RU2411662C1 - Method for directional transportation of microwave electromagnet radiation - Google Patents

Method for directional transportation of microwave electromagnet radiation Download PDF

Info

Publication number
RU2411662C1
RU2411662C1 RU2009134284/28A RU2009134284A RU2411662C1 RU 2411662 C1 RU2411662 C1 RU 2411662C1 RU 2009134284/28 A RU2009134284/28 A RU 2009134284/28A RU 2009134284 A RU2009134284 A RU 2009134284A RU 2411662 C1 RU2411662 C1 RU 2411662C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
specified
wavelength
radiation
waveguide
laser radiation
Prior art date
Application number
RU2009134284/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Дмитриевич Зворыкин (RU)
Владимир Дмитриевич Зворыкин
Алексей Олегович Левченко (RU)
Алексей Олегович Левченко
Игорь Валентинович Сметанин (RU)
Игорь Валентинович Сметанин
Николай Николаевич Устиновский (RU)
Николай Николаевич Устиновский
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Энергетические Технологии"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Энергетические Технологии" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Энергетические Технологии"
Priority to RU2009134284/28A priority Critical patent/RU2411662C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2411662C1 publication Critical patent/RU2411662C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: method for directional transportation of microwave electromagnet radiation in gas medium consists in the fact that plasma wave guide of tubular shape is created by passage of laser radiation of ultraviolet range in specified direction along walls of created wave guide, existence of specified wave guide is maintained for the time of transportation by passing of additional laser radiation of visible range in direction along walls of specified wave guide, and microwave radiation is transported along wave guide in regime of sliding mode of vibrations, at the same time train of pulses of filament laser radiation of ultraviolet range following each other with an interval of 2-10 ns is let through in specified direction, so that specified train serves to create tubular wave guide, and at the same time capacity of specified train pulses and their number are selected from the following condition: distances between filaments of laser radiation of ultraviolet range are less than length of wave of transported microwave radiation at any section of perimetre of tubular wave guide in its any section.
EFFECT: invention provides for high accuracy in selection of transfer direction and transportation of electromagnet radiation and selectiveness with respect to localisation of receivers of transmitted information and transported pulses of electromagnet radiation.
13 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к технике сверхвысокочастотного (СВЧ) электромагнитного излучения и может быть применено в системах передачи информации и транспортировки импульсов электромагнитного излучения (ЭМИ), в особенности для обеспечения высокой точности при выборе направления указанных передачи и транспортировки и избирательности в отношении локализации приемников передаваемой информации и транспортируемых импульсов ЭМИ. Известны способы направленной передачи СВЧ-сигналов путем использования параболических или сегментированных передающих антенн [1].The invention relates to techniques for microwave radiation and can be used in systems for transmitting information and transporting pulses of electromagnetic radiation (EMP), in particular to ensure high accuracy when choosing the direction of these transmission and transport and selectivity with respect to the localization of receivers of transmitted information and transported EMP pulses. Known methods for directional transmission of microwave signals by using parabolic or segmented transmitting antennas [1].

Недостатками указанных известных способов являются, как правило, недостаточно высокая точность при выборе направления указанных передачи и транспортировки и недостаточная избирательность в отношении локализации приемников передаваемой информации и транспортируемых импульсов ЭМИ, и, как следствие, недостаточно высокая интенсивность сигнала на приемниках передаваемого СВЧ-излучения.The disadvantages of these known methods are, as a rule, insufficiently high accuracy when choosing the direction of the indicated transmission and transportation and insufficient selectivity with respect to the localization of transmitters of transmitted information and transported pulses of electromagnetic radiation, and, as a consequence, insufficiently high signal intensity at receivers of transmitted microwave radiation.

Известен также предложенный в [2] способ направленной транспортировки СВЧ электромагнитного излучения, включающий создание плазменного волновода трубчатой формы путем пропускания в заданном направлении лазерного излучения ультрафиолетового диапазона вдоль стенок указанного создаваемого волновода, поддержание существования указанного волновода в течение времени указанной транспортировки путем пропускания дополнительного лазерного излучения в диапазоне длин волн видимого света в указанном направлении вдоль стенок указанного волновода и транспортировку указанного СВЧ-излучения по указанному волноводу в режиме скользящей моды колебаний, который выбран в качестве прототипа данного изобретения.There is also a method proposed in [2] for the directed transportation of microwave electromagnetic radiation, including the creation of a plasma waveguide of a tubular shape by transmitting in the specified direction the laser radiation of the ultraviolet range along the walls of the specified waveguide, maintaining the existence of the specified waveguide during the time of said transportation by transmitting additional laser radiation to the wavelength range of visible light in the specified direction along the walls of the specified wave novoda and transportation of the specified microwave radiation through the specified waveguide in the mode of the moving oscillation mode, which is selected as a prototype of this invention.

Недостатком указанного предложенного способа-прототипа является то, что скользящий режим распространения СВЧ-излучения предсказан на основе простых оценок, не дающих дальности распространения передаваемого излучения по указанному волноводу, и без учета неизвестного в то время эффекта филаментации лазерных пучков для импульсов ультракороткой (фемто и пикосекундной) длительности, что приводит к невысокой надежности направленной транспортировки СВЧ-излучения при реализации указанного способа.The disadvantage of this proposed method of the prototype is that the sliding mode of propagation of microwave radiation is predicted based on simple estimates that do not give the propagation range of the transmitted radiation on the specified waveguide, and without taking into account the then unknown filamentation effect of laser beams for ultrashort pulses (femto and picosecond ) duration, which leads to low reliability of the directional transportation of microwave radiation when implementing this method.

