JPH07142190A - パルスレーザによる放電誘導方法 - Google Patents
パルスレーザによる放電誘導方法Info
- Publication number
- JPH07142190A JPH07142190A JP5292139A JP29213993A JPH07142190A JP H07142190 A JPH07142190 A JP H07142190A JP 5292139 A JP5292139 A JP 5292139A JP 29213993 A JP29213993 A JP 29213993A JP H07142190 A JPH07142190 A JP H07142190A
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- pulse
- laser beam
- electrodes
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 パルスレーザにより正負に帯電した電極間の
気体分子を多光子電離せしめて放電を開始させるに際し
て、電極間が長距離の場合でも、レーザのパルスエネル
ギを小さく維持しながら放電を可能とする。 【構成】 パルス幅が１ピコ秒以下でパルスエネルギが
１０ｍＪ以上のパルス発振によるレーザビームを、パワ
ー密度が多光子電離可能な値以上になるようにビーム径
を縮小して電極間に放射する。
気体分子を多光子電離せしめて放電を開始させるに際し
て、電極間が長距離の場合でも、レーザのパルスエネル
ギを小さく維持しながら放電を可能とする。 【構成】 パルス幅が１ピコ秒以下でパルスエネルギが
１０ｍＪ以上のパルス発振によるレーザビームを、パワ
ー密度が多光子電離可能な値以上になるようにビーム径
を縮小して電極間に放射する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、レーザビームによる
多光子イオン化を用いた気中放電のトリガ技術に関する
ものである。
多光子イオン化を用いた気中放電のトリガ技術に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】図２は、従来のパルスレーザによる放電
誘導方法を示す斜視図であり、図２において、１は正に
帯電させた電極、２は負に帯電させた電極、３はパルス
幅Ｔが１０ナノ秒程度のレーザビーム、４はこのレーザ
ビーム３を電極１，２間において焦点を結ぶように集光
する集光レンズである。
誘導方法を示す斜視図であり、図２において、１は正に
帯電させた電極、２は負に帯電させた電極、３はパルス
幅Ｔが１０ナノ秒程度のレーザビーム、４はこのレーザ
ビーム３を電極１，２間において焦点を結ぶように集光
する集光レンズである。
【０００３】次に動作について説明する。高出力パルス
レーザビーム３をレンズ４により集光することにより、
焦点におけるパワー密度Ｐが１テラワット／ｃｍ2程度
以上になると、焦点内の気体分子が多光子電離によりイ
オン化され球状の弱電離プラズマ５が図２のように列を
なして焦点近傍に形成される。そして、このプラズマが
レーザ光により加熱され、更にイオン化が進み高密度プ
ラズマ球となると、電極１，２の間隔がこれら球状プラ
ズマ５の列の長さに応じた距離である限りにおいて、放
電６が開始される。
レーザビーム３をレンズ４により集光することにより、
焦点におけるパワー密度Ｐが１テラワット／ｃｍ2程度
以上になると、焦点内の気体分子が多光子電離によりイ
オン化され球状の弱電離プラズマ５が図２のように列を
なして焦点近傍に形成される。そして、このプラズマが
レーザ光により加熱され、更にイオン化が進み高密度プ
ラズマ球となると、電極１，２の間隔がこれら球状プラ
ズマ５の列の長さに応じた距離である限りにおいて、放
電６が開始される。
【０００４】なお、多光子電離とはレーザビームのパワ
ー密度が充分大きくなったとき、気体分子のイオン化ポ
テンシャル以下の光子エネルギーでも、その整数倍のエ
ネルギーで気体分子をイオン化することによる電離現象
である。また、レーザビームの１パルス当りの出力エネ
