Устройство для получения лазерной искры

Изобретение относится к плазменной технике, а именно к устройст. ву для получения протяженной лазерной искры со сплошным каналом, и может быть использовано для создания мощных линейных источников света и цилиндрических ударных волн, коммутации высоковольтных разрядных промежутков и др.Известно устройство для получения О лазерной искры, содержащее импульсный лазер и фокусирующую линзу 11 .Оно позволяет получать лазерные искры длиной до 60 м в атмосфере.Недостатком укаэанного устройст ва явлЯется дискретная пространственная структура получаемых искр,Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для получения лазерной 20 искры, содержащее импульсный лазер и фокусирующую систему 21 .В известном устройстве фокусирующая система выполнена в виде аксикона. 25Известное устройство позволяет получать лазерную искру со сплошным каналом в плотных газах вследствие подвода излучения к области оптического пробоя сбоку. 30Недостатком указанного устройства является неоднородность пространственно-временных характеристик лазерного излучения вдоль оси искры, и, как следствие, неоднородность са. З 5 мой искры. При фокусировке излучения в известном устройстве аксикономс прямолинейной образующей, преломляющей поверхности излучение лазера,распределяется вдоль оси искры неравномерно, поскольку интенсивностьосвещения пропорциональна произведению падающей на кольцо соответствующего радиуса лазерной энергии наплощадь этого кольца. Вследствие фбэтого дальний от аксикона конец искры слабо освещен из-за спаданияплотности, падающей на периферийные области аксикона лазерной энергии (распределение энергии в поперечном сечении пучка гауссовское), аближний к аксикону участок искры слабо освещен из-за малости площади соответствующих центральных колец. .В центральной части имеется макси мум освещенности, ему соответствуют более высокие параметры плазмы искры. Кроме того, центральные лучи по- падают в область пробоя раньше, чем периферийные, поэтому пробой происходит не одновременно, Этот недостаток особенно ощутим при получении искр значительных размеров (десятки и сотни метров), когда дальние от фокусирующего аксикона участки пробиваются уже после расплывания ближних областей, и поэтому, например, цилиндрическую ударную волну и коммутацию с крутым фронтом получить невозможно.Целью изобретения является увеличение однородности и регулирование пространственно-временных характеристик искры.Поставленная цель достигается эа счет того, что в известном устройстве для получения лазерной искры, содержащем импульсный лазер и фокусирующую систему, на выходе лазера дополнительно установлен корректор временного распределения лазерного излучения по оси фокусировки, выполненный в виде двух пар сплошных и расположенных между ними, по край ней мере одного кольцевого отражающего элемента, расположенного под углом 45 к оси устройства и зеркально симметричного относительно плоскости, перпендикулярной к оси устройства, при этом два сплошных элемента пересекают ось устройства, а фокусирующая система выполнена с коррекцией пространственного распределения излучения на оси фокусировки в виде собирающего аксикона с криволинейной образующей преломля. ющей поверхности, причем форма образующей связана с распределением плотности энергии лазерного излучения на выходе из лазера в поперечном сечении пучка-следующим соотношением:ае.р 1ьд 1(т 1где 3 - угол между касательной кобразующей и плоской поверхностью аксикона;- расстояние от точки касания до оси аксикона;1 г) - распределение плотностиэнергии лазерного излучения в поперечном сечениипучка.1082292 3 Ю 11 40 Такое выполнение устройства позволяет осуществить однородное пространственное распределение энергии лазерного излучения по оси фокусировки вследствие того, что форма аксикона выбирается из указанного условия равномерного освещения вдоль оси при данном поперечном профиле лазерного пучка. Одновременность облучения по всей длине искры обеспечи вается дифференцированной по поперечному сечению пучка задержкой лучей с помощью корректора временного распределения излучения. Изменение взаимного расположения отража ющих поверхностей в корректоре временного распределения излучения позволяет осуществить регулирование моментов пробоя на различных участках искрбвого канала. 