RU2406188C1 - Device for directed transmission of microwaves - Google Patents
Device for directed transmission of microwaves Download PDFInfo
- Publication number
- RU2406188C1 RU2406188C1 RU2009134283/28A RU2009134283A RU2406188C1 RU 2406188 C1 RU2406188 C1 RU 2406188C1 RU 2009134283/28 A RU2009134283/28 A RU 2009134283/28A RU 2009134283 A RU2009134283 A RU 2009134283A RU 2406188 C1 RU2406188 C1 RU 2406188C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- laser beam
- tubular
- radiation
- microwave
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике сверхвысокочастотного (СВЧ) электромагнитного излучения (ЭМИ) и может быть применено в системах передачи информации и транспортировки импульсов 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 и увеличения их интенсивности на приемниках СВЧ сигнала.The invention relates to techniques for microwave radiation (EMF) and can be used in systems for transmitting information and transporting pulses of EMP, in particular to ensure high accuracy when choosing the direction of these transmission and transport and selectivity in relation to the location of receivers of transmitted information and transported pulses EMP and increasing their intensity at microwave receivers.
Известны устройства направленной транспортировки СВЧ ЭМИ [1], основанные на применении различных направленных антенн. Недостатками указанных устройств являются, как правило, недостаточно высокая точность при выборе направления указанных передачи и транспортировки, недостаточная избирательность в отношении локализации приемников передаваемой информации и транспортируемых импульсов ЭМИ и недостаточно высокая интенсивность передаваемого СВЧ излучения на приемниках СВЧ сигнала. Известно также устройство [2] направленной транспортировки СВЧ ЭМИ, содержащее титан-сапфировый генератор ультракоротких лазерных импульсов, систему формирования трубчатого лазерного пучка на основе адаптивного зеркала с блоком управления и излучатель передаваемого СВЧ ЭМИ, помещенный непосредственно на выходе указанной системы формирования. Недостатками указанного устройства являются недостаточно большое расстояние, на которое возможна транспортировка СВЧ сигналов, которое достигает всего десятков сантиметров, и недостаточно продолжительное время транспортировки, достигающее всего 10 нс.Known devices for the directional transportation of microwave EMP [1], based on the use of various directional antennas. The disadvantages of these devices are, as a rule, insufficiently high accuracy when choosing the direction of the indicated transmission and transportation, insufficient selectivity with respect to the localization of transmitting information receivers and transported electromagnetic radiation pulses, and insufficiently high intensity of transmitted microwave radiation at microwave signal receivers. It is also known a device [2] for the directional transportation of microwave EMP, containing a titanium-sapphire generator of ultrashort laser pulses, a system for generating a tubular laser beam based on an adaptive mirror with a control unit, and a transmitter for transmitting microwave EMP placed directly at the output of this forming system. The disadvantages of this device are the insufficiently large distance by which microwave signals can be transported, which reaches only tens of centimeters, and the insufficiently long transport time, which reaches only 10 ns.
Целью данного изобретения является устранение указанных недостатков и увеличение указанного расстояния и указанного времени.The aim of the present invention is to remedy these disadvantages and increase the specified distance and the specified time.
