Ионизация и оптический пробой

Ионизация и оптический пробой [c.35]

Для создания инверсии в полупроводниках используют четыре типа возбуждения инжекцию носителей заряда, электронную накачку, ударную ионизацию (лавинный пробой) и оптическую накачку. Наибольшую эффективность имеют два первых типа накачки, которые и получили самое широкое распространение. [c.946]

Отсюда и из (2.4.9) получаем, что в импульсе с длительностью 7р = 10 не, Л = 1 мкм оптический пробой, сопровождающийся полной ионизацией газа атмосферного давления, наступает при интенсивности лазерного излучения в фокусе [c.110]

Распространение оптических разрядов в газах. Если импульс лазера, инициировавший пробой газа в фокусе линзы, не заканчивается после полной ионизации и нагрева газа в фокальной области, линзы, то наступает следующий этап оптического пробоя, связанный с распространением оптического разряда в близлежащие области нейтрального холодного газа, напряженность светового поля в которых недостаточна для инициирования самостоятельной лазерной искры. При этом граница области, занятой плазмой, начинает двигаться вдоль лазерного луча (обычно навстречу ему), захватывая все новые массы холодного газа и переводя их в плазменное состояние. Можно провести аналогию с обычным горением [17, 18] она базируется на том обстоятельстве, что скорость термической ионизации газа и/ описывается по формуле Саха экспоненциальной зависимостью от температуры [c.112]

ЛУЧЕВАЯ ПРбЧНОСТЬ — способность среды или элемента силовой оптики сопротивляться необратимому изменению оптич. параметров и сохранять свою целостность при воздействии мощного оптич. излучении (папр., излучения лазера). Л. п. при многократном воздействии часто наз. лучевой стойкостью. Л. п. определяет верх, значение предела работоспособности элемента силовой оптики. Понятие Л. п. возникло одновременно с появлением мощных твердотельных лазеров, фокусировка излучения к-рых в объём или на поверхность среды приводила к её оптическому пробою. Л. п. численно характеризуется порогом разрушения (порогом пробоя) q — плотностью потока оптич. излучения, начиная с к-рой в объёме вещества или на его поверхности наступают необратимые изменения в результате выделения энергии за счёт линейного (остаточного) или нелинейного поглощения светового потока, обусловленного много-фотонным поглощением, ударной ионизацией или возникновением тепловой неустойчивости. Первые два механизма реализуются в прозрачных средах, лишённых любого вида поглощающих неоднородностей, а также при микронных размерах фокальных пятен или предельно малых длительностях импульсов излучения. При этом Л. п. достигает очень больших значений 10 Вт/см . При значит, размерах облучаемой области оптич. пробой обусловлен тепловой неустойчивостью среды, содержащей линейно или нелинейно поглощающие неоднородности (ПН) субмикропных размеров. Рост поглощения в окружающей микронеоднородность матрице связан с её нагревом ПН. При этом в материалах с малой шириной запрещённой зоны увеличивается концентрация свободных электронов, а в широкозонных диэлектриках происходит тер-мич. разложение вещества. <7 11, [c.615]

Возрастание проводимости в сильном электрическом поле может вызвать нарушение электрической прочности диэлектрика (устойчивого состояния с малой и неизменной во времени электропроводностью). Быстрый рост апт(Ет) приводит к электрическому пробою, когда электрический ток за счет ударной ионизации электронов возрастает в миллиарды раз, разрушая диэлектрик и превращая его в проводник тока. Аналогичный механизм наблюдается при оптическом пробое прозрачных диэлектриков при импульсном воздействии лазерных пучков с большой плотностьк> лучевой мощности. [c.20]

Оптический пробой прозрачных сред также резко изменяет поглощение излучения. Отличие от рассмотренного выше процесса возбуждения гармоник состоит в том, что изменение поглощения обусловлено изменением самой среды. В исходно нейтральной среде под действием лазерного излучения образуется плотная плазма, сильно поглощающая излучение, падающее на среду. Плазма образуется в результате ионизации исходно нейтральной среды. Из общей теории взаимодействия электромагнитного излучения с плазмой [4] известно, что поглощение излучеиия в плазме зависит от соотношения частоты излучения и и плазменной частоты При и > плазма прозрачна для излучения, прп и < и л плазма непрозрачна, излучение отражается от плазмы. Соответственно поглощение излучения максимально при (О (1) л. Плазменная частота зависит от плотности п, свободных электронов в плазме (иплосгеУ ). По мере увеличения степени ионизации среды под действием лазерного излучения с частотой и увеличивается ге и соответственно увеличивается При достижении критической плотности ге, достигается равенство < >,1п (1), плазма становится непрозрачной для излучения, излучение поглощается плазмой. [c.192]

Ионизация паров лазерным излучением происходит аналогично тому, как происходит ионизация газа при оптическом пробое (лекция 16). Свободные электроны поглощают энергию от поля излучения при столкновениях с нейтральными частицами. При энергии порядка потенциала иоиизации нейтральных частиц происходит их ионизация электронным ударом. Для описания процесса ионизации паров и, в частности, для оценки характерного времени ионизации можно использовать соотношения, пр1[всдеи-ные в лекции 16. Следует отметить, что ионизация паров происходит относительно быстро, так как плотность паров очень велнка, она на один-два порядка величины превышает плотпость воздуха при атмосферном давлении. [c.248]

