08-04-2014
Твердотельные системы и лазерное управление молниями
Большинство исследований в этой области проводится с использованием Ti:Sa лазеров, генерирующих импульсы длительностью несколько десятков фемтосекунд и энергией в импульсе порядка нескольких сотен Джоуль. Наиболее известным является европейский проект «Teramobile», представляющий собой автомобильный трейлер, в контейнере которого помещен как сам лазер и блок питания, так и телескопы для вывода излучения на вертикальную и горизонтальную оси и различное измерительное оборудование.
Ультракороткие длительности импульсов и, соответственно, высокие мощности излучения приводят к широчайшему спектру явлений. Основные эффекты, происходящие при взаимодействии мощных ультракоротких импульсов с атмосферой следующие:
1. Филоментация лазерного излучения. Это процесс стягивания лазерного излучения во множество тонких параллельных нитей. Стягивание излучения является следствием самофокусировки света и дефокусировки на лазерной плазме. Образование множества тонких нитей связано с мелкомасштабной самофокусировкой. Проведенные эксперименты ученых показывают, что «обрамление» нити является источником энергии для неё: при ограничении диаметра нити с помощью диафрагмы, за ней филоментация прекращается.
2. Образование лазерной плазмы. Этот процесс ничем не отличается от образования лазерной плазмы при воздействии излучения CO2 лазера.
3. Генерация высших гармоник и суперконтинуума. За счет стоксовой и антистоксовой генерацииизлучения в сверхсильном поле изначально широкий спектр импульса многократно уширяется и может достигать даже единиц микрон.
4. Прочие нелинейные эффекты. В этом списке содержится сверхуширение углового спектра, компрессия импульса, индуцированная оптическая анизотропия и множество других. Некоторые результаты исследований в области лазерного управления молниями (а конкретно - эффектов, связанных с филоментацией излучения) отмечают четкую корреляцию между лазерным импульсом и возникновением электрического пробоя. Кроме того, показана возможность создания нитей филоментации протяженностью в десятки метров.
В настоящий момент лазерное управление молниями еще не достигло стадии, на которой его можно было бы претворять в жизнь. Системы, основанные на CO2-лазерах стоят ближе всего к реальному применению за счет сравнительной (по отношению к твердотельным системам) простоты. Так такие системы применяются на специализированных производствах, где производят лазерную резку большинства материалов (поролона, пластика, дерева).
Твердотельные системы более пригодны для исследовательской деятельности, так как значительная доля энергии тратится на процессы, не играющие важной технологической роли в процессе управления молниями.
Текущее состояние исследований позволяет надеяться, что в ближайшее десятилетие системы лазерного управления молниями выйдут на стадию создания технологических устройств. Это сильно упростит и удешевит активную молниезащиту различных объектов, таких как электростанции и заводы.
Источник:
Перевод: "Компания Лазер Сити"