Целью данного изобретения является устранение указанных недостатков и повышение надежности направленной транспортировки СВЧ - электромагнитного излучения. Поставленная цель достигается в данном предлагаемом изобретении за счет того, что в известном способе, включающем создание плазменного волновода трубчатой формы путем пропускания в заданном направлении лазерного излучения ультрафиолетового диапазона вдоль стенок указанного создаваемого волновода, поддержание существования указанного волновода в течение времени указанной транспортировки путем пропускания дополнительного лазерного излучения видимого диапазона в указанном направлении вдоль стенок указанного волновода и транспортировку указанного СВЧ-излучения по указанному волноводу в режиме скользящей моды колебаний, в указанном направлении пропускают цуг следующих друг за другом с интервалом 2-10 не импульсов филаментированного лазерного излучения ультрафиолетового диапазона так, что указанный цуг служит для создания указанного трубчатого волновода и при этом мощность импульсов указанного цуга и их число выбирают из условия: расстояние между филаментами указанного лазерного излучения ультрафиолетового диапазона меньше длины волны указанного транспортируемого СВЧ-излучения на любом участке периметра указанного трубчатого волновода в любом его сечении; а также за счет того, что в известном способе, включающем создание плазменного волновода трубчатой формы путем пропускания в заданном направлении лазерного излучения ультрафиолетового диапазона вдоль стенок указанного создаваемого волновода, поддержание существования указанного волновода в течение времени указанной транспортировки путем пропускания дополнительного лазерного излучения в указанном направлении вдоль стенок указанного волновода и транспортировку указанного СВЧ-излучения по указанному волноводу в режиме скользящей моды колебаний, в указанном направлении пропускают цуг следующих друг за другом с интервалом 2-10 нс импульсов филаментированного лазерного излучения ультрафиолетового диапазона так, что первые несколько импульсов указанного цуга служат для создания указанного трубчатого волновода, а последующие импульсы указанного цуга поддерживают существование указанного канала транспортировки СВЧ излучения и при этом мощность импульсов указанного цуга и их число выбирают из условия: расстояние между филаментами указанного лазерного излучения ультрафиолетового диапазона меньше длины волны указанного транспортируемого СВЧ излучения на любом участке периметра указанного трубчатого волновода в любом его сечении и за счет того, что для поддержания существования указанного волновода используют цуг импульсов лазерного излучения ультрафиолетового диапазона мощности, достаточной для подавления эффекта прилипания электронов к молекулам О2 и за счет того, что указанный цуг импульсов филаментированного лазерного излучения состоит из импульсов с длительностью около 1 пикосекунды и с длиной волны λ, равной 353 нм или 308 нм, или 248 нм, или 222 нм, или 193 нм с разбросом по длине волны около 2 нм.The aim of this invention is to remedy these disadvantages and increase the reliability of directional transportation of microwave - electromagnetic radiation. The goal is achieved in this proposed invention due to the fact that in the known method, including the creation of a plasma waveguide of a tubular shape by transmitting in the specified direction the laser radiation of the ultraviolet range along the walls of the specified waveguide, maintaining the existence of the specified waveguide during the time of this transportation by passing an additional laser visible radiation in the indicated direction along the walls of the specified waveguide and transporter alignment of the specified microwave radiation along the specified waveguide in the mode of sliding oscillation mode, in the specified direction, a train of successive 2-10 non-pulsed filament laser radiation of the ultraviolet range is passed in such a way that the said train serves to create the specified tubular waveguide and the power the pulses of the specified train and their number is selected from the condition: the distance between the filaments of the specified laser radiation in the ultraviolet range is less than the wavelength of the specified protractor UHV radiation at any part of the perimeter of the specified tubular waveguide in any of its sections; and also due to the fact that in the known method, including the creation of a plasma waveguide of a tubular shape by transmitting in a given direction the laser radiation of the ultraviolet range along the walls of the specified generated waveguide, maintaining the existence of the specified waveguide during the time of said transportation by passing additional laser radiation in the specified direction along the walls of the specified waveguide and transportation of the specified microwave radiation through the specified waveguide in the sliding mode modes of oscillations, in the indicated direction, a train of pulses of the ultraviolet filament laser radiation following one after another with an interval of 2-10 ns is passed so that the first few pulses of the indicated train serve to create the specified tubular waveguide, and subsequent pulses of the specified train support the existence of the specified microwave transport channel radiation and the power of the pulses of the specified train and their number is selected from the condition: the distance between the filaments of the specified laser radiation trafioletovogo range smaller than the wavelength of said transported microwave radiation in any portion of the perimeter of said tubular waveguide in any of its section and by the fact that to maintain the existence of said waveguide using a train of laser radiation pulses of UV power range sufficient to suppress electron trapping effect to molecules About 2 and due to the fact that the indicated train of pulses of filamented laser radiation consists of pulses with a duration of about 1 picosecond and with a wavelength λ of 353 nm or 308 nm, or 248 nm, or 222 nm, or 193 nm with a wavelength spread of about 2 nm.

На Фиг.1 показано схематичное изображение распространения СВЧ- излучения в цилиндрическом плазменном волноводе.Figure 1 shows a schematic representation of the propagation of microwave radiation in a cylindrical plasma waveguide.

На Фиг.2 приведена длина затухания скользящей моды в плазменном волноводе с различными радиусами R для длины волны СВЧ-излучения λСВЧ=8 мм.Figure 2 shows the attenuation length of the sliding mode in a plasma waveguide with different radii R for a wavelength of microwave radiation λ microwave = 8 mm

На Фиг.3 приведена длина затухания скользящей моды в плазменном волноводе в субмиллиметровом диапазоне длин волн при плотности электронов Ne=5*1013 см-3 (а), 1013 см-3 (b) и 1012 см-3 (с).Figure 3 shows the attenuation length of the sliding mode in a plasma waveguide in the submillimeter wavelength range at an electron density of N e = 5 * 10 13 cm -3 (a), 10 13 cm -3 (b) and 10 12 cm -3 (s )

На Фиг.4 приведено отношение интенсивностей СВЧ-излучения (λСВЧ=8 мм) в виртуальном волноводе к интенсивности при свободном распространении для различных размеров передающей антенны (излучателя).Figure 4 shows the ratio of the intensities of microwave radiation (λ microwave = 8 mm) in the virtual waveguide to the intensity during free propagation for various sizes of the transmitting antenna (emitter).

На Фиг.5 изображена схема эксперимента по демонстрации направленной транспортировки СВЧ излучения в полом плазменном волноводе, гдеFigure 5 shows a diagram of an experiment to demonstrate the directional transportation of microwave radiation in a hollow plasma waveguide, where

1 и 2 - положительная и отрицательная линзы телескопа;1 and 2 - positive and negative lenses of the telescope;

3 и 4 - телескоп из конических линз-аксиконов;3 and 4 - a telescope from conical axicon lenses;

5 - магнетрон с волноводом и рупорным излучателем;5 - magnetron with a waveguide and horn emitter;

6 - детектор СВЧ-излучения;6 - microwave radiation detector;

7 - приемник лазерного излучения.7 - laser radiation receiver.

На Фиг.6 показано схематичное представление процесса накопления электронов (внизу) в плазме при многофотонной ионизации воздуха цугом пикосекундных импульсов (вверху).Figure 6 shows a schematic representation of the process of electron accumulation (below) in a plasma with multiphoton ionization of air by a train of picosecond pulses (above).

Традиционные способы обеспечения необходимой направленности СВЧ-излучения основаны на использовании больших передающих антенн, характерный размер которых для мобильной установки можно задать величиной D~2 м. Расходимость СВЧ-пучка (по уровню половины от максимальной интенсивности), обусловленная дифракцией на выходной апертуре антенны, составляет в этом случае βСВЧ≈λСВЧ/D. Для длины волны СВЧ-излучения λСВЧ~1 см имеем βСВЧ=5*10-3 рад. Для уменьшения расходимости требуется увеличение D. Однако увеличение апертуры передающей антенны неизбежно приводит к падению плотности потока передаваемой мощности (интенсивности), компенсировать которую за счет увеличения мощности СВЧ-генератора можно лишь до определенного предела, определяемого порогом пробоя воздуха СВЧ-излучением. Дальность действия L такого генератора может быть оценена на основании формулы [3]Traditional methods for ensuring the necessary directivity of microwave radiation are based on the use of large transmitting antennas, the characteristic size of which for a mobile installation can be set to D ~ 2 m. The divergence of the microwave beam (at half the maximum intensity) due to diffraction at the output aperture of the antenna is in this case β microwave ≈λ microwave / D. For the wavelength of microwave radiation λ microwave ~ 1 cm, we have β microwave = 5 * 10 -3 rad. To reduce the divergence, an increase in D is required. However, an increase in the aperture of the transmitting antenna inevitably leads to a decrease in the flux density of the transmitted power (intensity), which can be compensated by increasing the power of the microwave generator only to a certain limit determined by the threshold for air breakdown by microwave radiation. The range L of such a generator can be estimated based on the formula [3]

Figure 00000001
Figure 00000001

где d - характерный размер СВЧ-излучателя (обычно не превосходит ~10 см), и PD/Peff - отношение максимальной плотности мощности сигнала (ограниченной пробоем воздуха) к ее эффективному значению, требуемого для полезного воздействия, и составляет величины порядка нескольких десятков метров, если на объект необходимо доставлять достаточно большую плотность мощности.where d is the characteristic size of the microwave emitter (usually does not exceed ~ 10 cm), and P D / P eff is the ratio of the maximum signal power density (limited by air breakdown) to its effective value required for a beneficial effect, and is of the order of several tens meters, if a sufficiently high power density is to be delivered to the object.

