1. При чём тут пробой? Пробой в атмосфере - молния, пожалуйста. Явления для радио и не-радио волн тут не при чём. Вы же можете говорить, разве что, о том, что мы не можем накачать лазер... потому что рано или поздно происходит лавинное обрушение электронов в рабочем теле лазера с испусканием когерентных квантов. В этом смысле, нам просто не хватает количества свободных энергетических уровней электронов в веществе (газовые лазеры, рубиновые и т.д.). Это я могу понять, но атмосфера тут ни при чём и никакого "фундаментального ограничения" тут нет.
2. Нелинейная оптика? Ну есть там ... немного нелинейности, да. Но вы представляете что это такое по сравнению с обычным рассеиванием? - капля в море, равная нулю. Потом, те слова которые вы произносите и та мысль которую пытаетесь донести никак не соответствует самому эффекту самофокусировки.
Смысл эффекта в том, что запустив неоднородный (!) пучок (с разной интенсивностью по фронту) среда сработает как линза, отклоняя лучи разной интенсивности по-разному. И на каком-то расстоянии, действительно, получается этот пучок сжать.
Что это за среда? Атмосфера? Совсем нет - является ли атмосфера нелинейной оптической средой ещё большой вопрос, а вот нитробензол, например - да, является и потому СПЕЦИАЛЬНО ИСПОЛЬЗУЕТСЯ В ЛАЗЕРАХ для повышения их эффективности, то есть эффект этот явно положительный для лазера, а не отрицательный.
При этом сам ЛАЗЕР, важно понимать, даёт достаточно равномерный по интенсивности пучок безо всяких прибамбасов.
Короче говоря, то что вы говорите слабо вяжется с действительными проблемами ЛАЗЕРов, заключающихся в эффектах либо противоположных и более сильных, либо вообще в перпендикулярных эффектах.
1. Как это ни при чем? В частности, сочетание электромагнитного пробоя и самофокусировки, приводит к тому, что достаточно мощный лазерный луч вдруг обрывается плазменным шаром и дальше уже никуда не идет:)
1. Кажется с помощью frredy_lj я понял что вы хотите сказать. И тут вам возразят, что когда до этого дело дойдёт, то испарять самолёты вражеские можно будет тогда не сложнее, чем зажечь спичку. А пока всё наоборот - проблема не в испарении воздуха или физ.вакуума, а в том, что и самолёт-то испарить пока не удаётся.
2. Ясно, этот пункт у вас завязан на пункт (1), в данном случае он не самостоятельный.
Термин "электромагнитный пробой диэлектрика", примененный вами к описанию явления самозатыка для лазерного луча в атмосфере вследствие образования плазменного шара - неудачный термин. Поэтому, видимо, вокруг сказанного вами возникает много непонимания. Поясню. Когда-то давно, в 1905 году, известным всем физиком было дано объяснение явлению фотоэффекта. Проблема, с которой тогда столкнулись физики, состояла в том, что даже при очень высоких интенсивностях облучения экспериментально не удавалось вызвать фотоэффект, если частота света была низкой. А если частота падающего света была выше определенной границы - впоследствии названной красной границей фотоэффекта, то оказывалось, что вызвать фотоэффект удается даже одиночными квантами - т.е. даже при предельно низких интенсивностях облучения. Применительно к физическому вакууму это означает, что интенсивность излучения, сама по себе, сколь угодно много ее не увеличивай, не приводит к рождению частиц из вакуума. Т.е. для эл.маг. излучения низкой энергии "пробить" вакуум (в смысле изменения его свойств - рождения частиц) практически невозможно. Исключение составляет только случай нелинейного умножения частоты света в среде. Но для этого нужна среда. Вакуум пока что для этих целей никто не использовал. На линейность вакуума - пока ещё - посягательств не было. Так что возможность "пробоя" вакуума электромагнитным излучением - за счет увеличения напряженности поля в этом эл.маг. излучении - это неудачный термин. Напряженность поля эл.маг. волны вакуум принципиально не пробивает. Применительно к диэлектрикам термин "пробой" применяется к явлениям, когда в диэлектриках развивается лавинный разряд, вызванный подвижностью зарядов, налипших на поверхность этого диэлектрика. Так, например, между пластинами конденсатора в ямки и углубления на шероховатой поверхности диэлектрика с пластин набиваются электроны, и в силу их подвижности в этих ямках при определенной напряженности поля в конденсаторе им начинает хватать энергии, чтобы с разгона разрушать межмолекулярные связи в диэлектрике. В результате такой инициации ямка начинает быстро углубляться и, в итоге, развивается лавина, приводящая к образованию выгоревшего канала в диэлектрике. И здесь важно то, что ни с каким предварительным тепловым разогревом диэлектрика это никак не связано. Иная картина происходит с лазерным лучом. В том случае, о котором вы говорите, нелинейное сжатие действительно может привести к фокусировке луча в точку, в которой плотность лучевой энергии окажется достаточной для разогрева среды до состояния плазмы. После образования плазменного сгустка он, естественно, становится препятствием для распространения лазерного луча, поскольку плазма эффективно поглощает и рассеивает эл.