Указанная цель достигается в данном изобретении за счет того, что в известном устройстве направленной транспортировки СВЧ электромагнитного излучения, включающем генератор ультракоротких лазерных импульсов, систему формирования трубчатого лазерного пучка, адаптивное зеркало с блоком управления и излучатель передаваемого СВЧ электромагнитного излучения, указанный генератор лазерных импульсов дополнительно содержит систему умножения частоты генерируемого лазерного излучения, систему формирования цуга импульсов указанного лазерного излучения умноженной частоты, эксимерные лазерные усилители и систему ввода передаваемого СВЧ излучения внутрь пространства трубчатого лазерного пучка, для формирования которого предназначено предлагаемое устройство, а указанная система формирования трубчатого лазерного пучка представляет собой телескопы, состоящие из сферических или параболических и конических оптических элементов, и при этом адаптивное зеркало установлено после эксимерных лазерных усилителей перед системой формирования трубчатого лазерного пучка, а непосредственно после указанной системы формирования установлен делитель пучка с датчиком волнового фронта, соединенным с блоком управления указанным адаптивным зеркалом, и также за счет того, что указанный генератор представляет собой титан-сапфировый генератор ультракоротких лазерных импульсов, указанная система умножения частоты представляет собой утроитель частоты, указанная система формирования цуга представляет собой систему из двух плоских параллельных полупрозрачных зеркал, эксимерные усилители представляют собой криптон-фторовые лазерные усилители с накачкой электронным пучком, система формирования трубчатого лазерного пучка представляет собой телескопы из двух сферических и двух конических линз, а система ввода представляет собой трансформатор мод СВЧ излучения, рупорный СВЧ излучатель, расположенный вне внутреннего пространства трубчатого лазерного пучка, для формирования которого предназначено предлагаемое устройство и металлическое поворотное СВЧ зеркало, помещенное внутри указанного внутреннего пространства.This goal is achieved in this invention due to the fact that in the known device for the directional transportation of microwave electromagnetic radiation, including an ultrashort laser pulse generator, a tube laser beam forming system, an adaptive mirror with a control unit and a transmitter of transmitted microwave electromagnetic radiation, said laser pulse generator further comprises a system for multiplying the frequency of the generated laser radiation, a system for generating a train of pulses of said laser radiation of a multiplied frequency, excimer laser amplifiers and a system for introducing transmitted microwave radiation into the space of a tubular laser beam, the device of which the device is intended to be formed, and the specified system for forming a tubular laser beam is telescopes consisting of spherical or parabolic and conical optical elements, and This adaptive mirror is installed after the excimer laser amplifiers in front of the system for the formation of a tubular laser beam, and Just after this formation system, a beam divider is installed with a wavefront sensor connected to the control unit of the indicated adaptive mirror, and also because the generator is a titanium-sapphire generator of ultrashort laser pulses, the frequency multiplication system is a frequency tripler, indicated the train formation system is a system of two plane parallel translucent mirrors, excimer amplifiers are krypton-fluorine laser amplifiers pumped by an electron beam, the tube laser beam-forming system consists of telescopes from two spherical and two conical lenses, and the input system is a microwave radiation mode transformer, a horn microwave emitter located outside the inner space of the tube laser beam, for the formation of which it is intended the proposed device and a metal rotary microwave mirror placed inside the specified internal space.
На Фиг.1 изображена схема предлагаемого устройства, гдеFigure 1 shows a diagram of the proposed device, where
1 - генератор ультракоротких лазерных импульсов;1 - generator of ultrashort laser pulses;
2 - система умножения частоты;2 - frequency multiplication system;
3 - система формирования цуга ультракоротких лазерных импульсов;3 - a system for the formation of a train of ultrashort laser pulses;
4 - эксимерные лазерные усилители;4 - excimer laser amplifiers;
5 - адаптивное деформируемое зеркало с блоком управления;5 - adaptive deformable mirror with a control unit;
6 - система формирования трубчатого лазерного пучка;6 - a system for forming a tubular laser beam;
7 - сформированный трубчатый лазерный пучок;7 - formed tubular laser beam;
8 - делитель пучка и датчик волнового фронта;8 - beam splitter and wavefront sensor;
9 - генератор передаваемого СВЧ ЭМИ;9 - generator of transmitted microwave EMP;
10 - система ввода СВЧ ЭМИ в трубчатый лазерный пучок.10 is a system for introducing microwave EMP into a tubular laser beam.
На Фиг.2 изображена система 6 формирования трубчатого лазерного пучка, гдеFigure 2 shows a system 6 of the formation of a tubular laser beam, where
11 - лазерный пучок круглого сечения;11 - a laser beam of circular cross section;
12 - линзовый телескоп;12 - lens telescope;
13 - телескоп из двух аксиконов;13 - a telescope of two axicons;
7 - трубчатый лазерный пучок.7 - a tubular laser beam.
На Фиг.3 изображена система 10 ввода СВЧ ЭМИ в трубчатый лазерный пучок, гдеFigure 3 shows a system 10 for introducing microwave EMP into a tubular laser beam, where
9 - генератор передаваемого СВЧ ЭМИ;9 - generator of transmitted microwave EMP;
14 - трансформатор мод;14 - mod transformer;
15 - рупорный антенный СВЧ излучатель;15 - horn antenna microwave emitter;
16 - металлическое поворотное СВЧ зеркало;16 - metal rotary microwave mirror;
7 - трубчатый лазерный пучок;7 - a tubular laser beam;
17 - СВЧ излучение внутри плазменного волновода.17 - microwave radiation inside the plasma waveguide.
