Устройство для получения лазерной искры Советский патент 1984 года по МПК H05H1/46 

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 получени лазерной искры, содержащее импульсный лазер и фокусирующую линзу l . Оно позволяет получать лазерные искры длиной до 60 м в атмосфере, Недостатком указанного устройства является дискретная пространственная структура получаемых искр. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для получения лазерной искры, содержащее импульсньм лазер и фокусирующую систему ;2j. В известном устройстве фокусирующая система выполнена в виде аксикона. Известное устройство позволяет получать лазерную искру со сплошном каналом в плотных газах вследствие подвода излучения к области оптичес кого пробоя сбоку. , Недостатком указанного устройства является неоднородность пространственно-временных характеристик лазерного излучения вдоль оси искры и, как следствие, неоднородность са мой искры. При фокусировке излучения в известном устройстве аксиконо с прямолинейной образующей, преломляющей поверхности излучение лазера распределяется вдоль оси искры неравномерно, поскольку интенсивность освещения пропорциональна произведению падающей на кольцо соответствующего радиуса лазерной энергии на площадь этого кольца. Вследствие этого дальний от аксикона конец искры слабо освещен из-за«спадания плотности, падающей на периферийные области аксикона лазерной энергии (распределение энергии в поперечном сечении пучка гауссовское), ближний к аксикону участок искры ел бо освещен из-за малости площади соответствующих центральных колец. .В центральной части имеется максимум освещенности, ему соответствуют более высокие параметры плазмы искры. Кроме того, центральные лучи попадают 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 фокусирзпощего 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-временньпс характеристик искры. Поставленная цель достигается за 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, выполненньй 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 сплощных элемента пересекают ось устройства, а фокусирующая система выполнена с коррекцией пространственного распределения излучения на оси фокусировки в виде собирающего аксикона с криволинейной образзтощей преломляющей поверхности, причем форма образующей связана с распределением плотности энергии лазерного излучения на выходе из лазера в поперечном сечении пучка- следующим соот- ношени.ем: ) J Зг 1М где р угол между касательной к образующей и плоской поверхностью аксикона; расстояние от точки касания до оси аксикона; 1(0 распределение плотности энергии лазерного излучения в поперечном сечении пучка. Такое выполнение устройства позволяет осуществить однородное пространственное распределение энергии лазерного излучения по оси фоку сировки вследствие того, что форма аксикона выбирается из указанного условия равномерного освещения вдол оси при данном грперечном профиле л зерного пучка. Одновременность облу чения по всей длине искры обеспечивается дифференцированной по поперечному сечению пучка задержкой лучей с помощью корректора временного распределения излучения. Изменение взаимного расположения отражающих поверхностей в корректоре временного распределения излучения позволяет осуществить регулирование моментов пробоя на различных участках искрввого канала. На фиг. 1 дана оптическая схема предложенного устройства; на фиг.2 показан ход лучей через аксикон с криволинейной образующей. Устройство содержит (фиг. 1) им пульсный лазер 1, фокусирующую систему 2, корректор 3 временного распределения лазерного излучения вдол оси фокусировки, включающий два спл ных А, и ряд кольцевых отражающих элементов 5,6 и пару сплошных элементов 7, последовательно расположе под углом 45 к оси устройства ные и зеркально симметрично друг другу относительно плоскости, перпендикулярной к оси устройства. Отражающие элементы 4 расположены на оси устгройства. Они вьтолнены в виде эллипсов, с оотношением осей 1:4, причем малая ось несколько меньше выходной апертуры импульсного лазера 1. Отражающие пары элементов 5 и 6 выполнены в виде колец эллипт ческой формы с соотношением осей 1 : причем большие оси внешнего и внутреннего эллипсов элемента 5 равны с ответственно большой оси элемента 4 и большой оси внешнего эллипса элем та 6. Отражающий элемент 7 и зеркально симметричный ему выполнены в виде эллипсов с таким же соотношением осей, как у элементов 4,5,6, и большая ось равна большой оси внутреннего эллипса кольцевого отражающего элемента 6. Фокусирующая сиетема 2 выполнена с коррекцией прост ранственного распределения излуче НИН вдоль оси фокусировки в виде собирающего аксикоиа с криволинейной образующей преломляющей поверхности, форма образующей связана с распределением плотности энергии лазерного излучения в поперечном сечении пучка I (г) следующим соотношением:р. 1 dr ft - угол между касательной к образующей преломляющей поверхности и плоской поверхностью аксикона, Z - расстояние от оси аксикона. Лазерная искра, получаемая в результате работы устройства, условно обозначена на фиг. 1 позицией 8. Устройство работает следующим образом. Лазерный пучок из лазера 1 поступает через корректор 3 временного распределения на фокусирующую систему 2 с корреляцией пространственного распределения, причем центральная область пучка задерживается наиболее сильно, а периферийная кольцевая зона проходит прямо на фокусирующий аксикон. Временное распределение лазерного излучения по оси фокусировки устанавливается расположением отражающих элементов 5-7 в корректоре временного распределения. Можно осуществить как одновременный пробой на всей длине фокального отрезка, так и волны пробоя,распрост раняющиеся от аксикона и к аксикону, а также другие последовательности пробоя различных участков искры. Однородность освещения фокапь- него отрезка обеспечивается аксиконом с криволинейной образующей. Принцип выбора формы образукицей поясняется фиг. 2. Рассмотрим два близких световых луча, попадающие в аксикон на расстоянии р и г - df от оси; они пересекают ось фокусировки под углами ос и (X + d еС соответственно. На участок u2 фокального отрезка приходится световая энергия, собираемая с кольца радиуса г и толщиной (J р на плоской поверхности акси-, кона. Если плотность энергии в лазерном луче обозначить через I (f), то плотность световой энергии на участке Д Z Eu.df-IH iZ ,

-f

УСТРОЙСТВО/ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРНОЙ ИСКРЫ, содержащее импульсный лазер и фокусирующую систему, выполненную в виде аксикона, отличающееся тем, что, с целью регулирования пространственновременных характеристик искры, на выходе лазера дополнительно установлен корректор временного распределения лазерного излучения вдоль оси искры, вьтолненный в виде двух пар сплошных и расположенного меж.ду ними, по крайней мере одного кольцевого отражающего элемента, расположенного под углом 45 к оси устройства и зеркально симметрично друг другу относительно плоскости, перпендикулярной оси устройства, при этом два сплошных элемента пересекают ось устройства, а фокусирующая система вьтолнена с коррекцией пространственного распределения излучения на оси искры в виде собирающего аксикона с криволинейной образующей преломляющей поверхности, при этом форма образующей связана с г распределением плотности энергии лазерного излучения, на выходе из лазера в поперечном сечении пучка следующим соотношением 3(еп1ьл Г Р l(.f 3i где |3 угол между касательной к образующей и плоской поверхностью аксикона; Х5 Т 1(г)расстояние от точки касаьо tc ния до оси аксикона; распределение плотности ;о ю энергии лазерного излучения в поперечном сечекйи пучка.