Optisk udladning

Optisk udladning - en type højfrekvent udladning i gasser, observeret for strålingsfrekvenser, der ligger i det optiske område . Typisk initieres optiske udladninger af kraftig laserstråling . Der er to hovedtyper af optiske udladninger: optisk nedbrydning (eller lasergnist) og kontinuerlig optisk udladning.

Optisk nedbrydning

En optisk nedbrydning af en gas observeres, når tilstrækkeligt kraftige laserimpulser fokuseres. Den karakteristiske intensitet , der kræves for at observere effekten i luft , er omkring 10 11 W / cm 2 (den tilsvarende amplitude af det elektriske felt er 6 × 10 6 V / cm). Sådanne intensiteter blev først opnået i 1963 i forbindelse med fremkomsten af den Q-switchede laser .

Tærskelfelt

I det generelle tilfælde afhænger tærskelfeltet, ved hvilket optisk nedbrud observeres, af mange faktorer: typen af gas, dens tryk , frekvensen af det anvendte lys, størrelsen af brændpunktet, pulsvarigheden og intensitetsfordelingen over tværsnittet.

Ved ikke særligt høje tryk falder tærskelintensiteten, men ved tryk i størrelsesordenen 100-1000 atm. (afhængigt af gassen) begynder at stige. Tærsklen for monoatomiske gasser er normalt lavere end for molekylære gasser. I området af synlige og infrarøde frekvenser falder størrelsen af tærskelfeltet med faldende frekvens. Tærskelfeltet falder også med et fald i størrelsen af fokalområdet, og også i et ubetydeligt omfang med en stigning i pulsvarigheden.

Nedbrydningsfysik

Grundlaget for optisk nedbrydning er effekten af udviklingen af en elektronlavine , mens frøelektronerne opstår som følge af multifotonionisering af gasmolekyler eller atomer . Når laserstråling interagerer med et atom, absorberes flere fotoner (i størrelsesordenen 10-20) ledsaget af udstødning af en elektron. En elektron accelereres i feltet af en laserbølge og, når den kolliderer med andre atomer, producerer den deres ionisering , og føder en anden elektron. Allerede da accelereres to elektroner af feltet og giver ved kollisioner med atomer anledning til yderligere to elektroner. Der sker således en lavinelignende stigning i antallet af frie elektroner.

For at et sammenbrud kan ske, er det nødvendigt, at der genereres et tilstrækkeligt stort antal elektroner under laserimpulsens påvirkning. Ved lave tryk og høje frekvenser (så hvor er strålingsfrekvensen, er frekvensen af kollisioner af elektroner med neutrale atomer og molekyler), så bestemmes lavinevæksthastigheden af værdien , hvor er amplituden af det elektriske felt, er gastrykket. I det modsatte tilfælde, når , lavinens væksthastighed bestemmes af værdien , det vil sige, at den praktisk talt ikke afhænger af lysets frekvens og falder med stigende tryk. $\omega ^{2}\gg \nu _{m}^{2}$ $\omega$ $\nu_{m}$ $(E/\omega )^{2}s$ $E$ $s$ $\omega ^{2}\ll \nu _{m}^{2}$ $E^{2}/s$

Kontinuerlig optisk udladning

En kontinuerlig optisk udladning er en stationær gasudladning understøttet af laserstråling i et allerede eksisterende relativt tæt plasma . Denne type udledning blev teoretisk forudsagt og opnået eksperimentelt i 1970.

En kontinuerlig optisk udladning er en af måderne til at opretholde et plasma med en temperatur på omkring 10.000 K, men sammenlignet med andre metoder ( bue , induktion eller mikrobølgeudladning ) kræver det ingen strukturelle elementer (elektroder osv.) levere energi. Dette giver dig mulighed for at skabe udledninger i betydelig afstand fra kilden, såvel som på svært tilgængelige steder.

Litteratur

Y. P. Reiser . Optiske udladninger // Fysisk encyklopædi : [i 5 bind] / Kap. udg. A. M. Prokhorov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1992. - T. 3: Magnetoplasmic - Poyntings teorem. - S. 448-451. — 672 s. - 48.000 eksemplarer. — ISBN 5-85270-019-3 .