Предлагаемое устройство функционирует следующим образом. Указанный генератор 1 ультракоротких лазерных импульсов (Фиг.1), например титан-сапфировый, выдает последовательность лазерных импульсов с длительностью несколько десятков фс, с частотой повторения несколько Гц, с энергией в импульсе несколько мДж и с длиной волны около 744 нм. Далее указанная последовательность лазерных импульсов поступает в систему 2 умножения частоты (Фиг.1), например в утроитель частоты (генератор третьей гармоники), построенный на базе нелинейных кристаллов, который преобразует каждый импульс указанной последовательности в ультрафиолетовый (УФ) импульс с длиной волны около 248 нм. Переход от инфракрасных лазерных импульсов, генерируемых указанным генератором 1 ультракоротких лазерных импульсов, к УФ импульсам, получаемым с помощью системы 2 умножения частоты, позволяет более эффективно ионизировать воздух при создании трубчатого плазменного волновода за счет большей энергии УФ кванта и больших эффективных поперечных сечений процессов ионизации для квантов УФ диапазона. Далее указанные импульсы поступают в систему 3 формирования цуга ультракоротких лазерных импульсов (Фиг.1), которая представляет собой, например, оптический резонатор из двух параллельных полупрозрачных зеркал, с таким расстоянием между зеркалами, чтобы время двойного прохода лазерного импульса между ними было несколько нс. При каждом отражении от выходного зеркала часть энергии лазерного импульса выходит наружу резонатора, формируя, таким образом, цуг ультракоротких лазерных импульсов, следующих друг за другом через указанное время двойного прохода лазерного импульса, и интенсивность которых постепенно уменьшается от импульса к импульсу. Использование указанных цугов вместо одиночных ультракоротких лазерных импульсов позволяет увеличить продолжительность существования плазменного волновода и, следовательно, продолжительность транспортировки СВЧ излучения. Период следования импульсов выбирается меньшим, чем время жизни свободного электрона в воздухе, которое составляет порядка 5 нс [3]. Указанные цуги ультракоротких лазерных импульсов усиливаются в эксимерных лазерных усилителях 4 (Фиг.1), например в криптон-фторовых усилителях с электронно-пучковой накачкой, которые работают на длине волны 248 нм. Время восстановления инверсной населенности в таких усилителях 4 составляет около 2 нс, что позволяет усиливать указанные цуги ультракоротких лазерных импульсов до пиковых мощностей порядка десятков ТВт в каждом импульсе указанного цуга, что экспериментально показано авторами. Длительность накачки таких усилителей 4 определяется импульсным высоковольтным источником питания и составляет, как правило, сотни нс, что позволяет усиливать цуги ультракоротких лазерных импульсов соответствующих длительностей.The proposed device operates as follows. The specified generator 1 ultrashort laser pulses (Figure 1), for example titanium-sapphire, produces a sequence of laser pulses with a duration of several tens of fs, with a repetition frequency of several Hz, with an pulse energy of several mJ and with a wavelength of about 744 nm. Further, the indicated sequence of laser pulses enters the frequency multiplication system 2 (Fig. 1), for example, a frequency tripler (third harmonic generator) built on the basis of nonlinear crystals, which converts each pulse of the indicated sequence into an ultraviolet (UV) pulse with a wavelength of about 248 nm The transition from infrared laser pulses generated by the indicated generator 1 of ultrashort laser pulses to UV pulses obtained using frequency multiplication system 2 allows more efficient ionization of the air when creating a tubular plasma waveguide due to the higher energy of the UV quantum and large effective cross sections of ionization processes for UV quanta. Further, these pulses enter the system 3 of the formation of a train of ultrashort laser pulses (Fig. 1), which is, for example, an optical resonator of two parallel translucent mirrors, with such a distance between the mirrors that the double pass time of the laser pulse between them is several ns. At each reflection from the output mirror, part of the energy of the laser pulse goes outside the resonator, thus forming a train of ultrashort laser pulses that follow each other after the indicated double pass time of the laser pulse, and the intensity of which gradually decreases from pulse to pulse. The use of these trains instead of single ultrashort laser pulses makes it possible to increase the duration of the plasma waveguide and, consequently, the duration of the transportation of microwave radiation. The pulse repetition period is chosen shorter than the lifetime of a free electron in air, which is about 5 ns [3]. These ultrashort laser pulse trains are amplified in excimer laser amplifiers 4 (FIG. 1), for example, electron-beam pumped krypton-fluorine amplifiers that operate at a wavelength of 248 nm. The recovery time of the inverse population in such amplifiers 4 is about 2 ns, which makes it possible to amplify the indicated trains of ultrashort laser pulses to peak powers of the order of tens of TW in each pulse of the indicated train, which was experimentally shown by the authors. The pump duration of such amplifiers 4 is determined by a pulsed high-voltage power source and is, as a rule, hundreds of ns, which allows amplification of trains of ultrashort laser pulses of corresponding durations.