Альтернативой традиционному подходу является транспортировка СВЧ-излучения по искусственному волноводу, созданному в атмосферном воздухе УФ лазерным излучением, имеющем кольцевое поперечное сечение пучка [2]. Так как показатель преломления в ионизованном воздухе меньше, чем в исходном воздухе, то при скользящих углах падения электромагнитного излучения на границу раздела будет наблюдаться эффект полного внутреннего отражения излучения. В цилиндрическом волноводе качественное условие каналирования СВЧ-излучения в геометрическом приближении (справедливом, строго говоря, когда диаметр волновода DB>>λСВЧ) выполняется, если дифракционный угол расходимости СВЧ-излучения βСВЧ оказывается меньше угла полного внутреннего отражения θ, определяемого соотношением Cosθ=n, где n - показатель преломления ионизованного газа относительно воздуха, который задается плотностью свободных электронов в ионизованном воздухе Ne (см. Фиг.1). Та, в свою очередь, определяется балансом рождения электронов в процессах многофотонной ионизации и их гибели при прилипании к молекулам кислорода, электрон-ионной или ассоциативной рекомбинации. Таким образом, концентрация электронов зависит от интенсивности и длины волны УФ лазерного излучения, а также длительности импульса.An alternative to the traditional approach is the transportation of microwave radiation through an artificial waveguide created in atmospheric air by UV laser radiation having an annular beam cross section [2]. Since the refractive index in ionized air is less than in the original air, the effect of total internal reflection of radiation will be observed at sliding angles of incidence of electromagnetic radiation at the interface. In a cylindrical waveguide, the qualitative condition for channeling microwave radiation in the geometric approximation (valid, strictly speaking, when the diameter of the waveguide is D B >> λ microwave ) is satisfied if the diffraction angle of divergence of the microwave radiation β microwave is less than the total internal reflection angle θ defined by the relation Cosθ = n, where n is the refractive index of the ionized gas relative to air, which is set by the density of free electrons in the ionized air N e (see Figure 1). That, in turn, is determined by the balance of electron production in multiphoton ionization processes and their death upon adherence to oxygen molecules, electron-ion or associative recombination. Thus, the electron concentration depends on the intensity and wavelength of the UV laser radiation, as well as the pulse duration.

Формирование протяженных плазменных структур с высокой плотностью электронов Ne=1014÷1015 см-3 и выше, в принципе, позволяет реализовать плазменные СВЧ-волноводы с возбуждением объемных мод наподобие тех, что передаются по металлическим волноводам [4, 5], а также коаксиальные линии и волноводы поверхностных волн [6]. В недавних экспериментах [7] было продемонстрировано каналирование СВЧ-излучения по полому трубчатому волноводу диаметром 45 мм, плазменные стенки которого состояли из многочисленных филамент, возникавших при распространении ультракороткого лазерного импульса с длиной волны излучения λ=800 нм. Однако длина распространения объемной моды СВЧ излучения в таком плазменном волноводе составляла всего 16 см и определялась большим удельным сопротивлением плазмы по сравнению с металлом. Длительность СВЧ-сигнала, переданного по этому волноводу, составляла около 10 нс и определялась характерным временем жизни свободных электронов в филаментах.The formation of extended plasma structures with a high electron density N e = 10 14 ÷ 10 15 cm -3 and higher, in principle, allows the realization of microwave plasma waveguides with excitation of volume modes similar to those transmitted via metal waveguides [4, 5], and also coaxial lines and waveguides of surface waves [6]. Recent experiments [7] demonstrated channeling of microwave radiation through a hollow tubular waveguide with a diameter of 45 mm, the plasma walls of which consisted of numerous filaments arising from the propagation of an ultrashort laser pulse with a radiation wavelength λ = 800 nm. However, the propagation length of the volume mode of microwave radiation in such a plasma waveguide was only 16 cm and was determined by the high specific resistance of the plasma as compared with the metal. The duration of the microwave signal transmitted through this waveguide was about 10 ns and was determined by the characteristic lifetime of free electrons in the filaments.

Предлагаемый в данной заявке новый способ направленной транспортировки СВЧ электромагнитного излучения сочетает преимущества ультракоротких ультрафиолетовых лазерных импульсов для эффективной ионизации воздуха и создания виртуальных плазменных волноводов с теоретически обоснованным и проверенным экспериментально скользящим режимом распространения СВЧ-излучения по указанному волноводу. Способ включает следующие операции.The new method of directional transportation of microwave electromagnetic radiation proposed in this application combines the advantages of ultrashort ultraviolet laser pulses for efficient ionization of air and the creation of virtual plasma waveguides with a theoretically justified and experimentally verified sliding mode of microwave radiation propagation along the specified waveguide. The method includes the following operations.

1. Создание плазменного волновода трубчатой формы путем пропускания лазерного излучения ультрафиолетового диапазона вдоль стенок указанного волновода. Ионизация воздуха под действием ультрафиолетового излучения с длиной волны λ=248 нм и энергией квантов hν=5 эВ, как показали наши эксперименты, в диапазоне интенсивностей 1011≥I≥3*108 Вт/см2 происходит преимущественно за счет двухступенчатого процесса ионизации молекул кислорода O2, имеющих потенциал ионизации Ii=12,08 эВ:1. The creation of a tubular plasma waveguide by transmitting laser radiation of the ultraviolet range along the walls of the specified waveguide. Air ionization under the influence of ultraviolet radiation with a wavelength of λ = 248 nm and a quantum energy of hν = 5 eV, as our experiments have shown, in the range of intensities 10 11 ≥I≥3 * 10 8 W / cm 2 occurs mainly due to the two-stage process of molecular ionization oxygen O 2 having an ionization potential I i = 12.08 eV:

Figure 00000002
Figure 00000002

Здесь O2* - некоторое промежуточное резонансное возбужденное состояние молекулы. При более высоких интенсивностях I≥1011 Вт/см2 (но ниже порога лавинной ионизации, зависящего от длительности импульса) доминирует прямая трехфотонная ионизация кислорода:Here O 2 * is some intermediate resonant excited state of the molecule. At higher intensities I≥10 11 W / cm 2 (but below the avalanche ionization threshold, which depends on the pulse duration), direct three-photon oxygen ionization dominates:

Figure 00000003
Figure 00000003

В обоих случаях для ионизации одной молекулы и образования одного свободного электрона затрачивается энергия лазерного излучения ~15 эВ.In both cases, the laser radiation energy of ~ 15 eV is expended for the ionization of one molecule and the formation of one free electron.

