Способ отправки СВЧ-сигнала по плазменному волноводу
В Физическом институте им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) разработан новый метод передачи СВЧ-сигнала по плазменному волноводу. О возможности создания протяжённых плазменных волноводов физики заговорили после того, как в экспериментах были обнаружены нитевидные плазменные следы (филаменты) от мощных ультракоротких лазерных импульсов. Такие нити образуются за счёт самофокусировки высокоинтенсивного излучения и ионизации газовой среды — к примеру, атмосферного воздуха. При использовании лазерного пучка кольцевого сечения эффект филаментации позволяет создать полый цилиндрический плазменный волновод.
Если диаметр волновода сравним с длиной волны передаваемого излучения, то плазменный канал будет подобен традиционному металлическому волноводу, распространение сигналов в котором обеспечивается высокой проводимостью стенок. К сожалению, проводимость плазмы меньше металлической, и СВЧ-волны будут затухать всего через несколько метров. Решение проблемы ещё в 60-х годах прошлого века подсказал сотрудник ФИАНа Гурген Аскарьян, предложивший с помощью ультрафиолетового лазера создать волновод, в котором СВЧ-излучение отражается от плазменных стенок при скользящих углах падения. УФ-лазеров с мощностью, достаточной для проверки этой идеи, в то время не существовало.
«Эффект полного внутреннего отражения работает, например, в оптических волокнах, когда лазерный импульс без потерь проходит многие десятки, а то и сотни километров благодаря тому, что показатель преломления внешней части волокна несколько меньше, чем в его центре, — комментирует предложение г-на Аскарьяна руководитель нового исследования, ведущий научный сотрудник ФИАНа Владимир Зворыкин. — В плазменном волноводе показатель преломления неионизованного воздуха в центре немного больше, чем в окружающей плазме. И здесь также есть предельный угол, при котором СВЧ-излучение отражается от стенок, не выходя из волновода, хотя какие-то потери за счёт поглощения в плазме всё же существуют».
Криптон-фторовый лазерный усилитель и оптическая система для формирования ультрафиолетового кольцевого пучка.
В экспериментах, выполненных группой г-на Зворыкина, волновод создавался мощным криптон-фторовым лазером с энергией излучения около 100 Дж и длительностью импульса в 100 нс на длине волны в 248 нм. СВЧ-излучение с длиной волны в 8,5 мм распространялось в таком волноводе на расстояние в несколько десятков метров.
Теоретические расчёты, проведённые другим участником работы Игорем Сметаниным, показали, что дальность передачи можно увеличить до нескольких километров. Для этого, как выяснилось, необходимо поддерживать определённую концентрацию электронов, превосходящую 1012–1013 см–3, и обеспечить диаметр волновода, как минимум в десять раз превышающий длину волны СВЧ-излучения.
«Чтобы получить большую концентрацию электронов, — поясняет младший научный сотрудник ФИАНа Алексей Левченко, — необходимо повышать интенсивность лазерного излучения. Мы пошли по пути сокращения длительности импульса». Учёные планируют использовать цуг («пакет») ультракоротких УФ-импульсов с периодом следования менее 10 нс, которые без особых проблем генерируются криптон-фторовым лазером.
Использование подобных СВЧ-волноводов может существенно повысить точность и дальность действия радиолокационных устройств. Создаваемые в атмосфере длинные проводящие плазменные каналы также могут применяться в активных системах молниезащиты.
по информации: compulenta.ru