После эксимерных лазерных усилителей 4 установлено адаптивное деформируемое зеркало 5 (Фиг.1), которое служит для коррекции фазовых искажений пучка. Пройдя через эксимерные лазерные усилители 4 и отразившись от указанного адаптивного зеркала 5, цуг усиленных импульсов поступает в систему 6 формирования трубчатого лазерного пучка (Фиг.1), которая представляет собой, например, систему из линзового телескопа 12 (по меньшей мере двух сферических или параболических оптических элементов, например линз) и телескопа 13, состоящего из по меньшей мере двух аксиконов (конических оптических элементов, например линз) (Фиг.2). Линзовый телескоп 12 уменьшает радиус пучка, вышедшего из эксимерных усилителей до значения, соответствующего толщине стенки формируемого трубчатого пучка, а телескоп 13 из аксиконов формирует трубчатый лазерный пучок 7. При этом толщина стенки трубчатого лазерного пучка 7 определяется радиусом пучка, сформированного линзовым телескопом 12, его диаметр - расстоянием между аксиконами, а угол его расхождения - соотношением углов при вершинах аксиконов. При применении адаптивного зеркала 5 далее устанавливается делитель пучка 8, представляющий собой, например, прозрачную плоскопараллельную пластину, который отводит малую часть пучка на датчик волнового фронта, способный измерять фазовые искажения пучка. Электронный сигнал с датчика волнового фронта поступает в блок управления адаптивным зеркалом 5, в котором по нему рассчитывается деформация адаптивного зеркала, необходимая для коррекции измеренных фазовых искажений пучка, и посылается соответствующий сигнал на само адаптивное зеркало 5, которое деформируется соответствующим образом. Это позволяет к моменту прихода следующего цуга ультракоротких импульсов исправить аберрации оптических элементов, уменьшить присущую лазеру расходимость пучка и в результате получить трубчатый пучок, способный распространяться на большие расстояния, сохраняя форму своего сечения.After excimer laser amplifiers 4, an adaptive deformable mirror 5 is installed (Figure 1), which serves to correct the phase distortions of the beam. Having passed through excimer laser amplifiers 4 and reflected from the indicated adaptive mirror 5, the train of amplified pulses enters the system 6 for forming a tubular laser beam (Figure 1), which is, for example, a system from a lens telescope 12 (at least two spherical or parabolic optical elements, such as lenses) and a
Указанная схема формирования трубчатого лазерного пучка 7 была экспериментально апробирована авторами. Как показывают расчеты, пиковая мощность лазерного излучения в стенке такого трубчатого пучка 7 многократно превышает критическую [3], что приводит к филаментации лазерного излучения, т.е. пучок распадается на множество нитей-филамент, в которых, как показано в литературе и авторами, происходит эффективная двухквантовая ионизация воздуха. Расстояние между отдельными филаментами много меньше длины волны каналируемого СВЧ излучения [2], что позволяет рассматривать такую стенку как сплошной слой плазмы, обладающий усредненной проводимостью и диэлектрической проницаемостью. Расчеты авторов показывают, что при диаметре волновода, много большем, чем длина волны СВЧ излучения, и толщине стенки порядка длины волны такой волновод может транспортировать СВЧ излучение, идущее под малыми углами к оси волновода, даже при концентрациях электронов в стенках около 1012-1013 см-3, что намного меньше, чем в известном устройстве [2]. При этом рассчитано, что длина затухания СВЧ излучения в таком волноводе составляет порядка сотен метров, что существенно превышает параметры устройства [2]. Эффект транспортировки СВЧ излучения в таком плазменном волноводе подтвержден авторами экспериментально.The indicated scheme for the formation of a