Для формирования указанного полого плазменного волновода трубчатой формы в воздухе пропускается лазерный пучок с кольцевым поперечным сечением, формируемый расположенными друг за другом двумя телескопами. Первый сжимает исходный лазерный пучок в пучок с малым радиусом, равным требуемой толщине стенки плазменного волновода ΔR. Второй телескоп формирует требуемый трубчатый лазерный пучок с радиусом R.To form the specified hollow plasma waveguide of a tubular shape, a laser beam with an annular cross section, formed by two telescopes located one after another, is transmitted through the air. The first compresses the original laser beam into a beam with a small radius equal to the required wall thickness of the plasma waveguide ΔR. The second telescope forms the desired tubular laser beam with a radius R.

Кольцевой лазерный пучок с внутренним радиусом R и шириной кольца ΔR, обладающий расходимостью излучения θ, по мере распространения постепенно "расплывается": его радиус на расстоянии L составляет RL≈R+θ·L, а ширина ΔRL=ΔR+θL. При θ~10-5 рад (что много больше дифракционного предела θдиф=0,61 λ/R=5·10-7 рад) и L=1 км величина θ·L=1 см. Для исходного радиуса R=30 см и ΔR=1÷2 см радиус канала практически не меняется (RL≈R), а ширина кольца увеличивается примерно в два раза, что приводит к уменьшению средней концентрации электронов в стенках волновода. В результате, резкая начальная граница кольца и ступенчатое радиальное распределение концентрации электронов расплываются, и увеличиваются потери на поглощение СВЧ-излучения в стенках плазменного волновода. Однако до тех пор, пока ширина области размытия границ волновода не превышает длину волны СВЧ-излучения, длина затухания СВЧ-сигнала вдоль плазменного волновода существенно не падает. Для компенсации фазовых искажений, вносимых оптическими элементами лазерной схемы, применяется системы коррекции лазерного пучка с помощью адаптивного зеркала.An annular laser beam with an inner radius R and a ring width ΔR, having a radiation divergence θ, gradually “spreads out” as it propagates: its radius at a distance L is R L ≈R + θ · L, and its width ΔR L = ΔR + θL. At θ ~ 10 -5 rad (which is much larger than the diffraction limit, θ diff = 0.61 λ / R = 5 · 10 -7 rad) and L = 1 km, the value θ · L = 1 cm. For the initial radius R = 30 cm and ΔR = 1 ÷ 2 cm, the radius of the channel remains almost unchanged (R L ≈R), and the ring width increases approximately two times, which leads to a decrease in the average electron concentration in the walls of the waveguide. As a result, the sharp initial boundary of the ring and the stepwise radial distribution of the electron concentration spread out, and losses due to absorption of microwave radiation in the walls of the plasma waveguide increase. However, as long as the width of the blur region of the waveguide does not exceed the wavelength of the microwave radiation, the attenuation length of the microwave signal along the plasma waveguide does not substantially decrease. To compensate for phase distortions introduced by the optical elements of the laser circuit, a laser beam correction system using an adaptive mirror is used.

В продольном (вдоль плазменного волновода) направлении (z) концентрация электронов постепенно уменьшается в соответствии с законом ослабления интенсивности излучения:In the longitudinal (along the plasma waveguide) direction (z), the electron concentration gradually decreases in accordance with the law of attenuation of radiation intensity:

Figure 00000004
Figure 00000004

в случае доминирования процесса ступенчатой ионизации через промежуточный уровень (2) иin the case of the dominance of the stepwise ionization process through the intermediate level (2) and

Figure 00000005
Figure 00000005

в случае прямой трехфотонной ионизации (3).in the case of direct three-photon ionization (3).

Здесь K2 и K3 - константы скоростей соответствующих процессов фотоионизации

Figure 00000006
, I0=I(z=0) - начальное значение интенсивности лазерных импульсов, которое находится из условия наработки требуемой концентрации электронов. В случае доминирования процесса ступенчатой ионизации с константой К2=100 см/Вт2с [8], полагая, что прилипание электронов к молекуле О2 полностью скомпенсировано обратным процессом фотоотрыва электронов (что справедливо для интенсивности лазерного излучения I≥3*107 Вт/см2), получаем, что для создания концентрации электронов Ne=1013 см-3 цугом из n=50 импульсов с длительностью τ=1 пс необходима пиковая интенсивность импульсов:Here K 2 and K 3 are the rate constants of the corresponding photoionization processes
Figure 00000006
, I 0 = I (z = 0) is the initial value of the intensity of the laser pulses, which is found from the condition for the production of the required electron concentration. In the case of the dominance of the stepwise ionization process with the constant K 2 = 100 cm / W 2 s [8], assuming that the attachment of electrons to the O 2 molecule is completely compensated by the reverse process of electron photodetachment (which is true for the laser radiation intensity I≥3 * 10 7 W / cm 2 ), we find that to create an electron concentration N e = 10 13 cm -3 in a train of n = 50 pulses with a duration τ = 1 ps, the peak pulse intensity is necessary:

Figure 00000007
.
Figure 00000007
.

Характерная длина истощения (на которой интенсивность лазерного излучения уменьшается в 2 раза) L0=(3hνK2I0)-1≈930 м.The characteristic length of depletion (at which the laser radiation intensity decreases by a factor of 2) L 0 = (3hνK 2 I 0 ) -1 ≈ 930 m.

2. Поддержание существования плазменного волновода в течение требуемого времени транспортировки СВЧ-излучения обеспечивается пропусканием дополнительного лазерного излучения. Так как основной причиной гибели свободных электронов в воздухе при концентрациях Ne≤1016 см-3 является их прилипание к молекуле кислорода с образованием электроотрицательного молекулярного иона O2-, то предлагается использовать второй импульс лазерного излучения для поддержания ионизации в слабоионизованной плазме за счет обратного тормозного поглощения, либо фотоотрыва электронов, если энергия квантов больше, чем энергия связи (сродства) электрона в молекулярном ионе hν≥ε. Для О2- ε~0,5 эВ и поэтому фотоотрыв электронов возможен для излучения видимого диапазона [9]. Для УФ излучения по сравнению с излучением видимого диапазона сечение процесса возрастает в несколько раз.2. Maintaining the existence of a plasma waveguide for the required time for transportation of microwave radiation is ensured by transmission of additional laser radiation. Since the main cause of death of free electrons in air at concentrations of N e ≤10 16 cm -3 is their adhesion to an oxygen molecule with the formation of an electronegative molecular ion O 2 - , it is proposed to use a second laser pulse to maintain ionization in a weakly ionized plasma due to the reverse bremsstrahlung absorption, or photodetachment of electrons, if the quantum energy is greater than the binding energy (affinity) of the electron in the molecular ion hν≥ε. For О 2 - ε ~ 0.5 eV and therefore photodetachment of electrons is possible for visible radiation [9]. For UV radiation, compared with visible radiation, the cross section of the process increases several times.

