[стр.-1]
1.4
0.6
0.2
r, мм
1.4 п
а
t, нс
0.6 4
0.2
r, мм
б
246810 24681012
Рис.3. -диаграммы движения плазменного фронта навстречу лучу. а - 532 нм, б -1064 нм. ♦- пробой предымпульсом, - пробой основным импульсом, отсчет времени ведется от начала каждого пробоя.
0.6
0.5 -\
0.4
0.3 -\
0.2
r, мм
y = 0.20x043 R2 = 0.97
t, нс
0.6 п
0.5 -\
0.4
0.3
0.2
r, мм
м» 0.39
y = 0.22x R2 = 0.99
t, нс
10
Рис. 4. -диаграммы динамики плазменного фронта по лучу для 532 нм. а - пробой предымпульсом, б - пробой основным импульсом. R2 - достоверность аппроксимации.
Так к 3-ей нс фронт плазмы регистрируется на расстоянии 0,47 мм для случая 532 нм, и 0,21 мм для случая 1064, т.е. наблюдаемые скорости 157 км/с и 71 км/с соответственно. Известно [8], что при короткой фокусировке наиболее вероятный механизм ВПЛИ - светодетонационная волна (СДВ). В работе [8] приведена зависимость скорости волны световой детонации от интенсивности лазерного излучения, которая выглядит следующим образом:
D
2(Y2 -1)I р
1/3
(1)
где D - скорость движения фронта, у - показатель адиабаты, I - интенсивность лазерного излучения, необходимая для подержания режима световой детонации, р - плотность газа перед фронтом световой детонации. Используя полученные скорости и значения у = 1,3, р = 1,3 кг/м3, получаем значения интенсивностей 3,6-Ю11 и 3,4-1010 Вт/см2 соответственно.
1
а
изучения.
Рис. 5. Снимки лазерной плазмы: а - 1064 нм, 5 нс после пробоя предымпульсом ; б - 532 нм , 3 нс после пробоя предымпульсом; в - 1064, 4 нс после пробоя основным импульсом, г - 532 нм, 4 нс после пробоя основным импульсом. Пространственные масштабы на снимках разные. Стрелками указана предыонизация воздуха УФ излучением плазмы.
Отсюда видно, что только для случая 1064 нм наблюдаемый механизм ВПЛИ до 3-ей нс возможно отождествить с волной световой детонации, а для случая 532 нм наблюдаемый механизм ВПЛИ не является светодетонационным, т. к. необходимая для СДВ плотность мощности превосходит плотность мощности предымпульса лазерного излучения (см. табл. 1). Отметим, что время формирования ударной волны в воздухе при скоростях разлета плазмы порядка 100-1000 км/с составляет величину порядка 10-10 с [9].
Исходя из результатов работ [4,8,10,11] можно прийти к выводу, что в случая с 532 нм механизм ВПЛИ обусловлен быстрой волной ионизации (БВИ). Действительно, судя по фотографиям развития плазменного факела (рис. 5) перед фронтом плазмы регистрируется интенсивная предыонизация воздуха ультрафиолетовым (УФ) излучением плазмы, похожая картина движения плазменного фронта зарегистрирована для случая БВИ в работе [11]. Предыонизация воздуха наблюдается на следующих временных интервалах при пробое предымпульсом: для случая 532 нм - с 3-ей по 8-ую нс; для случая 1064 нм - с 5-ой по 10-ую нс. При пробое основным импульсом также регистрируется предыонизация УФ излучением (рис. 5), но для данных условий эксперимента должна быть характерна самофокусировка лазерного излучения в плазме, что согласно [8] приведет к смене ВПЛИ на волну пробоя, т.е. данный вопрос требует детального
Отметим, что при максимуме интенсивности лазерного излучения наблюдаются максимальные скорости БВИ, они соответствуют излому на -диаграммах (рис. 4); для излучения 532 нм максимальные скорости 300 и 240 км/с, для пробоя предымпульсом и основным импульсом соответственно; для излучения 1064 нм максимальные скорости 266 км/с для пробоя предымпульсом и 186 км/с при пробое основным импульсом.
Таким образом, в направлении навстречу лазерному излучению возможны три режима ВПЛИ световая детонация, быстрая волна ионизации и волна пробоя, максимальные скорости БВИ соответствуют максимуму интенсивности лазерного излучения. Зарегистрированы следующие времена формирования БВИ: 3 нс для случая 532 нм и 5 нс для случая 1064 нм. Данные величины согласуются с результатом работы
[12].
Д-диаграммы движения плазмы в направлении лазерного луча для случая 532 нм представлены на рис.4. Экспериментальные точки хорошо аппроксимируются зависимостью вида r~t0A. Согласно работе [7] такой закон распространения характерен для волны световой детонации, к тому же на моментальных снимках не наблюдается фотоионизации воздуха УФ излучением перед фронтом СДВ (рис. 5). Средние скорости для данного режима возбуждения составляют величину порядка 40 км/с, что совпадает с со скоростями движения плазменного фронта по лучу для случая 1064нм. Таким образом, в направлении распространения лазерного излучения плазма движется в режиме СДВ.
4. Взаимодействие плазменных фронтов.
Исследование взаимодействия плазменных фронтов проводилось по схеме представленной на рис.1. Наблюдалось взаимодействие двух лазерных фронтов, возбуждаемых двумя лазерными импульсами с различными длинами волн (532 нм и 1064 нм) в зависимости от расстояния между точками фокусировки лазерных пучков. Первоначально расстояние устанавливалось таким, чтобы взаимодействия плазменных фронтов визуально не наблюдалось, что соответсвует расстоянию 2 мм между точками фокусировки. Затем расстояние между точками уменьшалось дискретно на 0,2 мм, путем смещения линзы, фокусирующей вторую гармонику излучения. Линза, фокусирующая основное излучение оставалась неподвижной. Взаимодействие передними фронтами (каждый плазменный фронт распространяется по направлению своего луча) наблюдалось до совпадения фокусов. При дальнейшем перемещении линзы (еще на 4 мм от точки совпадения) наблюдалось взаимодействие задних фронтов (распространяющихся