Генератор СВЧ излучения (Фиг.1) представляет собой мощный источник СВЧ излучения, например виркатор, либо источник СВЧ излучения малой мощности, например магнетрон или клистрон, а система ввода СВЧ излучения в трубчатый лазерный пучок (Фиг.3) представляет собой, например, отрезок волновода, трансформатор 14 мод [1] и металлическое поворотное зеркало 16 для волн СВЧ диапазона, установленное внутрь пространства, ограниченного стенками трубчатого лазерного пучка, который формируется в процессе работы предлагаемого устройства. Трансформатор 14 мод переводит моду СВЧ поля, генерируемую генератором 9 СВЧ, в моду, оптимальную для транспортировки в создаваемом плазменном волноводе. Авторами рассчитано, что низшие моды круглого диэлектрического или металлического волновода, например мода Н11 круглого металлического волновода [1], наиболее близки к собственным модам плазменного волновода, которые распространяются в нем с наименьшим затуханием. Эффект распространения некоторых мод СВЧ излучения в указанном плазменном волноводе с относительно низким затуханием основан на малости углов, под которыми СВЧ волна падает на стенку указанного волновода (скользящие углы), вследствие чего СВЧ волна эффективно отражается от стенки. Все компоненты СВЧ волны, падающие на стенку под большими углами (моды с большой поперечной составляющей волнового вектора), проходят сквозь нее в свободное пространство или поглощаются в стенке и не поддерживаются волноводом. Применение трансформатора 14 мод, дающего на выходе одну из указанных мод, эффективно распространяющихся в указанном волноводе, позволяет повысить КПД использования мощности генератора 9 СВЧ излучения, и таким образом повысить плотность мощности СВЧ излучения на приемнике. СВЧ излучение после выхода из рупорной антенны 15 проходит сквозь стенку плазменного волновода (Фиг.3), однако, как показывают расчеты авторов, отражение СВЧ мощности от нее мало. Малое отражение обусловлено невысокой электронной плотностью в стенке и тем, что СВЧ излучение падает на нее под углами, близкими к нормали, а достаточно эффективное отражение СВЧ излучения от слоя плазмы с указанной невысокой плотностью возможно лишь при очень малых (скользящих) углах падения, что и используется в реализации данного устройства. Поглощения СВЧ мощности в указанном слое плазмы также мало из-за его малой толщины и малой плотности.The microwave radiation generator (Fig. 1) is a powerful microwave radiation source, such as a vircator, or a low-power microwave radiation source, such as a magnetron or klystron, and the microwave radiation input system in a tubular laser beam (Fig. 3) is, for example, a segment waveguide, transformer 14 modes [1] and a metal
Расстояние, на которое транспортируется СВЧ излучение в указанном плазменном волноводе, составляет порядка сотен метров, и при этом плотность мощности на приемнике в 10 и более раз превышает плотность мощности при распространении СВЧ излучения в свободном пространстве. Также указанный плазменный волновод позволяет многократно улучшить избирательность в отношении места расположения приемников СВЧ излучения по сравнению с распространением в свободном пространстве, а длительность транспортировки СВЧ излучения увеличивается до масштабов порядка 1 мкс.The distance over which microwave radiation is transported in the specified plasma waveguide is about hundreds of meters, and the power density at the receiver is 10 or more times the power density when microwave radiation propagates in free space. Also, the specified plasma waveguide can significantly improve the selectivity with respect to the location of the microwave receivers compared with the propagation in free space, and the duration of the transportation of microwave radiation increases to a scale of the order of 1 μs.