3. Транспортировку СВЧ излучения по плазменному волноводу в режиме скользящей моды колебаний. Проведенные нами теоретические расчеты на основании решения дисперсионных уравнений с комплексной диэлектрической проницаемостью воздушной плазмы определили область параметров, в котором реализуется скользящий режим распространения СВЧ излучения. Она определяется параметрами α и β из соотношений3. Transportation of microwave radiation through a plasma waveguide in the mode of a sliding oscillation mode. Our theoretical calculations based on the solution of dispersion equations with the complex permittivity of air plasma determined the region of parameters in which the sliding mode of propagation of microwave radiation is realized. It is determined by the parameters α and β from the relations

Figure 00000008
Figure 00000008

где

Figure 00000009
- диэлектрическая проницаемость плазмы, характерный параметр задачи
Figure 00000010
. Здесь R есть радиус плазменного волновода,
Figure 00000011
- характерная плазменная частота, Ne есть плотность электронов в слабоионизованной плазме, νT - характерная транспортная частота столкновений электронов в плазме (с молекулами воздуха, ионами и электронами плазмы), ω и k0 - частота и вакуумное волновое число СВЧ-излучения.Where
Figure 00000009
is the dielectric constant of the plasma, a characteristic parameter of the problem
Figure 00000010
. Here R is the radius of the plasma waveguide,
Figure 00000011
is the characteristic plasma frequency, N e is the electron density in a weakly ionized plasma, ν T is the characteristic transport frequency of electron collisions in plasma (with air molecules, plasma ions and electrons), ω and k 0 are the frequency and vacuum wave number of microwave radiation.

Значения величин α и β определяются из численного решения соответствующего дисперсионного уравнения для моды транспортируемого излучения. В частности, для низших аксиально-симметричных мод, в зависимости от значений параметров задачи, оценки дают α~1÷3 и β~0,2÷0,5. Режим скольжения заведомо выполнен при

Figure 00000012
и µ≥1.The values of α and β are determined from the numerical solution of the corresponding dispersion equation for the mode of transported radiation. In particular, for lower axially symmetric modes, depending on the values of the parameters of the problem, estimates give α ~ 1 ÷ 3 and β ~ 0.2 ÷ 0.5. The slip mode is obviously performed at
Figure 00000012
and µ≥1.

В области миллиметровых и субмиллиметровых волн ω<<νT (характерные значения транспортной частоты столкновений электронов слабоионизованной плазмы с нейтральными молекулами атмосферного воздуха νT~(1÷10)×1012 c-1 в зависимости от температуры электронов, (Te~0,026÷1,5 эВ) и соотношения (6) можно представить в виде (полагая α=1, β=0)In the region of millimeter and submillimeter waves, ω << ν T (characteristic values of the transport frequency of collisions of electrons of a weakly ionized plasma with neutral molecules of atmospheric air ν T ~ (1 ÷ 10) × 10 12 s -1 depending on the electron temperature, (T e ~ 0.026 ÷ 1.5 eV) and relations (6) can be represented in the form (assuming α = 1, β = 0)

Figure 00000013
Figure 00000013

Figure 00000014
Figure 00000014

В области высоких частот ω>>νT первое условие в (6) всегда выполняется, и остается лишь второе условие, которое может быть представлено (поскольку µ уже не зависит от длины волны λСВЧ) в видIn the high-frequency region ω >> ν T, the first condition in (6) is always satisfied, and only the second condition remains, which can be represented (since μ no longer depends on the microwave wavelength λ) in the form

Figure 00000015
Figure 00000015

Вычисления, проведенные для волноводов с различными радиусами R и длины волны СВЧ-излучения λСВЧ=8 мм, показаны на Фиг.2. Для фиксированной длины волны излучения с λСВЧ=8 мм длина затухания (на которой интенсивность СВЧ-излучения уменьшается в е раз) возрастает с увеличением радиуса волновода и концентрации электронов, достигая ~800 м при Ne=1013 см-3 и R=30 см. Показано также, что для таких концентраций электронов толщина стенки волновода может не превышать 1 см. Длина затухания увеличивается с уменьшением длины волны и для субмиллиметровых волн достигает нескольких километров (Фиг.3).The calculations performed for waveguides with different radii R and a wavelength of microwave radiation λ microwave = 8 mm, are shown in figure 2. For a fixed radiation wavelength with λ microwave frequency = 8 mm, the attenuation length (at which the microwave radiation intensity decreases by a factor of e) increases with increasing waveguide radius and electron concentration, reaching ~ 800 m at Ne = 10 13 cm -3 and R = 30 cm. It was also shown that for such electron concentrations the waveguide wall thickness can not exceed 1 cm. The attenuation length increases with decreasing wavelength and reaches several kilometers for submillimeter waves (Figure 3).

Дальность воздействия в случае каналирования СВЧ-излучения в плазменном волноводе в режиме скользящих мод многократно превышает дальность воздействия при свободном распространении, полученную по формуле (1).The exposure range in the case of channeling of microwave radiation in a plasma waveguide in the sliding mode mode is many times greater than the exposure range for free propagation obtained by formula (1).

Отношение интенсивностей СВЧ-излучения, передаваемой по виртуальному плазменному волноводу, к интенсивности при распространении в свободном пространстве для различных размеров передающей антенны и одинаковой мощности СВЧ-генератора (λСВЧ=8 мм) показано на Фиг.4. Видно, что даже при больших размерах антенны ~2 м в случае транспортировки излучения по виртуальному волноводу достигается более чем 10-кратный выигрыш в интенсивности, причем виртуальный волновод имеет преимущество на расстояниях более 1 км.The ratio of the intensities of microwave radiation transmitted through a virtual plasma waveguide to the intensity during propagation in free space for different sizes of the transmitting antenna and the same power of the microwave generator (λ microwave = 8 mm) is shown in FIG. 4. It can be seen that even with large antenna sizes of ~ 2 m, in the case of transporting radiation through a virtual waveguide, a more than 10-fold gain in intensity is achieved, and the virtual waveguide has an advantage at distances of more than 1 km.

Режим скользящего распространения СВЧ-излучения в трубчатом плазменном волноводе получил экспериментальное подтверждение в наших экспериментах (см. Фиг.5). Генерируемое импульсным магнетроном излучение с длиной волны λСВЧ=8 мм вводилось с помощью рупорной антенны в плазменный волновод с R=60 мм и ΔR=10 мм, в стенках которого с помощью излучения KrF лазера с длиной волны λ=248 нм создавалась концентрация электронов Ne~1012 см-3. В течение 100-нс лазерного импульса на приемнике СВЧ, установленном на расстоянии до 60 м от рупорного излучателя наблюдалось значительное увеличение амплитуды сигнала СВЧ, связанное с каналлированием излучения в плазменном волноводе.The mode of creeping propagation of microwave radiation in a tubular plasma waveguide was experimentally confirmed in our experiments (see Figure 5). The radiation generated by a pulsed magnetron with a wavelength of λ microwave frequency = 8 mm was introduced using a horn antenna into a plasma waveguide with R = 60 mm and ΔR = 10 mm, in the walls of which an electron concentration N was created using a KrF laser with a wavelength of λ = 248 nm e ~ 10 12 cm -3 . During a 100 ns laser pulse at a microwave receiver installed at a distance of up to 60 m from the horn emitter, a significant increase in the amplitude of the microwave signal was observed due to the channeling of the radiation in the plasma waveguide.

