Descarga óptica

Descarga óptica  : un tipo de descarga de alta frecuencia en gases, observada para frecuencias de radiación que se encuentran en el rango óptico . Normalmente, las descargas ópticas se inician mediante una potente radiación láser . Hay dos tipos principales de descargas ópticas: ruptura óptica (o chispa láser) y descarga óptica continua.

Avería óptica

Se observa una descomposición óptica de un gas cuando se enfocan pulsos de láser suficientemente potentes. La intensidad característica requerida para observar el efecto en el aire es de aproximadamente 10 11 W / cm 2 (la amplitud correspondiente del campo eléctrico  es de 6 × 10 6 V / cm). Estas intensidades se obtuvieron por primera vez en 1963 en relación con la llegada del láser Q-switched .

Campo de umbral

En el caso general, el campo de umbral en el que se observa la ruptura óptica depende de muchos factores: el tipo de gas, su presión , la frecuencia de la luz utilizada, el tamaño del punto focal, la duración del pulso y la distribución de intensidad sobre la sección transversal.

A presiones no muy altas, la intensidad umbral disminuye, pero a presiones del orden de 100-1000 atm. (dependiendo del gas) comienza a subir. El umbral para los gases monoatómicos suele ser más bajo que para los gases moleculares. En el rango de frecuencias visibles e infrarrojas, la magnitud del campo umbral disminuye al disminuir la frecuencia. El campo de umbral también disminuye con una disminución en el tamaño de la región focal, y también en un grado insignificante con un aumento en la duración del pulso.

Desglose de la física

La base de la descomposición óptica es el efecto del desarrollo de una avalancha de electrones , mientras que los electrones semilla aparecen como resultado de la ionización multifotónica de moléculas o átomos de gas . Cuando la radiación láser interactúa con un átomo, se absorben varios fotones (del orden de 10 a 20) , acompañados de la eyección de un electrón. Un electrón es acelerado en el campo de una onda láser y, al chocar con otros átomos, produce su ionización , dando lugar a otro electrón. Entonces ya dos electrones son acelerados por el campo y en las colisiones con los átomos dan lugar a dos electrones más. Por lo tanto, se produce un aumento similar a una avalancha en el número de electrones libres.

Para que se produzca una ruptura, es necesario que se genere una cantidad suficientemente grande de electrones durante la acción del pulso láser. A bajas presiones y altas frecuencias (de modo que , donde  es la frecuencia de radiación,  es la frecuencia de colisión de electrones con átomos y moléculas neutras), entonces la tasa de crecimiento de la avalancha está determinada por el valor , donde  es la amplitud del campo eléctrico,  es la presión del gas. En el caso contrario, cuando , la tasa de crecimiento de la avalancha está determinada por el valor , es decir, prácticamente no depende de la frecuencia de la luz y disminuye al aumentar la presión.

Descarga óptica continua

Una descarga óptica continua es una descarga de gas estacionaria soportada por radiación láser en un plasma relativamente denso ya existente . Este tipo de descarga fue predicho teóricamente y obtenido experimentalmente en 1970.

Una descarga óptica continua es una de las formas de mantener un plasma con una temperatura de unos 10.000 K, sin embargo, en comparación con otros métodos ( descarga de arco , inducción o microondas ), no requiere ningún elemento estructural (electrodos, etc.) para suministrar energía. Esto le permite crear descargas a una distancia considerable de la fuente, así como en lugares de difícil acceso.

Literatura