Введение к работе
Актуальность темы. Изучение физических процессов, лежащих в основе взаимодействия мощного лазерного излучения с материалами, имеет больпое научное и прикладное значение. Понимание этих процессов важно для описания электродинамических и тепловых явлений на поверхности мишени при создании лазерной плазмы, исследования электродинамических эффектов и плазменных неустойчи-востей на фронте и внутри плазми, выяснения возможностей применения и выявления пределов применимости лазерных методов обработки и т.д.
Особый интерес представляет работы по генерации токов в лазерной плазме. Результаты этих исследований можно использовать при резенки таких вопросов, как преобразование энергии электромагнитного излучения в электрическую, возможность формирования высоковольтных импульсов для коннутйции быстропротекахщях процессов, исследования влияния тока быстрых электронов на динамику лазерной плазми и др. Однеяо, несмотря на достаточное число работ в этой области, эффективность яазерно-зглїссионного преобразования световой энергии о энергию тока остается очень низкой. Эдним из способов повиаения эффективности является метод двух-яипульсного облучения кипени. Кзсмотря на то, что двухимпульсное воздействие осложняет общуо картину развития процесса, оно, тем не менее, приводит к росту генерируема* в плаэке тояои. Поэтому исследование механизмов увеличения тока представляет нєсої.яєн-й)й интерес.
Известно, что после пробоя разряд в основном ркспространя-зтся назстречу излучению. Тем яе менее, з некоторых эксперямен-rax с использованием длкігних лазерная импульсов, через опреде-їзкнь'й срзіїенкой интервал, наглодается гкброс пкьгмэнного сгуст-
ка из области фокуса по направлению излучения, т.е. происходит повторный пробой,и разряд меняет направление развития. Такой же эффект можно набладать и в случае двухишульсного резсима при соответствующем подборе временной задер&ки, формы и энергии импульсов. Исследование этого эффекта является важным, так как открывает новые возможности для повышения эффективности воздействия на мишень (комбинированное свето-плазменное воздействие), создания каналов пониженной плотности для проведения потоков частиц, получения направленного электрического пробоя и др.
Изучение этого явления продолжается с целью создания обобщенной модели развития процесса,в рамки которой укладывались бы результаты проведенных экспериментов.
Основной цельо диссертационной работы является:
Комплексное исследование механизмов повышения эффективности преобразования лазерной энергии в электрическуо и увеличение генерируемых в лазерной плазме токов в случае двухкшіульс-ного воздействия на проводящую мишень в вакууме, при атмосферном давлении в воздухе и в условиях предварительного создания абляционного облака полимера у поверхности комбинированной мишени (металл-винипласт).
Изучение возможностей понижения порога СВЧ разряда при предварительном пробое воздуха излучением СО^ лазера.
Исследование процесса развития оптического пробоя, создаваемого излучением импульсного OOg лазера с анергией 15+60 Дк и длительностью 5 мкс в различных газах ( Не , /. , воздух, Дг
Хе- ) в интервале давлений 0,5 ^ Р 4 760 Тор.
- Выяснение механизмов развития разряда по направлению
распространения лазерного луча.
Научная новизна диссертационное работы состоит в следующем:
На базе TEA С02 лазера создана установка для получения івух импульсов излучения с регулируемой задержкой в интервале 1+200 икс.
Обнаружен эффект увеличения токов и КОД преобразования іри двухимлульсноы воздействии на мишень в вакууме и в условиях редваригеяьного создания абляционного облака у поверхности ком-инированной мииега (металл-винипласт).
- Исследовано развитие плазменных фронтов и ударных волн
случае двухимпульпного воздействия на мишень в воздухе при
тмосферном давлении. Определены оптимальные условия для генера-ии токов.
Изучены пространственное и временное распределение кон-ентращда паров в" процессе лазерной абляции полимерной мишени ри интенсивностях излучения, близких к порогу плазмообраэования.
Исследовано влияние слабого продольного магнитного поля а тони, эмитируемые плазмой. Пэдтверждено предположение об уз-зм угловом распределении быстрых электронов.
ІЬказака возмоккость инициации СВЧ разряда на лазерной :кре в воздухе при уровнях СВЧ мощности почти на два порядка гае пороговых.
На основе анализа экспериментальных данных и численного )делирования процесса прохождения лазерного излучения через ісширявщувся неоднородную плазму показано, что изменение нап-штения развития разряда в легких газах обусловлено в основном [іфектом тепловой самофокусировки.
Практическое значение диссертационной работы состоит в сле-'юцем:
- Установка для генерации двух импульсов с регулируемой ідержкой может быть использована при ревении ряда задач, требую-
- б -
щих многократного воздействия на вещество.
Результаты исследования вопросов генерации токов и динамики развития лазерной плазмы позволяют определить пути дальнейшего повышения эффективности непосредственного преобразования энергии лазерного излучения в электрическую и могут способствовать создании строгой модели данного процесса. Шлученные результаты позволяют расширить круг задач по практической реализации процессов генерации токов и могут быть использованы при проведении различных физических экспериментов для создания специальных приборов: диагностики лазерной плазмы, детектирования мощного лазерного излучения, дистанционной бесконтактной коммутации бысгропротеказлцих процессов и др.
Результаты по создании абляционного облака атомов могут быть использованы для решения задач, относящихся к изучению вопросов плаэмохимии, формирования и применения потоков плазмы нужной концентрации, моделирования астрофизических процессов, получения тонких пленок и др.
Описанный способ инициации СВЧ разряда в свободном пространстве делает его весьма перспективным для целей особо чистой плазмохимии и для техники мощных молекулярных лазеров.
Результаты исследования процессов плазмообразования и прохождения лазерного излучения через плазму могут быть использованы в работах по лазерной обработке материалов, т.к. открывают новые возможности для повышения эффективности воздействия на мишень (комбинированное свето-плазменное воздействие), по созданию каналов пониженной плотности для проведения потоков частиц, для получения направленного электрического пробоя и ар.
Апробация .работы. Результаты диссертации докладывались ка ХУ Европейской конференции по взаимодействию лазерного излуче-
ния с веществом (Шлиерзее, 1982), УІ Всесоюзной конференции по физике низкотемпературной плазмы (Ленинград, 1983 г.), ХУШ Европейской конференции по взаимодействию лазерного излучения с веществом (Прага, 1987г.), II Всесоюзном совещании "Высокочастотный разряд в волновых полях" (Куйбышев, 1989 г.), Международной конференции по физике плазмы (Нью-Дели, 1989г.), на УШ Всесоюзной конференции по физике низкотемпературной плазмы (Минск, 1991 г.).
Личный вклад автора в опубликованные работы состоял в ак--тивном участии в постановке исследовавшихся задач, создании экспериментальных стендов, проведении экспериментов, обработке и анализе полученных результатов и формировании основных выводов. Структура- и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 133 страницах машинописи, включающих 40 рисунков и список цитируемой литературы, включающий 100 наименований.