ルギをＥとした場合、ピーク出力ＷはＷ＝Ｅ／Ｔ（Ｔは
パルス幅）となり、ビーム径をＲとすると、パワー密度
Ｐは、概略Ｐ＝Ｗ／πＲ2 となる。したがって、例えば
レーザビーム３の出力エネルギＥが例えばＥ＝１０ｍＪ
である場合、ピーク出力ＷはＷ＝１０7 ワットとなり、
Ｐ＝１０12ワット／ｃｍ2 とするにはＲ＝０．００１７
９ｍｍ程度と計算される。すなわち上記の場合、レーザ
ビーム３のビーム直径を概略０．００３５ｍｍ程度に集
光しなければならない。
ー密度が充分大きくなったとき、気体分子のイオン化ポ
テンシャル以下の光子エネルギーでも、その整数倍のエ
ネルギーで気体分子をイオン化することによる電離現象
である。また、レーザビームの１パルス当りの出力エネ
ルギをＥとした場合、ピーク出力ＷはＷ＝Ｅ／Ｔ（Ｔは
パルス幅）となり、ビーム径をＲとすると、パワー密度
Ｐは、概略Ｐ＝Ｗ／πＲ2 となる。したがって、例えば
レーザビーム３の出力エネルギＥが例えばＥ＝１０ｍＪ
である場合、ピーク出力ＷはＷ＝１０7 ワットとなり、
Ｐ＝１０12ワット／ｃｍ2 とするにはＲ＝０．００１７
９ｍｍ程度と計算される。すなわち上記の場合、レーザ
ビーム３のビーム直径を概略０．００３５ｍｍ程度に集
光しなければならない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来のパルスレーザに
よる放電誘導方法は、以上のようにパルス幅Ｔが１０ナ
ノ秒程度のレーザビーム３を一点に集光する方式であ
り、高密度プラズマが球状になり、このプラズマ球の大
部分が焦点の手前に形成されて、レーザビームの進路が
妨げられていた。このため、長い線状にプラズマを生成
するのが困難であり、電極間隔の長い放電をトリガさせ
るためにはパルスエネルギの大きな巨大なレーザ装置を
必要とするなどの課題があった。
よる放電誘導方法は、以上のようにパルス幅Ｔが１０ナ
ノ秒程度のレーザビーム３を一点に集光する方式であ
り、高密度プラズマが球状になり、このプラズマ球の大
部分が焦点の手前に形成されて、レーザビームの進路が
妨げられていた。このため、長い線状にプラズマを生成
するのが困難であり、電極間隔の長い放電をトリガさせ
るためにはパルスエネルギの大きな巨大なレーザ装置を
必要とするなどの課題があった。
【０００６】なお、上記のように比較的パルス幅の短い
レーザビームを集光させてプラズマを発生させたとき
に、プラズマが球状に発生する理由は判明していない
が、プラズマ球が焦点の手前に形成される理由は、通常
レーザ発生装置の出力エネルギは電離に最低限必要な値
よりも余裕を持たせて大きく設定するので、焦点の手前
において既に電離に必要なパワー密度に達するためであ
ると考えられる。また、プラズマによりレーザビームが
曲げられその進路が妨げられるという現象は、レーザ発
生装置の種類等により異なるが、通常プラズマ電子密度
が１０14個／cm以上で起こることが分っている。
レーザビームを集光させてプラズマを発生させたとき
に、プラズマが球状に発生する理由は判明していない
が、プラズマ球が焦点の手前に形成される理由は、通常
レーザ発生装置の出力エネルギは電離に最低限必要な値
よりも余裕を持たせて大きく設定するので、焦点の手前
において既に電離に必要なパワー密度に達するためであ
ると考えられる。また、プラズマによりレーザビームが
曲げられその進路が妨げられるという現象は、レーザ発
生装置の種類等により異なるが、通常プラズマ電子密度
が１０14個／cm以上で起こることが分っている。
【０００７】この発明は上記のような課題を解消するた
めになされたもので、小さなパルスエネルギーで電子密
度が１０14／ｃｍ2 程度以下の長い線状のプラズマ柱を
形成して、これにより長距離放電を小型なレーザ発生装
置でトリガできるパルスレーザによる放電誘導方法を提
供することを目的としている。
めになされたもので、小さなパルスエネルギーで電子密
度が１０14／ｃｍ2 程度以下の長い線状のプラズマ柱を
形成して、これにより長距離放電を小型なレーザ発生装
置でトリガできるパルスレーザによる放電誘導方法を提
供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明に係るパルスレ