Пример реализации предлагаемого устройстваAn example implementation of the proposed device
Предлагаемое устройство реализуется, наример, следующим образом: титан-сапфировый лазер модели МРА (Avesta Project Ltd.) генерирует лазерные импульсы с длительностью около 50 фс, с частотой повторения около 10 Гц, с энергией в импульсе около 10 мДж и с длиной волны около 744 нм, которые поступают на утроитель частоты, представляющий собой генератор третьей гармоники модели ATsG800 (Avesta Project Ltd.), который преобразует указанные импульсы в импульсы с длиной волны 248 нм. Эти импульсы поступают в оптический резонатор, представляющий собой систему из двух плоских параллельных зеркал, отстоящих друг от друга на расстояние 30 см и имеющих прозрачность 20%, в результате каждый из указанных импульсов многократно отражается от зеркал, при этом время его прохода между зеркалами составляет 1 нс. При каждом отражении от выходного зеркала часть энергии импульса выходит наружу резонатора, формируя, таким образом, цуг ультракоротких лазерных импульсов, следующих друг за другом через 2 нс, интенсивность которых постепенно уменьшается от импульса к импульсу. Сформированные таким образом цуги ультракоротких лазерных импульсов последовательно усиливаются в двух криптон-фторовых лазерных усилителях с апертурами 10×10 см2 и 30×30 см2 и длиной 1 м, накачиваемых электронными пучками с длительностью импульса 100 нс и с частотой повторения 10 Гц. Усилитель представляет собой камеру прямоугольного сечения, заполненную смесью аргона, криптона и фтора при полном давлении 1,5 атм. На торцах указанной камеры размещены оптические окна, а электронный пучок вводится через вакуумно-плотную фольгу, отделяющую камеру от электронных ускорителей. Охлаждение газа происходит за счет его принудительной циркуляции через теплообменник. Цуги импульсов проходят через усилители дважды, отражаясь от глухих зеркал на торцах усилителей, в результате чего на выходе оконечного усилителя достигается плотность энергии излучения 10 мДж/см2 для одного ультракороткого лазерного импульса и 500 мДж для цуга из 50 ультракоротких лазерных импульсов, соответствующего импульсу накачки около 100 нс. Полная энергия лазерного излучения в одном цуге составляет порядка 500 Дж. Система питания электронных ускорителей построена на основе генераторов высоковольтных импульсов, обеспечивающих энергию накачки 1 кДж в первом усилителе и 10 кДж во втором с КПД преобразования энергии накачки в энергию лазерного излучения 5% [4]. Указанные генераторы содержат емкостные накопители и коммутирующие блоки и осуществляют сжатие запасенной энергии во времени с помощью магнитного элемента, работающего в ключевом режиме, с последующим обострением за счет прерывания тока диодами.The proposed device is implemented, for example, as follows: a titanium-sapphire laser model MPA (Avesta Project Ltd.) generates laser pulses with a duration of about 50 fs, with a repetition frequency of about 10 Hz, with an pulse energy of about 10 mJ and with a wavelength of about 744 nm, which are fed to the frequency tripler, which is a third harmonic generator of the ATsG800 model (Avesta Project Ltd.), which converts these pulses into pulses with a wavelength of 248 nm. These pulses enter the optical resonator, which is a system of two plane parallel mirrors spaced 30 cm apart and having a transparency of 20%, as a result, each of these pulses is repeatedly reflected from the mirrors, while its transit time between the mirrors is 1 ns. At each reflection from the output mirror, part of the pulse energy goes outside the resonator, thus forming a train of ultrashort laser pulses that follow each other after 2 ns, the intensity of which gradually decreases from pulse to pulse. The trains of ultrashort laser pulses thus formed are sequentially amplified in two krypton-fluorine laser amplifiers with apertures of 10 × 10 cm 2 and 30 × 30 cm 2 and a length of 1 m, pumped by electron beams with a pulse duration of 100 ns and a repetition rate of 10 Hz. The amplifier is a rectangular chamber filled with a mixture of argon, krypton and fluorine at a total pressure of 1.5 atm. Optical windows are placed at the ends of the chamber, and the electron beam is introduced through a vacuum-tight foil that separates the chamber from the electron accelerators. Gas cooling occurs due to its forced circulation through the heat exchanger. Pulse trains pass through amplifiers twice, reflected from deaf mirrors at the ends of amplifiers, as a result of which an output energy density of 10 mJ / cm 2 for one ultrashort laser pulse and 500 mJ for a train of 50 ultrashort laser pulses corresponding to a pump pulse is achieved about 100 ns. The total energy of laser radiation in one train is about 500 J. The power supply system of electronic accelerators is based on high-voltage pulse generators providing a pump energy of 1 kJ in the first amplifier and 10 kJ in the second with an efficiency of converting pump energy into laser energy of 5% [4] . These generators contain capacitive storage and switching units and compress the stored energy over time using a magnetic element operating in key mode, followed by exacerbation due to interruption of the current by the diodes.
За криптон-фторовыми усилителями установлена диафрагма, преобразующая лазерный пучок квадратного сечения размером 30×30 см в пучок круглого сечения диаметром 30 см. За диафрагмой расположено адаптивное зеркало 5 диаметром 35 см, снабженное блоком управления, который рассчитывает необходимые деформации по сигналам с датчика волнового фронта и вырабатывает соответствующие управляющие электрические сигналы.A diaphragm is installed behind the krypton-fluorine amplifiers, which converts a 30 × 30 cm square laser beam into a 30 cm round beam. An adaptive mirror 5 with a diameter of 35 cm is located behind the diaphragm, equipped with a control unit that calculates the required deformations from signals from the wavefront sensor and generates appropriate control electrical signals.
