Cтраница 1
Оптический пробой, возникающий в прозрачных средах - в газах, плазме, жидкостях, кристаллах и стеклах, представляет собой качественно единое явление, в основе которого лежит процесс превращения прозрачной среды в сильно поглощающую среду под действием мощного лазерного излучения. Явление оптического пробоя в газообразных, жидких и твердых прозрачных средах обсуждается в этой, а также в двух последующих лекциях. Однако прежде чем обратиться к явлению пробоя, кратко рассмотрим общие закономерности процесса поглощения лазерного излучения в веществе. [1]
Оптический пробой прозрачных сред также резко изменяет поглощение излучения. Отличие от рассмотренного выше процесса возбуждения гармоник состоит в том, что изменение поглощения обусловлено изменением самой среды. В исходно нейтральной среде под действием лазерного излучения образуется плотная плазма, сильно поглощающая излучение, падающее на среду. Плазма образуется в результате ионизации исходно нейтральной среды. Из общей теории взаимодействия электромагнитного излучения с плазмой [4] известно, что поглощение излучения в плазме зависит от соотношения частоты излучения и и плазменной частоты ипл. При и иоп плазма прозрачна для излучения, прп и ( о л плазма непрозрачна, излучение отражается от плазмы. Соответственно поглощение излучения максимально при со Шпл. По мере увеличения степени ионизации среды под действием лазерного излучения с частотой и увеличивается пе и соответственно увеличивается илл - При достижении критической плотности п, достигается равенство о 1л ss и, плазма становится непрозрачной для излучения, излучение поглощается плазмой. [2]
После оптического пробоя наблюдается резкое падение коэффициента пропускания плазмы для всех давлений. Последующая эволюция существенно зависит от величины внешнего давления газа. Если давление газа не слишком велико, то происходит просветление плазмы. Если же давление газа значительное, то с течением времени просветления плазмы не наступает. В промежуточном случае могут существовать автоколебания. [3]
Явление оптического пробоя играет существенную роль при распространении мощного лазерного излучения через прозрачные - среды. Самофокусировка излучения ( лекция 14), увеличивающая его интенсивность, приводит к пробою п деструкции среды - это типичный механизм, ограничивающий распространение мощного лазерного излучения в стеклах и кристаллах ( лекции 18), в том числе и в активных элементах мощных лазеров. Резюмируя, следует признать, что явление оптического пробоя, как н явление самофокусировки, в основном является негативным явлением, ограничивающим возможности транспортировки лазерного излучения через прозрачные среды. Однако известны отдельные случаи, когда оптический пробой находит ноле. [4]
Возникновение явления оптического пробоя носит резко выраженный пороговый характер и поэтому весьма критично к характеристикам газовой среды и ее аэрозольного заполнения. Причем тугоплавкие частицы конденсированного вещества выполняют роль затравочных центров ионизации, обусловливая существенное ( на 1 - 2 порядка величины) понижение энергетических порогов оптического пробоя. [5]
Результаты расчетов оптического пробоя вблизи поверхности плоских макромишеней, полученные в последнее время [28], показали, что при давлениях порядка атмосферного и выше радиационный механизм практически не реализуется. [6]
От места оптического пробоя по газу распространяется сильная ударная волна. За фронтом ударной волны газ нагревается и ионизируется, приобретая вместе с тем способность поглощать лазерное излучение. Поглощение лазерного излучения происходит в тонком слое плазмы сразу за фронтом ударной волны. На рис. 2.1 представлен теневой снимок ударной волны, образовавшейся при разлете лазерной плазмы в режиме световой детонации. Хорошо видно, что фронт ударной волны в направлении лазерного излучения значительно опережает остальные участки сферической волны. [7]
В стадии формирования оптического пробоя плазма является существенно неравновесной и характеризуется более высоким уровнем средней кинетической энергии свободных электронов по сравнению с тяжелыми частицами газа. Причем в общем случае энергетический спектр электронов не является максвелловским, а распределение связанных электронов по энергетическим уровням больцмановским. [8]
Исследована зависимость порога оптического пробоя на фронте УВ от скорости УВ. [9]
Механизм столь значительного снижения порога оптического пробоя не представляется ясным. Совместное действие факторов повышенной плотности газа во фронте УВ, вычисляемой по известным формулам гидродинамики и температуры, приводящей к некоторой начальной ионизации, вычисляемой по формуле Саха-Ленгмюра, не является достаточным. [10]
Далее рассмотрим последовательную формулировку задачи первичного оптического пробоя [23] в паровых ореолах поглощающих излучение частиц. [11]
Рассмотрим вопрос о пропускании канала с очагами оптического пробоя. [12]
В главе 5 проведен последовательный анализ проблемы дистанционного оптического пробоя и создания с помощью лазеров областей искусственной ионизации воздушной среды. Наибольшее внимание уделено низкопороговому механизму пробоя на частицах твердофазного и водного аэрозолей в ИК-области спектра. Обобщены результаты лабораторных и натурных экспериментальных исследований характеристик протяженной лазерной искры и обусловленного очаговым пробоем эффекта блокированием излучения в канале пучка. Рассмотрены возможные физические механизмы образования в запыленной воздушной среде искусственных слабоионизованных образований и каналов электрической проводимости. [13]
Детально рассмотрены низкопороговые эффекты теплового самовоздействия и оптического пробоя лазерного излучения в газах и аэрозолях атмосферы. [14]
По всей видимости УВ, распространяющаяся из зоны оптического пробоя, обладает специфическими особенностями, связанными с ее происхождением. Она изначально имеет более высокий уровень ионизации, чем это может быть рассчитано из ее скорости по уравнениям гидродинамики и равновесным термодинамическим формулам. Этот уровень поддерживается за счет ограниченного свечения плазменного сгустка только из фронта УВ. Остальное излучение, видимо, замкнуто внутри сгустка и медленно диффундирует к периферии. Такое состояние плазменного образования существенно уменьшает необходимое для восстановления состояния оптического разряда число поколений электронов, а следовательно снижает порог оптического пробоя. [15]