4. Для создания полого плазменного волновода используется цуг ультрафиолетовых импульсов пикосекундного диапазона длительностей и с высокой пиковой интенсивностью I0~4,5*1010 Вт/см2, следующих с интервалом 2-10 нс (см. Фиг.6), что позволяет более эффективно ионизовать воздух в каждом из импульсов цуга, так как вероятности процессов многофотонной ионизации (2) и (3) пропорциональны, соответственно ∞ I2 и ∞ I3, и накапливать концентрацию электронов от импульса к импульсу. Интервал между импульсами цуга выбран таким образом, чтобы, с одной стороны, он был больше времени восстановления инверсии населенностей (усиления) в активной среде эксимерного усилителя (~2 нс) [10], используемого для усиления цуга, а с другой стороны - был меньше характерного времени прилипания электронов (~10 нс) к молекулам кислорода, которое является основным механизмом потерь электронов в диапазоне концентраций Ne<1016 см-3.4. To create a hollow plasma waveguide, a train of ultraviolet pulses of the picosecond range of durations and with a high peak intensity I 0 ~ 4.5 * 10 10 W / cm 2 , following with an interval of 2-10 ns (see Figure 6), is used, which allows it is more efficient to ionize air in each of the train pulses, since the probabilities of multiphoton ionization processes (2) and (3) are proportional to ∞ I 2 and ∞ I 3 , respectively, and to accumulate the electron concentration from pulse to pulse. The interval between train pulses was chosen so that, on the one hand, it was longer than the recovery time of population inversion (gain) in the active medium of an excimer amplifier (~ 2 ns) [10] used to amplify the train, and on the other hand, it was shorter characteristic time of electron attachment (~ 10 ns) to oxygen molecules, which is the main mechanism of electron loss in the concentration range Ne <10 16 cm -3 .

Так как пикововая мощность отдельных импульсов в цуге Р=2πRΔRI0=8,5 ТВт (R=30 см, ΔR~1 см, I0=4,5*1010 Вт/см2) на много порядков превышает критическую величину для филаментации ультрафиолетового лазерного излучения Ркр≈108 Вт [11], то трубчатый пучок будет состоять из множества филаментов, среднее расстояние между которыми много меньше длины волны указанного транспортируемого СВЧ-излучения на любом участке периметра указанного трубчатого волновода в любом его сечении, а локальная концентрация электронов в которых Ne~3*1015÷1016 см-3 - будет существенно превышать среднее значение Ne~1013 см-3. При этом полная энергия лазерного излучения в цуге из 50 импульсов составляет ~430 Дж.Since the peak power of individual pulses in the train P = 2πRΔRI 0 = 8.5 TW (R = 30 cm, ΔR ~ 1 cm, I 0 = 4.5 * 10 10 W / cm 2 ) is many orders of magnitude higher than the critical value for filamentation ultraviolet laser radiation P cr ≈10 8 W [11], then the tubular beam will consist of many filaments, the average distance between which is much less than the wavelength of the indicated transported microwave radiation at any part of the perimeter of the specified tubular waveguide in any section, and the local concentration of electrons in which N e ~ 3 * 10 15 ÷ 10 16 cm -3 - will be significant o exceed the average value of N e ~ 10 13 cm -3 . In this case, the total energy of laser radiation in a train of 50 pulses is ~ 430 J.

5. Первые несколько ультрафиолетовых импульсов из цуга пикосекундных импульсов с высокой интенсивностью I~4,5*1010 Вт/см2 используются для создания и накопления необходимой концентрации электронов в плазменном волноводе с использованием эффекта филаментации лазерного пучка, развивающейся при существенном превышении мощности излучения над критической Ркр≈108 Вт и, как следствие, при расстоянии между филаментами меньше длины волны СВЧ-излучения. Последующие импульсы с меньшей пиковой интенсивностью I~108 Вт/см2 служат для поддержания ионизации в указанном волноводе в течение времени, требуемого для передачи СВЧ сигнала за счет эффекта фотоотрыва электронов от молекул O2-.5. The first few ultraviolet pulses from a train of picosecond pulses with a high intensity I ~ 4.5 * 10 10 W / cm 2 are used to create and accumulate the necessary electron concentration in a plasma waveguide using the filamentation of a laser beam, which develops when the radiation power is significantly higher than critical Р кр ≈10 8 W and, as a result, when the distance between the filaments is less than the microwave radiation wavelength. Subsequent pulses with a lower peak intensity I ~ 10 8 W / cm 2 serve to maintain ionization in the specified waveguide for the time required to transmit the microwave signal due to the effect of photodetachment of electrons from O 2 - molecules.

6. Для усиления цуга пикосекундных импульсов ультрафиолетового диапазона, создающих полый плазменный волновод, используются широкоапертурные усилители с накачкой электронным пучком на различных эксимерных молекулах: ArF (длина волны λ=193 нм), KrCl (λ=222 нм), KrF (λ=248 нм), XeCl (λ=308 нм), XeF (λ=353 нм). Все они имеют высокую эффективность усиления и малые времена восстановления усиления в активной среде (порядка нескольких не), а также короткую длину волны излучения, позволяющую ионизовать воздух за счет процессов многофотонной ионизации.6. To amplify the train of picosecond ultraviolet pulses generating a hollow plasma waveguide, wide-aperture amplifiers with electron beam pumping on various excimer molecules are used: ArF (wavelength λ = 193 nm), KrCl (λ = 222 nm), KrF (λ = 248 nm), XeCl (λ = 308 nm), XeF (λ = 353 nm). All of them have high gain efficiency and short gain recovery times in the active medium (of the order of several nsec), as well as a short radiation wavelength, which allows ionizing the air due to multiphoton ionization processes.

Пример реализацииImplementation example

Предлагаемый способ реализуется следующим образом: титан-сапфировый лазер генерирует лазерные импульсы с длительностью несколько десятков фс, с частотой повторения несколько Гц и с энергией в импульсе несколько мДж, и с длиной волны около 744 нм, которые утраиваются по частоте излучения до длины волны 248 нм. Указанные импульсы преобразуются в цуг, например в оптическом резонаторе, следующих друг за другом через несколько нс. Сформированные таким образом цуги ультракоротких лазерных импульсов последовательно усиливаются в двух криптон-фторовых лазерных усилителях, накачиваемых, например, электронными пучками с длительностью импульсов в несколько сотен нс, в результате чего на выходе оконечного усилителя достигается плотность энергии излучения 10 мДж/см2 для одного ультракороткого лазерного импульса и порядка 500 мДж для цуга из, например, 50 ультракоротких лазерных импульсов. Полная энергия лазерного излучения в одном цуге составляет порядка 500 Дж.The proposed method is implemented as follows: a titanium-sapphire laser generates laser pulses with a duration of several tens of fs, a repetition rate of several Hz and a pulse energy of several mJ, and a wavelength of about 744 nm, which triple in frequency to a wavelength of 248 nm . These pulses are converted to a train, for example, in an optical resonator, following each other after a few ns. The trains of ultrashort laser pulses thus formed are sequentially amplified in two krypton-fluorine laser amplifiers, pumped, for example, by electron beams with a pulse duration of several hundred ns, as a result of which an output energy density of 10 mJ / cm 2 for one ultrashort is achieved a laser pulse and of the order of 500 mJ for a train of, for example, 50 ultrashort laser pulses. The total energy of laser radiation in one train is about 500 J.

