Импульсно-периодические и комбинированные режимы поддержания оптических разрядов


Просмотр статьи
PDF, 1,7 МБ

Periodic-Pulsed and Combined Modes of Sustaining Optical Discharges

Periodic-pulsed optical discharges (POD) sustained by near-IR laser radiation ( λ = 0.96 - 1.07μm) in high-pressure xenon have been obtained and studied. In the beginning of the laser pulse POD plasma has higher temperature and brightness than the continuous optical discharge (COD) plasma. At the end of a long enough pulse POD plasma reaches the conditions close to COD. By the termination of the laser pulse the charged particles recombine, but due to xenon atoms in excited states retained in the gas during ~200 μs plasma initiation in the next pulse is observed to occur without optical breakdown.
In the combined optical discharge mode focused beams of CW or periodic-pulsed lasers intersect in the region optimal for sustaining optical discharge. Such a scheme provides more stabilized plasma with absorption and brightness several times higher compared to thouse of a single beam of the adequate power. In this paper combined optical discharges sustained by two CW or periodic-pulsed diode lasers (λ = 0.97 - 0.98 μm) are studied.
The periodic-pulsed and combined optical discharge modes can find an application in high-brightness broadband radiation sources.

laser plasma, COD, POD, combined optical discharge, spectral brightness

Владимир Павлович Зимаков, Владимир Алексеевич Кузнецов, Игорь Георгиевич Рудой, Николай Германович Соловьев, Аркадий Матвеевич Сорока, Андрей Николаевич Шемякин, Андрей Олегович Шилов, Михаил Юрьевич Якимов

Том 16, выпуск 2, 2015 год



В ксеноне при высоком давлении получены и исследованы импульсно-периодические оптические разряды (ИПОР), поддерживаемые лазерным излучением λ = 0.96 - 1.07 мкм. В начале импульса по температуре и яркости плазма ИПОР превосходит плазму непрерывного оптического разряда (НОР). К концу достаточно длинного импульса плазма достигает состояния, близкого к НОР. По окончании импульса заряженные частицы рекомбинируют, но благодаря сохраняющимся на протяжении ~ 200 мкс возбужденным состояниям атома ксенона наблюдается инициирование плазмы в очередном импульсе без оптического пробоя.
При комбинированном режиме оптического разряда сфокусированные лучи непрерывных или импульсно-периодических лазеров пересекаются под углом в области, оптимальной для поддержания плазмы. Такая схема дает более устойчивую плазму с повышенным в несколько раз поглощением и яркостью по сравнению с одиночным лучом. В данной работе исследуются комбинированные оптические разряды, поддерживаемые излучением двух непрерывных или импульсно-периодических диодных лазеров с λ = 0.97 - 0.98 мкм. Импульсно-периодические и комбинированные режимы оптических разрядов могут найти применение в широкополосных источниках излучения высокой спектральной яркости.

НОР, ИПОР, комбинированный разряд, спектральная яркость

Владимир Павлович Зимаков, Владимир Алексеевич Кузнецов, Игорь Георгиевич Рудой, Николай Германович Соловьев, Аркадий Матвеевич Сорока, Андрей Николаевич Шемякин, Андрей Олегович Шилов, Михаил Юрьевич Якимов

Том 16, выпуск 2, 2015 год



1. Райзер Ю.П. Оптические разряды // УФН, 1980, Т.132, Вып.3, С.549-581.
2. Райзер Ю.П. О возможности создания светового плазмотрона и необходимой для этого мощности. // Письма в ЖЭТФ, 1970, Т. 11, В. 3, С. 195-199.
3. Генералов Н.А., Зимаков В.П., Козлов Г.И., Масюков В.А., Райзер Ю.П. Непрерывно горящий оптический разряд // Письма в ЖЭТФ, 1970, Т. 11, В. 9, С. 447-449.
4. Smith D.K. Laser driven light source // Patent US #7435982. 2008.
5. Horne S., Smith D., Besen M., Partlow M., Stolyarov D., Zhu H., Holber W. A novel high-brightness, broadband light-source technology from the VUV to the IR // Proc. SPIE, 2010. V. 7680, P. 76800L.
6. Zimakov V.P., Kuznetsov V.A., Solovyov N.G., Shemyakin A.N., Shilov A.O., Yakimov M.Yu. Bistable behavior of a continuous optical discharge as a laser beam propagation effect // Proc. SPIE. 2013. V. 8600. P. 860002.
7. Бункин Ф. В., Конов В. И., Прохоров А. М., Федоров В. Б. Лазерная искра в режиме «медленного горения» // Письма в ЖЭТФ, 1969, Т. 9, В. 11, С. 609-612.
8. Буфетов И.А., Прохоров А.М., Федоров В.Б., Фомин В.К. Медленное горение лазерной плазмы и оптические разряды // Труды ИОФАН. Т. 10. М.: Наука, 1988. С. 3-74.
9. Зимаков В.П., Кузнецов В.А., Соловьев Н.Г., Шемякин А.Н., Шилов А.О., Якимов М.Ю. Оптические разряды, поддерживаемые излучением лазеров ближнего ИК-диапазона // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2014. Т. 15, вып. 5. 14с. http://chemphys.edu.ru/issues/2014-15-5/articles/247/
10. Рудой И.Г., Соловьев Н.Г., Сорока А.М., Шилов А.О., Якимов М.Ю. Поддержание плазмы в ксеноне импульсно-периодическим лазерным излучением // Физика плазмы, 2015, Т. 41, №10, С. 929-932.
11. Рудой И.Г., Соловьев Н.Г., Сорока А.М., Якимов М.Ю. Способ генерации широкополосного оптического излучения с высокой яркостью // Заявка №2014133807/28, 2014. Патент на изобретение РФ №2571433, 2015.
12. Рудой И.Г., Соловьев Н.Г., Сорока А.М., Якимов М.Ю. Источник широкополосного оптического излучения с высокой яркостью // Заявка №2015109061/28, 2015. Патент на полезную модель РФ №157892, 2015.
13. IPG Photonics Corp.: QCW Single-mode Ytterbium Fiber Lasers // http://www.ipgphotonics.com/QCW_sm.htm
14. IPG Photonics Corp.: PLD-33 Series, PLD-60 Series: High Power Multi-mode Laser Diodes // http://www.ipgphotonics.com/products_pld33.htm http://www.ipgphotonics.com/products_pld60.htm