ーザによる放電誘導方法は、パルス幅が１ピコ秒以下で
パルスエネルギが１０ｍＪ以上のパルス発振によるレー
ザビームを、パワー密度が多光子電離可能な値以上にな
るようにビーム径を縮小して電極間に放射し、これによ
り電極間の気体分子を電離せしめて、電極間に放電を開
始させるものである。
ーザによる放電誘導方法は、パルス幅が１ピコ秒以下で
パルスエネルギが１０ｍＪ以上のパルス発振によるレー
ザビームを、パワー密度が多光子電離可能な値以上にな
るようにビーム径を縮小して電極間に放射し、これによ
り電極間の気体分子を電離せしめて、電極間に放電を開
始させるものである。
【０００９】
【作用】この発明におけるレーザビームは、パルス幅が
１ピコ秒以下でパルスエネルギが１０ｍＪ以上とされて
いるため、ビーム径を数ｍｍに縮小すればパワー密度が
多光子電離可能な値（１テラワット／ｃｍ2 程度）以上
になるとともに、発生するプラズマの電子密度が１０14
／ｃｍ2 程度以上とならず、その形状はレーザビームと
同形の長い線状となる。
１ピコ秒以下でパルスエネルギが１０ｍＪ以上とされて
いるため、ビーム径を数ｍｍに縮小すればパワー密度が
多光子電離可能な値（１テラワット／ｃｍ2 程度）以上
になるとともに、発生するプラズマの電子密度が１０14
／ｃｍ2 程度以上とならず、その形状はレーザビームと
同形の長い線状となる。
【００１０】
実施例１．以下、この発明の一実施例を図１について説
明する。なお、図２に示す従来のパルスレーザによる放
電誘導方法に使用する装置の要素と同一又は類似の要素
については、同符合を使用してその説明を省略する。図
１において、３はパルス幅Ｔが１ピコ秒（１０-12 秒）
以下でパルスエネルギーＥが１０ｍＪ以上のレーザビー
ム、７はビームパワー密度を１テラワット／ｃｍ2 （１
０12ワット／ｃｍ2）以上にするためにレーザビーム３
を縮径する光学レンズ系、８はこの光学レンズ系により
縮系された平行ビームである。
明する。なお、図２に示す従来のパルスレーザによる放
電誘導方法に使用する装置の要素と同一又は類似の要素
については、同符合を使用してその説明を省略する。図
１において、３はパルス幅Ｔが１ピコ秒（１０-12 秒）
以下でパルスエネルギーＥが１０ｍＪ以上のレーザビー
ム、７はビームパワー密度を１テラワット／ｃｍ2 （１
０12ワット／ｃｍ2）以上にするためにレーザビーム３
を縮径する光学レンズ系、８はこの光学レンズ系により
縮系された平行ビームである。
【００１１】ここで、レーザビーム３を発生させるレー
ザ発生装置のレーザ媒質による種類としては、例えば色
素レーザ，チタン・サファイヤレーザ，エキシマレーザ
等が使用できる（但し、エキシマレーザは単なる増幅器
として使用できる）。また、パルス化の方法としては、
例えば連続発振しているレーザ共振器内に過飽和吸収体
を入れていわゆるモードロックをかける手法を利用でき
る。この場合、パルス幅Ｔは、レーザ媒質の利得スペク
トル幅の逆数に比例し、実際にチタン・サファイヤレー
ザで５×１０-14 秒程度のパルス幅の実現を確認してい
る。
ザ発生装置のレーザ媒質による種類としては、例えば色
素レーザ，チタン・サファイヤレーザ，エキシマレーザ
等が使用できる（但し、エキシマレーザは単なる増幅器
として使用できる）。また、パルス化の方法としては、
例えば連続発振しているレーザ共振器内に過飽和吸収体
を入れていわゆるモードロックをかける手法を利用でき
る。この場合、パルス幅Ｔは、レーザ媒質の利得スペク
トル幅の逆数に比例し、実際にチタン・サファイヤレー
ザで５×１０-14 秒程度のパルス幅の実現を確認してい
る。
【００１２】また、光学レンズ系７は、例えば図１のよ
うに、凸レンズと凹レンズの組み合わせにより構成で
き、その縮小率は、後述する如くレーザビーム８のビー
ム径を数ｍｍにできる程度でよい。
うに、凸レンズと凹レンズの組み合わせにより構成で
き、その縮小率は、後述する如くレーザビーム８のビー
ム径を数ｍｍにできる程度でよい。
【００１３】次に動作を説明する。レーザビームは、パ
ルス幅Ｔが１ピコ秒以下でパルスエネルギＥが１０ｍＪ