После эксимерных лазерных усилителей из цуга усиленных импульсов с помощью оптических элементов формируется трубчатый лазерный пучок. Сформированный трубчатый лазерный пучок ионизует воздух на трассе распространения и создает полый плазменный волновод кольцевого сечения с плотностью свободных электронов порядка 1013 см-3, накапливаемой за счет воздействия цуга ультракоротких лазерных импульсов. В указанный плазменный волновод с помощью системы ввода направляется СВЧ-излучение. С помощью трансформатора мод формируется объемная мода Н11 СВЧ-излучения, наиболее близкая к скользящей моде указанного плазменного волновода.After excimer laser amplifiers, a tube laser beam is formed from the train of amplified pulses using optical elements. The formed tubular laser beam ionizes the air along the propagation path and creates a hollow plasma waveguide of circular cross section with a free electron density of the order of 10 13 cm -3 , which is accumulated due to the action of a train of ultrashort laser pulses. Microwave radiation is directed into the indicated plasma waveguide using an input system. Using the mode transformer, the H 11 microwave radiation volume mode is formed, which is closest to the sliding mode of the indicated plasma waveguide.

Расстояние, на которое транспортируется СВЧ-излучение в указанном плазменном волноводе, составляет порядка 1 км, а плотность мощности на приемнике примерно в 10 раз превышает плотность мощности при распространении СВЧ-излучения в свободном пространстве, длительность транспортировки СВЧ-излучения может достигать нескольких сотен нс.The distance over which microwave radiation is transported in the indicated plasma waveguide is about 1 km, and the power density at the receiver is about 10 times higher than the power density when microwave radiation propagates in free space, the duration of microwave radiation can reach several hundred ns.

Теоретический анализ работы формируемого плазменного волновода, подтвержденный экспериментально, обеспечивает высокую надежность направленной транспортировки СВЧ электромагнитного излучения, выполняемой предложенным способом.A theoretical analysis of the operation of the generated plasma waveguide, confirmed experimentally, provides high reliability of directional transportation of microwave electromagnetic radiation performed by the proposed method.

Источники информацииInformation sources

Figure 00000016
Figure 00000016

Claims (13)

1. Способ направленной транспортировки СВЧ электромагнитного излучения в газовой среде, включающий создание плазменного волновода трубчатой формы путем пропускания в заданном направлении лазерного излучения ультрафиолетового диапазона вдоль стенок указанного создаваемого волновода, поддержание существования указанного волновода в течение времени указанной транспортировки путем пропускания дополнительного лазерного излучения видимого диапазона в указанном направлении вдоль стенок указанного волновода и транспортировку указанного СВЧ излучения по указанному волноводу в режиме скользящей моды колебаний, отличающийся тем, что в указанном направлении пропускают цуг следующих друг за другом с интервалом 2-10 нс импульсов филаментированного лазерного излучения ультрафиолетового диапазона так, что указанный цуг служит для создания указанного трубчатого волновода, и при этом мощность импульсов указанного цуга и их число выбирают из условия: расстояния между филаментами указанного лазерного излучения ультрафиолетового диапазона меньше длины волны указанного транспортируемого СВЧ излучения на любом участке периметра указанного трубчатого волновода в любом его сечении.1. The method of directional transportation of microwave electromagnetic radiation in a gas environment, including the creation of a plasma waveguide of a tubular shape by transmitting in the specified direction the laser radiation of the ultraviolet range along the walls of the specified generated waveguide, maintaining the existence of the specified waveguide during the time of said transportation by transmitting additional visible laser radiation in the specified direction along the walls of the specified waveguide and the transportation specified of microwave radiation through the specified waveguide in the mode of a moving oscillation mode, characterized in that a train of pulses of ultraviolet filamented laser radiation following one after another with an interval of 2-10 ns is passed in such a way that the train serves to create the specified tubular waveguide, and wherein the pulse power of the specified train and their number is selected from the condition: the distance between the filaments of the specified laser radiation in the ultraviolet range is less than the wavelength of the specified trans sporting microwave radiation at any part of the perimeter of the specified tubular waveguide in any section. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный цуг состоит из импульсов филаментированного лазерного излучения с длительностью порядка 1 пс и с длиной волны λ, равной 353 нм с разбросом по длине волны порядка 2 нм.2. The method according to claim 1, characterized in that said train consists of filaments of laser radiation with a duration of about 1 ps and a wavelength λ of 353 nm with a wavelength spread of about 2 nm. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный цуг состоит из импульсов филаментированного лазерного излучения с длительностью порядка 1 пс и с длиной волны λ, равной 308 нм с разбросом по длине волны порядка 2 нм.3. The method according to claim 1, characterized in that said train consists of filaments of laser radiation with a duration of about 1 ps and a wavelength λ of 308 nm with a wavelength spread of about 2 nm. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный цуг состоит из импульсов филаментированного лазерного излучения с длительностью порядка 1 пс и с длиной волны λ, равной 248 нм с разбросом по длине волны порядка 2 нм.4. The method according to claim 1, characterized in that said train consists of filaments of laser radiation with a duration of about 1 ps and a wavelength of λ equal to 248 nm with a wavelength spread of about 2 nm. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный цуг состоит из импульсов филаментированного лазерного излучения с длительностью порядка 1 пс и с длиной волны λ, равной 222 нм с разбросом по длине волны порядка 2 нм.5. The method according to claim 1, characterized in that said train consists of filaments of laser radiation with a duration of about 1 ps and a wavelength λ of 222 nm with a wavelength spread of about 2 nm. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный цуг состоит из импульсов филаментированного лазерного излучения с длительностью порядка 1 пс и с длиной волны λ, равной 193 нм с разбросом по длине волны порядка 2 нм.6. The method according to claim 1, characterized in that said train consists of filaments of laser radiation with a duration of about 1 ps and a wavelength λ of 193 nm with a wavelength spread of about 2 nm. 7. Способ направленной транспортировки СВЧ электромагнитного излучения в газовой среде, включающий создание плазменного волновода трубчатой формы путем пропускания в заданном направлении лазерного излучения ультрафиолетового диапазона вдоль стенок указанного создаваемого волновода, поддержание существования указанного волновода в течение времени указанной транспортировки путем пропускания дополнительного лазерного излучения в указанном направлении вдоль стенок указанного волновода и транспортировку указанного СВЧ излучения по указанному волноводу в режиме скользящей моды колебаний, отличающийся тем, что в указанном направлении пропускают цуг следующих друг за другом с интервалом 2-10 нс импульсов филаментированного лазерного излучения ультрафиолетового диапазона так, что первые несколько импульсов указанного цуга служат для создания указанного трубчатого волновода, а последующие импульсы указанного цуга поддерживают существование указанного канала транспортировки СВЧ излучения, и при этом мощность импульсов указанного цуга и их число выбирают из условия: расстояния между филаментами указанного лазерного излучения ультрафиолетового диапазона меньше длины волны указанного транспортируемого СВЧ излучения на любом участке периметра указанного трубчатого волновода в любом его сечении.7. A method for the directed transportation of microwave electromagnetic radiation in a gaseous medium, including the creation of a tubular plasma waveguide by transmitting ultraviolet laser radiation in a given direction along the walls of the waveguide to be created, maintaining the existence of the specified waveguide during the time of said transportation by transmitting additional laser radiation in the specified direction along the walls of the specified waveguide and transportation of the specified microwave radiation n about the specified waveguide in the mode of sliding oscillation mode, characterized in that in the indicated direction a train of pulses of ultraviolet filament laser radiation following one after another with an interval of 2-10 ns is passed so that the first few pulses of the specified train serve to create the specified tubular waveguide, and subsequent pulses of the specified train support the existence of the specified channel for the transportation of microwave radiation, and the pulse power of the specified train and their number are selected from I: the distance between the filaments of the specified laser radiation of the ultraviolet range is less than the wavelength of the indicated transported microwave radiation at any part of the perimeter of the specified tubular waveguide in any section thereof. 8. Способ по п.2, отличающийся тем, что для поддержания существования указанного волновода используют указанные последующие импульсы лазерного излучения ультрафиолетового диапазона меньшей мощности, достаточной для подавления эффекта прилипания электронов к молекулам О2.8. The method according to claim 2, characterized in that to maintain the existence of the specified waveguide use the following subsequent pulses of laser radiation of the ultraviolet range of lower power, sufficient to suppress the effect of electron attachment to O 2 molecules. 9. Способ по п.7 или 8, отличающийся тем, что указанный цуг состоит из импульсов филаментированного лазерного излучения с длительностью порядка 1 пс и с длиной волны λ, равной 353 нм с разбросом по длине волны порядка 2 нм.9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that said train consists of filaments of laser radiation with a duration of about 1 ps and a wavelength λ of 353 nm with a wavelength spread of about 2 nm. 10. Способ по п.7 или 8, отличающийся тем, что указанный цуг состоит из импульсов филаментированного лазерного излучения с длительностью порядка 1 пс и с длиной волны λ, равной 308 нм с разбросом по длине волны порядка 2 нм.10. The method according to claim 7 or 8, characterized in that said train consists of filaments of laser radiation with a duration of the order of 1 ps and a wavelength λ of 308 nm with a wavelength spread of about 2 nm. 11. Способ по п.7 или 8, отличающийся тем, что указанный цуг состоит из импульсов филаментированного лазерного излучения с длительностью порядка 1 пс и с длиной волны λ, равной 248 нм с разбросом по длине волны порядка 2 нм.11. The method according to claim 7 or 8, characterized in that said train consists of filaments of laser radiation with a duration of about 1 ps and a wavelength λ of 248 nm with a wavelength spread of about 2 nm. 12. Способ по п.7 или 8, отличающийся тем, что указанный цуг состоит из импульсов филаментированного лазерного излучения с длительностью порядка 1 пс и с длиной волны λ, равной 222 нм с разбросом по длине волны порядка 2 нм.12. The method according to claim 7 or 8, characterized in that said train consists of filaments of laser radiation with a duration of about 1 ps and a wavelength λ of 222 nm with a wavelength spread of about 2 nm. 13. Способ по п.7 или 8, отличающийся тем, что указанный цуг состоит из импульсов филаментированного лазерного излучения с длительностью порядка 1 пс и с длиной волны λ, равной 193 нм с разбросом по длине волны порядка 2 нм. 13. The method according to claim 7 or 8, characterized in that said train consists of filaments of laser radiation with a duration of about 1 ps and a wavelength λ of 193 nm with a wavelength spread of about 2 nm.
RU2009134284/28A 2010-05-31 2010-05-31 Method for directional transportation of microwave electromagnet radiation RU2411662C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009134284/28A RU2411662C1 (en) 2010-05-31 2010-05-31 Method for directional transportation of microwave electromagnet radiation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009134284/28A RU2411662C1 (en) 2010-05-31 2010-05-31 Method for directional transportation of microwave electromagnet radiation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2411662C1 true RU2411662C1 (en) 2011-02-10