20На фиг. 1 дана оптическая схема предложенного устройства; на фиг.2 - показан ход лучей через аксикон с криволинейной образующей.Устройство содержит (фиг. 1) им 25 пульсный лазер 1, фокусирующую систему 2, корректор 3 временного распределения лазерного излучения вдоль оси фокусировки, включающий два сплошных 4, и ряд кольцевых отражающих элементов 5,6 и пару сплошных элементов 7, последовательно расположеноные под углом 45 к оси устройства и зеркально симметрично друг другу относительно плоскости, перпендику лярной к оси устройства. Отражающие элементы 4 расположены на оси устройства. Они выполнены в виде эллипсов, с оотношением осей 1: Г 2 причем малая ось несколько меньше выходной апертуры импульсного лазера 1. Отражающие пары элементов 5 и 6 выполнены в виде колец эллиптической формы с соотношением осей 1:"2 причем большие оси внешнего и внут реннего эллипсов элемента 5 равны соответственно большой оси элемента 4 и большой оси внешнего эллипса элемента 6, Отражающий элемент 7 и зеркально симметричный ему выполнены в 50 виде эллипсов с таким же соотноше. нием осей, как у элементов 4,5,6, их. большая ось равна большой оси внутреннего эллипса кольцевого отражаю щего элемента 6. Фокусирующая сис тема 2 выполнена с коррекцией пространственного распределения излучения вдоль оси фокусировки в виде собирающего аксикона с криволинейной образующей преломляющей поверхности, Форма образующей связана сраспределением плотности энергиилазерного излучения в поперечном сечении пучка 1 (г) следующим соотношением: где- угол между касательной к образующей преломляющей поверхности и плоской поверхностью аксикона,2 - расстояние от оси аксикона.Лазерная искра, получаемая в результате работы устройства, условнообозначена на фиг. 1 позицией 8.Устройство работает следующимобразом.Лазерный пучок из лазера 1 поступает через корректор 3 временногораспределения на фокусирующую систему 2 с корреляцией пространственного распределения, причем централь-ная область пучка задерживается наиболее сильно, а периферийная кольцевая зона проходит прямо на фокусирующий аксикон. Временное распределение лазерного излучения по осифокусировки устанавливается расположением отражающих элементов 5-7 вкорректоре временного распределения,Можно осуществить как одновременный пробой на всей длине Фокальногоотрезка, так и волны пробоя,распространяющиеся от аксикона и к аксикону,а также другие последовательностипробоя различных участков искры.Однородность освещения фокального отрезка обеспечивается аксиконом с криволинейной образующей.Принцип выбора Формы образующей поясняется фиг. 2. Рассмотрим дваблизких световых луча, попадающие ваксикон на расстоянии е и г - 3 г отоси; они пересекают ось фокусировкипод углами Кй 0 + Зри соответственно. На участок а фокального отрезка приходится световая энергия, собираемая с кольца радиуса е и толщиной 0 е на плоской поверхности аксикона, Если плотность энергии в лазерном луче обозначить через 1 (Г),то плотность световой энергии Я научастке Ь),С 2)42. ЬИз геометрических соображений(в силу малости углов их синусы итангенсы заменены на сами углы).(3)3 ген)ДЯМЕЖ 3(п)где П - коэффициент преломленияматериала аксикона, а- угол между касательной кобразующей преломляющей поверхностиаксикона и его плоской поверхностью,Из (1)-(3) получаеми.ж.-ч,. а(е р.1 131 ф 1 р )Последнее соотношейие справедливо, если коэффициент преломления материала аксикона не зависит от расстояния от оси. С помощью материалас переменным коэффициентом преломления можно создать равномерную освещенность вдоль оси искры аксиконом с прямолинейной образующей преломляющей поверхности, при этомвместо услови (1) должно выполняться условие (6)д(Е(.- ) г)Й (6)31 )Для получения решения (1) и (6) вявном виде необходимо подставить 15конкретный вид 1 (Г)Техническая эффективность устройства заключается в том, что онопозволяет получить протяженную лазерную искру со сплошной структуройоднородными пространственно"временными характеристиками и возможностьюрегулирования последовательностипробоя различных участков искры, 25что недостаточно при использованииизвестных устройств.