csúcs intenzitást egy előre meghatározott távolság a sugárforrás és a szokásos térbeli fókuszáló a lézersugár [10].
Egy másik, nem-lineáris hatást szaporítása során az ultrarövid impulzus nyaláb áll az a tény, hogy mivel a Kerr nemlinearitás, hasad fel több egyedi sörtecsomók a rostos-Fila-Ments a jellemző átmérőjű
UV lézersugár számos előnye van létrehozásához homogén kiterjesztett ionizált csatornát a levegőben, mint infravörös sugárzást. KGB erős lézer, melynek hullámhossza 248 nm rendelkezik az egyik legígéretesebb források a sugárzás ebben a tartományban. A hatásos keresztmetszete multifoton ionizációs O2 molekulák UV lézer KGB jelentősen meghaladja a keresztmetszet az infravörös sugárzás szempontjából [26]. Reserve (diffrakciós) sugárdivergencia KGB lézeres 40-szer kisebb, mint a C02 lézer, amelynek azonos kezdeti mennyiségű gerendák, hogy ezzel egy előre megadott intenzitással a távoli mezőben esetében az UV-sugárzás szükséges 1600-szer kevesebb energiát. Optikai bontása a levegő miatt lavina ionizációs folyamatok ultraibolya lézerfény alakul sokkal nagyobb intenzitással
[27]. De még abban az esetben ezt a részletezést a sűrűsége elektronok egyszeresen ionizált plazma
NE = 2,7 x 10 cm-es-3 majdnem három nagyságrenddel kisebb, mint a kritikus elektronsűrűség (1,6 x 1022 cm-3 sugárzást X = 248 nm). Következésképpen, a levegő plazma lesz az UV-sugárzás, és ez lehet a közúton szállított terjeszteni annak mentén létre egységes levegő ionizációs. UV sugárzási intenzitás elég magas a levegő is fogékony filamentációt, eddig vizsgálták részletesen, de mind arra az esetre, IR-sugárzás-CIÓ.
Amikor az elektron levegő koncentráció
1015 cm-3 (végre egy izzószál) dominál elektron-ion rekombináció [8], ami maradandó elektronok és korlátozza a élettartama ezeket néhány ns [18-20]. Ilyen körülmények között létrehozott USP elektronikus vezetőképesség megmarad egy viszonylag rövid hosszúságú izzószál 1e = ste
1 m, és ezen a területen mozog sebességgel fény után a lézer impulzus. ionizációs idő növelhető, például azért, hogy egy vonat ultrarövid impulzusok, amelyek mindegyike pulzál a fotoelektron felhalmozódó új része [28, 29], a PSM ismétlési intervallummal a vonaton kell lennie a sorrendben a élettartama szabad elektronok. Egy későbbi
További olvasnivalót meg kell vásárolnia a teljes cikket szöveget. Cikkek állnak PDF formátumban a megadott e-mail a pénztárnál. Szállítási idő kevesebb, mint 10 perc alatt. A költségek egy cikket - 150 rubel.