Optisk urladdning

Optisk urladdning - en typ av högfrekvent urladdning i gaser, observerad för strålningsfrekvenser som ligger inom det optiska området . Typiskt initieras optiska urladdningar av kraftfull laserstrålning . Det finns två huvudtyper av optiska urladdningar: optisk nedbrytning (eller lasergnista) och kontinuerlig optisk urladdning.

Optisk nedbrytning

En optisk nedbrytning av en gas observeras när tillräckligt kraftfulla laserpulser fokuseras. Den karakteristiska intensiteten som krävs för att observera effekten i luft är cirka 10 11 W / cm 2 (motsvarande amplitud för det elektriska fältet är 6 × 10 6 V / cm). Sådana intensiteter erhölls först 1963 i samband med tillkomsten av den Q-switchade lasern .

Tröskelfält

I det allmänna fallet beror tröskelfältet vid vilket optisk nedbrytning observeras på många faktorer: typen av gas, dess tryck , frekvensen av det använda ljuset, storleken på brännpunkten, pulslängden och intensitetsfördelningen över tvärsnittet.

Vid inte särskilt höga tryck minskar tröskelintensiteten, men vid tryck i storleksordningen 100-1000 atm. (beroende på gasen) börjar stiga. Tröskeln för monoatomiska gaser är vanligtvis lägre än för molekylära gaser. Inom området för synliga och infraröda frekvenser minskar storleken på tröskelfältet med minskande frekvens. Tröskelfältet minskar också med en minskning av fokalområdets storlek, och även i obetydlig utsträckning med en ökning av pulslängden.

Nedbrytningsfysik

Grunden för optisk nedbrytning är effekten av utvecklingen av en elektronlavin , medan fröelektronerna uppstår som ett resultat av multifotonjonisering av gasmolekyler eller atomer . När laserstrålning interagerar med en atom absorberas flera fotoner (i storleksordningen 10–20) , åtföljd av utstötningen av en elektron. En elektron accelereras i fältet av en laservåg och, när den kolliderar med andra atomer, producerar deras jonisering , vilket ger upphov till en annan elektron. Redan då accelereras två elektroner av fältet och ger vid kollisioner med atomer upphov till ytterligare två elektroner. Således uppstår en lavinliknande ökning av antalet fria elektroner.

För att ett sammanbrott ska inträffa krävs att ett tillräckligt stort antal elektroner genereras under laserpulsens verkan. Vid låga tryck och höga frekvenser (så att , var är strålningsfrekvensen, är frekvensen av kollisioner av elektroner med neutrala atomer och molekyler), då bestäms lavintillväxthastigheten av värdet , där är amplituden för det elektriska fältet, är gastrycket. I det motsatta fallet, när , lavinens tillväxthastighet bestäms av värdet , det vill säga, det beror praktiskt taget inte på ljusets frekvens och minskar med ökande tryck. $\omega ^{2}\gg \nu _{m}^{2}$ $\omega$ $\nu_{m}$ $(E/\omega )^{2}s$ $E$ $sid$ $\omega ^{2}\ll \nu _{m}^{2}$ $E^{2}/s$

Kontinuerlig optisk urladdning

En kontinuerlig optisk urladdning är en stationär gasurladdning som stöds av laserstrålning i ett redan existerande relativt tätt plasma . Denna typ av utsläpp förutspåddes teoretiskt och erhölls experimentellt 1970.

En kontinuerlig optisk urladdning är ett av sätten att upprätthålla en plasma med en temperatur på cirka 10 000 K, men jämfört med andra metoder ( båge , induktion eller mikrovågsurladdning ) kräver den inga strukturella element (elektroder, etc.) för att leverera energi. Detta gör att du kan skapa urladdningar på avsevärt avstånd från källan, såväl som på svåråtkomliga platser.

Litteratur

Y.P. Reiser . Optiska urladdningar // Fysisk uppslagsverk : [i 5 volymer] / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1992. - T. 3: Magnetoplasmic - Poyntings teorem. - S. 448-451. — 672 sid. - 48 000 exemplar. — ISBN 5-85270-019-3 .