Влияние электрического поля на оптический разряд в воздушном потоке

Получены экспериментальные данные о влиянии электрического поля на плазму оптического разряда, находящегося в воздушном потоке. Рассмотрено две конфигурации внешнего электрического поля при воздействии на плазму оптического разряда. Для создания электрического поля применялись плоские (поле вдоль луча и поперек потока) и кольцевые (поле поперек лазерного луча и вдоль потока) электроды. Установлено, что существует два режима комбинированного разряда (оптического и электрического). При создании поля симметрично относительно оси потока наблюдался электрический пробой от среза сопла (положительно заряженный электрод) до точки фокусировки лазерного луча, при этом в следе оптического разряда стримеров не наблюдается. В другом случае электрический разряд реализуется между плоскими электродами одновременно с оптическим пробоем. В поле постоянной напряженности выше 3 кВ/см наличие плазмы оптического разряда способствовало электрическому пробою среды. При этом параметры электрического пробоя зависели от формы электродов, полярности приложенного напряжения и скорости воздушного потока.

1. Tran X. Phuoc. Laser-induced spark ignition fundamental and applications (Review). Optics and Lasers in Engineering, 2006, vol. 44, pp. 351–397.

2. Третьяков П. К., Тупикин А. В., Зудов В. Н. Воздействие лазерного излучения и электрического поля на горение углеводородовоздушных смесей // ФГВ. 2009. Т. 45, № 4. С. 77–85.

3. Зудов В. Н., Грачев Г. Н., Смирнов А. Л., Третьяков П. К., Тупикин А. В., Край нев В. Л. Инициирование горения оптическим разрядом в сверхзвуковой метановоздушной струе // ФГВ. 2013. Т. 49, № 2. С. 144–147.

4. Зудов В. Н., Третьяков П. К. Инициирование оптическим разрядом гомогенного горения топливовоздушной смеси в высокоскоростной струе // Физика горения и взрыва. 2017. Т. 53, вып. 3. С. 18–26.

5. Райзер Ю. П. Лазерная искра и распространение разрядов. М.: Наука, 1974.

6. Асиновский Э. И., Василяк Л. М., Нестеркин О. П. Волна потенциала при электрическом пробое вдоль длинной лазерной искры // ТВТ. 1997. Т. 35, № 6. С. 858–865.

7. Takahashi E., Sakamoto S., Imamura O., Ohkuma Y., Yamasaki H., Furutani H., Akiha ma K. Fundamental characteristics of laser breakdown assisted long distance discharge ignition. J. Phys. D: Appl. Phys., 2019, no. 52, p. 485501 (11 p.)

8. Зворыкин В. Д., Николаев Ф. А., Холин И. В., Чугунов А. Ю., Шелоболин А. В. Инициирование протяженных сильноточных разрядов длинной лазерной искрой // Физика плазмы. 1979. Т. 5. С. 1140–1144.

9. Данилычев О. Б., Тульский С. А. Исследование характеристик электрического пробоя, инициируемого длинной лазерной искрой в воздухе // ЖТФ. 1978. Т. 48. С. 2040–2043.

10. Leonov S. B., Firsov A. A., Shurupov M. A., Michael J. B., Shneider M. N., Miles R. B., Popov N. A. Femtosecond laser guiding of a high-voltage discharge and the restoration of dielectric strength in air and nitrogen. Physics of Plasmas, 2012, no. 19, p. 123502.

11. Aurelien Houard, Yi Liu, Bernard Prade, Vladimir T. Tikhonchuk, Andre Mysyrowicz. Strong Enhancement of Terahertz Radiation from Laser Filaments in Air by a Static Electric Field. Physical Review Letters. 2008, pp. 1–4, 0031-9007-08-100(25), 255006.

12. Kopeika N. S., Gellman R., Kushelevsky A. P. Improved detection of ultraviolet radiation with gas-filled phototubes through photoionization of excited atoms. Appl. Opt., 1977, no. 16, pp. 2470–2476.

13. Hahn D. W., Omenetto N. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS), part I: Review of basic diagnostics and plasma particle interactions: Still-challenging issues within the analytical plasma community. Appl. Spectrosc., 2010, vol. 64 (12), pp. 335A–366A.

14. Hahn D. W., Omenetto N. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS), part II: Review of instrumental and methodological approaches to material analysis and applications to different fields. Appl. Spectrosc., 2012, vol. 66 (4), pp. 347–419.

15. Kushner M. J., Milroy R. D., Kimura W. D. A laser-triggered spark gap model. J. Appl. Phys., 1985, vol. 58 (8), pp. 2988–3000.

16. Forestier B. et al. Triggering, guiding and deviation of long air spark discharges with femtosecond laser filament. AIP Advances, 2012, no. 2, p. 012151.

17. Takashi Fujii, Alexei Zhidkov, Megumu Miki et al. Dynamics and Kinetics of laser-filament plasma in strong external electric fields and applications. Chinese journal of physics, 2014, vol. 52, no. 1-11, pp. 440-464. DOI 10.6122/CJP.52.440

18. Никулин В. Я., Цыбин С. П., Гурей А. Е. О разряде в лазерной плазме во внешнем электрическом поле // Краткие сообщения по физике ФИАН. 2017. № 6. С. 15–21.

19. Kumar V., Thareja R. K. Laser induced gas breakdown in the presence of a static electric field. Journal of Applied Physics, 1988, no. 64, pp. 5269–5271.

20. Takahashi E., Sakamoto S., Imamura O., Ohkuma Y., Yamasaki H., Furutani H., Akiha ma K. Fundamental characteristics of laser breakdown assisted long distance discharge ignition. J. Phys. D: Appl. Phys., 2019, no. 52, p.485501 (11 p.).

21. Tulip J., Seguin H. Influence of a transverse electric field on laser-induced gas breakdown. Appl. Phys. Lett., 1973, vol. 23, no. 3, pp. 135–136.

22. Takahashi E., Kato S. Influence of DC electric field on Nd:YAG laser-induced breakdown in gases. OSAC, 2020, vol. 3, no. 11/15, pp. 3030–3039. DOI 10.1364/OSAC.399530

23. Ruth Ann Mullen, Jesse N. Matossian. Quenching optical breakdown with an applied electric field. Optics Letters, 1990, vol. 15, no. 11, pp. 601–603.