以上とされているため、ビーム８の径を数ｍｍ程度に縮
小すればパワー密度が多光子電離可能な値（１テラワッ
ト／ｃｍ2 程度）以上になるとともに、しかも発生する
プラズマの電子密度が１０14／ｃｍ2 程度以上となら
ず、その形状はレーザビーム８と同形の長い線状とな
る。
ルス幅Ｔが１ピコ秒以下でパルスエネルギＥが１０ｍＪ
以上とされているため、ビーム８の径を数ｍｍ程度に縮
小すればパワー密度が多光子電離可能な値（１テラワッ
ト／ｃｍ2 程度）以上になるとともに、しかも発生する
プラズマの電子密度が１０14／ｃｍ2 程度以上となら
ず、その形状はレーザビーム８と同形の長い線状とな
る。
【００１４】というのは、まずパルス幅が短いのでプラ
スマの過剰な成長を促進するレーザビームによる加熱が
行なわれず、プラズマ密度が１０14／ｃｍ3 程度以上に
ならないのでビームの伝播が妨げられない。また、ピー
ク出力Ｗは最低でもＷ＝Ｅ／Ｔ＝１０10ワットとなり、
Ｐ＝１０12ワット／ｃｍ2 とするには、Ｐ＝Ｗ／πＲ2
の関係からＲ＝０．６ｍｍ程度と計算される。すなわち
上記の場合、レーザビーム８のビーム直径を最低でも
１．２ｍｍ程度とすれば、１テラワット／ｃｍ2程度）
以上のパワー密度が得られるのである。
スマの過剰な成長を促進するレーザビームによる加熱が
行なわれず、プラズマ密度が１０14／ｃｍ3 程度以上に
ならないのでビームの伝播が妨げられない。また、ピー
ク出力Ｗは最低でもＷ＝Ｅ／Ｔ＝１０10ワットとなり、
Ｐ＝１０12ワット／ｃｍ2 とするには、Ｐ＝Ｗ／πＲ2
の関係からＲ＝０．６ｍｍ程度と計算される。すなわち
上記の場合、レーザビーム８のビーム直径を最低でも
１．２ｍｍ程度とすれば、１テラワット／ｃｍ2程度）
以上のパワー密度が得られるのである。
【００１５】このため、必要なパルスエネルギを最低１
０ｍＪと従来と同程度に維持しながら（すなわちレーザ
発生装置を小型なものに維持しながら）、この径が数ｍ
ｍの長いプラズマ柱（弱電離プラズマ柱）により、電極
１，２の間隔が長距離であっても、確実に放電６を開始
できる。なお、プラズマ密度が１０14／ｃｍ3 を越えな
くても、気中放電を開始させるのに必要なストリーマを
生成させることができることは一般に確認されている。
０ｍＪと従来と同程度に維持しながら（すなわちレーザ
発生装置を小型なものに維持しながら）、この径が数ｍ
ｍの長いプラズマ柱（弱電離プラズマ柱）により、電極
１，２の間隔が長距離であっても、確実に放電６を開始
できる。なお、プラズマ密度が１０14／ｃｍ3 を越えな
くても、気中放電を開始させるのに必要なストリーマを
生成させることができることは一般に確認されている。
【００１６】なお、上記実施例では、狭義の電極（人工
の電極）間の放電を本発明に係る方法でトリガさせる場
合について説明したが、本発明における電極はこれに限
られず、例えば自然界に存在して電極となるもの等も含
まれる。すなわち、例えば雷雲と地上もしくは雷雲どう
しで発生する雷を本発明の方法によりトリガさせること
も可能であり、人工的な誘雷技術を提供することができ
る。
の電極）間の放電を本発明に係る方法でトリガさせる場
合について説明したが、本発明における電極はこれに限
られず、例えば自然界に存在して電極となるもの等も含
まれる。すなわち、例えば雷雲と地上もしくは雷雲どう
しで発生する雷を本発明の方法によりトリガさせること
も可能であり、人工的な誘雷技術を提供することができ
る。
【００１７】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば レー
ザビームのパルス幅を１ピコ秒以下にするとともにパル
スエネルギを１０ｍＪ以上とし、このレーザビームを縮
径して電極間に放射する構成としたから、従来よりはる
かに小さなパルスエネルギーで長距離の放電がトリガで
き、レーザ装置が小型かつ安価にできる効果がある。
ザビームのパルス幅を１ピコ秒以下にするとともにパル
スエネルギを１０ｍＪ以上とし、このレーザビームを縮
径して電極間に放射する構成としたから、従来よりはる
かに小さなパルスエネルギーで長距離の放電がトリガで
き、レーザ装置が小型かつ安価にできる効果がある。