Пройдя через эксимерные лазерные усилители 4 и отразившись от адаптивного зеркала 5, цуг усиленных импульсов поступает в систему 6 формирования трубчатого лазерного пучка, которая представляет собой систему из линзового телескопа 12 и телескопа 13, состоящего из двух аксиконов (конических линз). Линзовый телескоп 12 состоит из положительной линзы диаметром 35 см с фокусным расстоянием 10 м и отрицательной линзы диаметром 3,5 см и фокусным расстоянием 1 м, расположенных на расстоянии 9 м, и уменьшает радиус пучка, вышедшего из эксимерных усилителей 4 до 1,5 см, что определяет толщину стенки трубчатого лазерного пучка. Телескоп 13 из аксиконов состоит из аксикона диаметром 3,5 см с углом при вершине 9° и аксикона диаметром 35 см с углом при вершине также 9°, расстояние между аксиконами равно 205 см, что обеспечивает радиус трубчатого лазерного пучка, равный 30 см. За телескопом 13 из аксиконов установлен делитель 8 пучка, представляющий собой плоскопараллельную пластину, который отводит часть энергии на датчик волнового фронта, сигнал с которого используется для коррекции фазовых искажений в последующих цугах импульсов.Having passed through excimer laser amplifiers 4 and reflected from the adaptive mirror 5, the train of amplified pulses enters the system 6 for forming a tubular laser beam, which is a system of a
Сформированный таким образом трубчатый лазерный пучок 7 ионизирует 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 направляется СВЧ излучение с помощью системы ввода, которая представляет собой импульсный магнетрон, генерирующий импульсы СВЧ излучения с длиной волны 8 мм, с пиковой мощностью 20 кВт и длительностью 100 нс, трансформатор 14 мод СВЧ излучения, формирующий моду Н11 круглого металлического волновода, рупорный антенный излучатель 15 и поворотное металлическое СВЧ зеркало 16, помещенное внутрь указанного плазменного волновода.The
Расстояние, на которое транспортируется СВЧ излучение в указанном плазменном волноводе, составляет порядка 1 км, плотность мощности на приемнике примерно в 10 раз превышает плотность мощности при распространении СВЧ излучения в свободном пространстве, а длительность транспортировки СВЧ излучения составляет порядка 100 нс.The distance over which microwave radiation is transported in the indicated plasma waveguide is about 1 km, the power density at the receiver is about 10 times higher than the power density during the propagation of microwave radiation in free space, and the duration of microwave radiation transport is about 100 ns.
Полученные результаты существенно превышают результаты, полученные при применении устройства-прототипа и таким образом подтверждают работоспособность предложенного устройства и достижение поставленных целей.The results obtained significantly exceed the results obtained when using the prototype device and thus confirm the operability of the proposed device and the achievement of goals.
ЛитератураLiterature
1. X.Мейнке, Ф.В.Гундлах. "Радиотехнический справочник", т.1, Государственное энергетическое издательство, М., Л., 1961.1. X. Meinke, F.V. Gundlach. "Radio technical reference book", t.1, State Energy Publishing House, M., L., 1961.
2. М.Chateauneuf, S.Payeur, J.Dubois, J.-C.Kieffer. "Microwave guiding in air by a cylindrical filament array waveguide", Appl. Phys. Letts., v.92, paper 091104 (2008).2. M. Chateauneuf, S. Payeur, J. Dubois, J.-C. Kieffer. "Microwave guiding in air by a cylindrical filament array waveguide", Appl. Phys. Letts., V. 92, paper 091104 (2008).
3. N.Khan, N.Mariun, I.Arts, J.Yeak. "Laser-triggered lightning discharge", New J. of Phys., v.4, pp.61.1-61.20 (2002).3. N. Khan, N. Mariun, I. Arts, J. Yeak. "Laser-triggered lightning discharge", New J. of Phys., V.4, pp. 61.1-61.20 (2002).
4. М.С.Myers, J.D.Sethian, J.L.Jiuliani, R.Lehmbrg, P.Kepple, М.F.Wolford, F.Hegeler, М.Friedman, T.C.Jones, S.B.Swanekamp, D.Weidenheimer, D.Rose. "Repetitively pulsed, high energy KrF lasers for inertial fusion energy", Nucl. Fusion, v.44, pp.S247-S253 (2004).4. M.S. Myers, J.D. Sethian, J.L. J.iuliani, R. Lehmbrg, P. Kepple, M. F. Wolford, F. Hegeler, M. Friedman, T. C. Jones, S.B.Swanekamp, D. Weidenheimer, D.Rose. "Repetitively pulsed, high energy KrF lasers for inertial fusion energy", Nucl. Fusion, v. 44, pp. 247-S253 (2004).