Возникновение лазерной плазмы в газе происходит в результате оптического пробоя. Пробой наступает, когда интенсивность лазерного излучения / достигает пороговой величины Еп, пропорциональной /со /(тро), где / — потенциал ионизации молекулы газа, (1) — частота излучения лазера, т — длительность импульса лазера (импульс предполагается прямоугольным), ро — начальное давление газа [29]. Для воздуха при атмосферном давлении в случае рубинового лазера порог оптического пробоя составляет —10 Вт/см , а в случае СОз-лазера — 10 Вт/см . Впервые явление оптического пробоя в газах исследовали Мейкер, Терхун и Сэвидж в 1963 г. [55]. Интересно отметить, что аналогичные процессы наблюдаются при меньших значениях величины Р в газе вблизи твердой преграДы (так называемой низкопороговый пробой) для СОг-лазера интенсивность излучения при этом может быть снижена до значения Енп 10 Вт/см2. Явление низкопорогового пробоя было впервые установлено А. М. Прохоровым с сотрудниками в 1973 г. [5]. [c.102]

Физические явления в Л. п. Во всех разновидностях Л. п. нач. стадия образования плазмы связана с оптическим пробоем, возпикновенио к-рого объясняется двумя механизмами ионизацией электронным ударом с последующим образованием лавины электронной и жногофотопной ионизацией. С первым механизмом связан пробой газов (р 1 атм) при f/ 10n Вт/см и пробой паров при воздействии на твёрдые мишени лазерного излучения с li lO —10 Вт/см . [c.552]

ОПТИЧЕСКИЕ РАЗРЯДЫ — газоразрядные явления, аналогичные электрическим разрядам в газе, возникающие в воздухе или др. газе под действием мощных световых (лазерных) полей. До изобретения лазеров изучались и использовались газовые разряды в полях более низких частот, чем оптические в пост, электрич. поле, в ВЧ-, в СВЧ-полях. Лазерная техника открыла физике газового разряда оптич. диапазон. Различают два осн. типа О, р. 1) л а э е р н а я искра — оптич. пробой газа, т. е. бурное нарастание ионизации ранее не ионизированного газа 2) непрерывный О. р.— поддержание в газе уже имеющегося ионизов, состояния под действием светового излучения. [c.448]

Чтобы закончить обсуждение случая небольшой интенсивности лазерного излучения, надо еще кратко остановиться па возможности возникновения оптического пробоя в облаке испаренного вещества. Порог пробоя в паре значительно пиже, чем в чистом нейтральном газе при эквивалентной п.тотпости. Дело в том, что в облаке пара имеется значительное чис.то ионов и электронов, а кроме того, в ряде случаев (например, при испарении металлов) потенциалы ионизации атомов примерно в два раза пиже, чем потенциал ионизации воздуха (азота). Наиболее интересно, что пробой паров вб.тизи мишени мо кет носить пе только импульсный (как пробой газов, лекция 16), но и стационарпый характер при непрерывном облучении мишеюг лазерным излучением. [c.248]

К настоящему времени сложилась довольно ясная и замкнутая физи ческая картина оптического пробоя прозрачных диэлектриков в поле достаточно длинных (десятки пикосекунд и длиннее) мощных лазерных импульсов [17, 18]. Она сводится к тому, что под действием очень сильного быстропеременного электрического поля световой волны в диэлектрике развивается электронная лавина, стартующая от одного или нескольких свободных электронов, случайно оказавшихся в объеме взаимодействия разогреваясь под действием лазерного излучения до энергии, достаточной для ударной ионизации нейтральных атомов диэлектрика, электроны стремительно размножаются в процессе лавинной ионизации. Фактически главной причиной ситического пробоя оказывается та же самая электронная лавина, которая играет основную роль в пробое диэлектриков постоянным электрическим полем. [c.107]

Из рис. 12.1 видно, что фотодиод может по-разному использоваться для детектирования оптического излучеиия. В простейшем случае диод непосредственно подключается ко входу усилителя напряжения с высоким входным сопротивлением, который измеряет изменение (см. рис. 12.1). В другом случае ток диода усиливается усилителем тока, имеющим низкое входное сопротивление, т. е. напряжение на диоде поддерживается вблизи нуля. Прн этом оказываются весьма малыми шумы диодного тока. На практике, однако, фотодиоды в системах оптической связи почти всегда работают в режиме с обратным смещением. При этом квантовый выход и полоса значительно улучшаются. Причины этого будут обсуждены позже. Если обратное смещение увеличено до значения, близкого к пробойному Кцроб, фототок резко возрастает в результате того же самого процесса лавинной ионизации, который приводит к пробою. Область пробоя также показана на рнс. 12.1. Этот процесс лежит в основе работы лавинных днодов, которые будут обсуждаться в гл. 13. [c.310]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...