Family

ID=46309419

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009134284/28A RU2411662C1 (en) 2010-05-31 2010-05-31 Method for directional transportation of microwave electromagnet radiation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2411662C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2608755C1 (en) * 2013-04-25 2017-01-24 Интел Корпорейшн Communication device of millimeter wavelength range and method for intellectual controlling transmission power and power flux density

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
АСКАРЬЯН Г.А. Волноводные свойства трубчатого светового луча. ЖЭТФ, 1968, т.55, №4, с.1400-1403. CHATEAUNEUF M. et all. Microwave guiding in air by a cylindrical filament array waveguide. Appl. Phys. Lett. 2008, V.92, №9, P.091104. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2608755C1 (en) * 2013-04-25 2017-01-24 Интел Корпорейшн Communication device of millimeter wavelength range and method for intellectual controlling transmission power and power flux density

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Amico et al. Forward THz radiation emission by femtosecond filamentation in gases: theory and experiment
US20090146085A1 (en) Compact high-power pulsed terahertz source
Abubakirov et al. An X-band gigawatt amplifier
Auguste et al. Defocusing effects of a picosecond terawatt laser pulse in an underdense plasma
Jenn Plasma antennas: Survey of Techniques and the Current State of the Art
US8665923B2 (en) Remotely induced atmospheric lasing
US9697982B2 (en) Apparatus for GHz rate high duty cycle pulsing and manipulation of low and medium energy DC electron beams
Gupta et al. Terahertz radiation generation by a super-Gaussian laser pulse in a magnetized plasma
Strelkov Experimental relativistic plasma microwave electronics
RU2411662C1 (en) Method for directional transportation of microwave electromagnet radiation
Sidorov Terahertz gas discharge: current progress and possible applications
Woskoboinikow et al. Submillimeter‐laser‐induced air breakdown
US20110089834A1 (en) Z-pinch plasma generator and plasma target
Buleyko et al. Feedback in plasma maser
Kartashov et al. Femtosecond filament initiated, microwave heated cavity-free nitrogen laser in air
Andreev et al. Change in the generation mode of the plasma relativistic microwave oscillator
Blair et al. Generation of rf radiation by low-intensity laser pulse trains in air
EP1026796A3 (en) Laser oscillating apparatus, exposure apparatus using the same, and device fabrication method
Chen et al. End-boundary sheath potential, electron and ion energy distribution in the low-pressure non-ambipolar electron plasma
Ito et al. Propagation characteristics and guiding of a high-power microwave in plasma waveguide
CA2805144C (en) Plasma light source
Behrouzinia et al. Frequency dependence of amplifying parameters of a copper vapor laser using air as a buffer gas
Zvorykin et al. Microwave energy channeling in plasma waveguides created by a high-power UV laser in the atmosphere
Tsushima et al. Longitudinally excited N2 laser with large-diameter discharge tube
Lustig Electron Density Dependence of Cyclotron Harmonic Radiation from a Plasma

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20161125

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180601