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009134283/28A RU2406188C1 (en) | 2009-09-15 | 2009-09-15 | Device for directed transmission of microwaves |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009134283/28A RU2406188C1 (en) | 2009-09-15 | 2009-09-15 | Device for directed transmission of microwaves |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2406188C1 true RU2406188C1 (en) | 2010-12-10 |
Family
ID=46306584
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009134283/28A RU2406188C1 (en) | 2009-09-15 | 2009-09-15 | Device for directed transmission of microwaves |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2406188C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2510925C1 (en) * | 2012-09-10 | 2014-04-10 | Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования Липецкий государственный технический университет (ЛГТУ) | Device for electromagnetic energy transmission |
RU2589763C2 (en) * | 2014-05-27 | 2016-07-10 | ОАО "Национальный центр лазерных систем и комплексов "Астрофизика" | Method for guiding pulsed electromagnetic radiation to remote object |
RU2612232C1 (en) * | 2015-11-17 | 2017-03-03 | Николай Борисович Болотин | Liquid propellant rocket engine |
RU2644448C1 (en) * | 2016-11-21 | 2018-02-12 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Device for transmission of high-power light radiation |
-
2009
- 2009-09-15 RU RU2009134283/28A patent/RU2406188C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2510925C1 (en) * | 2012-09-10 | 2014-04-10 | Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования Липецкий государственный технический университет (ЛГТУ) | Device for electromagnetic energy transmission |
RU2589763C2 (en) * | 2014-05-27 | 2016-07-10 | ОАО "Национальный центр лазерных систем и комплексов "Астрофизика" | Method for guiding pulsed electromagnetic radiation to remote object |
RU2612232C1 (en) * | 2015-11-17 | 2017-03-03 | Николай Борисович Болотин | Liquid propellant rocket engine |
RU2644448C1 (en) * | 2016-11-21 | 2018-02-12 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Device for transmission of high-power light radiation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7649328B2 (en) | Compact high-power pulsed terahertz source | |
Liu et al. | Terahertz radiation source in air based on bifilamentation of femtosecond laser pulses | |
US7317196B2 (en) | LPP EUV light source | |
US8436328B2 (en) | Extreme ultraviolet light source apparatus | |
Thumm | Recent developments on high-power gyrotrons—Introduction to this special issue | |
RU2406188C1 (en) | Device for directed transmission of microwaves | |
CN110232982A (en) | Target for EUV light source | |
Carlsten et al. | New source technologies and their impact on future light sources | |
RU90620U1 (en) | DEVICE FOR DIRECTED TRANSPORTATION OF UHF ELECTROMAGNETIC RADIATION | |
US4755764A (en) | Electromagnetic wave amplifiers and generators | |
Shafir et al. | Ionization-induced self-channeling of an ultrahigh-power subnanosecond microwave beam in a neutral gas | |
US4177435A (en) | Optically pumped laser | |
Hasama et al. | 50 J discharge-pumped XeCl laser | |
Lima et al. | Synchronization effect on the small-signal gain and saturation intensity of a CuBr laser | |
Manheimer et al. | High power, fast, microwave components based on beam generated plasmas | |
US3614653A (en) | Optical maser | |
JP2010186978A (en) | Intense optical electromagnetic field generator in optical oscillator utilizing chirped pulse amplification | |
Chen et al. | A novel smith-purcell free electron laser | |
Zvorykin et al. | Microwave energy channeling in plasma waveguides created by a high-power UV laser in the atmosphere | |
US6167065A (en) | Compact discharge pumped soft x-ray laser | |
Granatstein et al. | Coherent synchrotron radiation from an intense relativistic electron beam | |
WO2015059731A1 (en) | Molecular oxygen laser oscillator | |
Wolford et al. | Electra: durable repetitively pulsed 700 J, 100-ns electron-beam pumped KrF laser system | |
Raskar et al. | Electric Field Distribution in a" Hybrid" RF Discharge with Ionization Generated by Ns Discharge Pulses | |
Kuzovnikov et al. | Electron kinetics in a discharge plasma produced by a focused microwave beam in free space |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120916 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20130827 |
|
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: 20170916 |