【図１】この発明の一実施例によるパルスレーザによる
放電誘導方法を実施する装置を示す斜視図である。
放電誘導方法を実施する装置を示す斜視図である。
【図２】従来のパルスレーザによる放電誘導方法を実施
する装置を示す斜視図である。
する装置を示す斜視図である。
１ 電極 ２ 電極 ３ レーザビーム
Claims (1)
- 【請求項１】 パルスレーザにより正負に帯電した電極
間の気体分子を電離せしめて放電を開始させるパルスレ
ーザによる放電誘導方法であって、 パルス幅が１ピコ秒以下でパルスエネルギが１０ｍＪ以
上のパルス発振によるレーザビームを、パワー密度が多
光子電離可能な値以上になるようにビーム径を縮小して
電極間に放射し、これにより前記電極間の気体分子を電
離せしめることを特徴とするパルスレーザによる放電誘
導方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5292139A JPH07142190A (ja) | 1993-11-22 | 1993-11-22 | パルスレーザによる放電誘導方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5292139A JPH07142190A (ja) | 1993-11-22 | 1993-11-22 | パルスレーザによる放電誘導方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07142190A true JPH07142190A (ja) | 1995-06-02 |
Family
ID=17778051
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5292139A Pending JPH07142190A (ja) | 1993-11-22 | 1993-11-22 | パルスレーザによる放電誘導方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07142190A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006331748A (ja) * | 2005-05-24 | 2006-12-07 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | ハイブリッドレーザーを利用した放電誘導方法および装置 |
| US20100084383A1 (en) * | 2006-09-12 | 2010-04-08 | Ram Oron | method for laser induced fusion pigtailing of optical fiber to optical waveguide |
-
1993
- 1993-11-22 JP JP5292139A patent/JPH07142190A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006331748A (ja) * | 2005-05-24 | 2006-12-07 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | ハイブリッドレーザーを利用した放電誘導方法および装置 |
| US20100084383A1 (en) * | 2006-09-12 | 2010-04-08 | Ram Oron | method for laser induced fusion pigtailing of optical fiber to optical waveguide |
| US8217311B2 (en) * | 2006-09-12 | 2012-07-10 | Kilolambda Technologies Ltd. | Method for laser induced fusion pigtailing of optical fiber to optical waveguide |
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