маг. излучение. В случае образования плазменного зародыша, действительно, энергия лазерного луча будет тратиться на дальнейший разогрев, и, соответственно, рост этого плазменного образования. Но проблема понимания - у меня, в частности, возникла из-за того, что это явление называть эл.магнитным пробоем диэлектрика никак нельзя. Эл.маг. поле не может инициировать связанные заряды так, чтобы они начали разрушать диэлектрик. Как не поднимай напряженность этого поля. Здесь, как я уже писал, важны квантовые эффекты. Которые не зависят от интенсивности. И если уж мы говорим о влиянии интенсивности света на протекающие явления, то квантовые явления здесь уже ни при чем, и потому термин пробой - здесь неуместен. Эл.маг. волна за счет своей интенсивности может только нагреть диэлектрик и превратить его в плазму. Но чтобы разрушать его без теплового нагрева - здесь нужны квантовые явления, и нужен жесткий рентген. Хотя, в рамках слэнга - применения термина "пробой" здесь, наверное допустимо, если понимать под "пробоем" такое критическое изменение свойств среды, которое начинает препятствовать протеканию задуманного нами процесса.
> На линейность вакуума - пока ещё - посягательств не было.
Странно, у меня в памяти осталось, что были такие "посягательства". Теория говорит о том, что такой эффект может иметь место, но подробных исследований на эту тему почему-то нет.
> Эл.маг. поле не может инициировать связанные заряды так, чтобы они начали разрушать диэлектрик.
С металлами как раз все понятно, а вот с диэлектриками - не очень. Здесь нет прямой аналогии. Если электрическая прочность среды меньше амплитуды, то пробой неизбежен.
Почти все то же самое. Только потенциальная яма пошире.
В СВЧ печке и металл хорошо греется, и вода тоже хорошо греется. Без всяких пробоев. То, о чем вы говорите - это тепловой разогрев. Не пробой.
Кстати, для мощных лазеров возможен ещё такой эффект, как просветление облаков. Почему нет? Если в нем мощи хватает, чтобы нагреть атмосферу в канале своего распространения.
Короче, если вы этой темой не занимались очень плотно, то не можете знать тонкостей вопроса. Существует масса ухищрений, чтобы преодолеть обозначенные вами проблемы. Я, например, могу предложить несколько вариантов, но как и вы не знаю, сработает это или нет. Потому как для этого надо сидеть на этой теме и иметь доступ к экспериментальным данным.
Тем не менее, вам плюсик, что пытаетесь обдумывать этот вопрос.
Качественная картинка рождения частиц во внешнем классическом поле примерно следующая: разность потенциальных энергий между точками нахождения массивных виртуальных частиц, образующих пару, превышает их удвоенную энергию покоя (2mc^2). Тогда пара из виртуальной может перейти реальную.
Так вот, далее, применительно к рассматриваемой проблеме, существенно большим препятствием на пути к реализации лазерного оружия (в видимом диапазоне спектра) является неустойчивость и непредсказуемость состояния атмосферы. Например, облаков, которые эффективно рассеют весь ваш пучок света ещё до того, как он достигнет ракет на баллистической траектории. Это гораздо большая проблема, чем все, что вы описали выше. Но никто не говорил, что боевой лазер сделали в оптическом диапазоне.
> Например, облаков, которые эффективно рассеют весь ваш пучок света ещё до того, как он достигнет ракет на баллистической траектории.
Облака можно и обойти (сверху например, разместив установку на борту самолета). Но никто так не делает, потому что бесполезно, главным образом именно по первым двум причинам. Хотя, пилят бабло и так, размещая на самолетах, даже у нас были такие (а может и есть еще, я слышал, что сгорел, но так, что можно было отремонтировать).
> Но никто не говорил, что боевой лазер сделали в оптическом диапазоне.
В других диапазонах все еще хуже. Не одно, так другое:)
>В других диапазонах все еще хуже. Не одно, так другое:)
Ну, это понятно, что везде есть свои недостатки. Но, тем не менее, известно, что противотуманные фары на автомобилях делают желтыми - лучше просвечивают сквозь туман.
Но есть ещё более убедительный аргумент, что частоту надо подбирать. Из каких соображений - подсказка написана выше. Но напрямую я озвучивать ее не буду из соображений национальной безопасности.
Гауссов профиль формируется за счет конечной апертуры зеркал - вследствие дифракционного (естественного) расхождения луча. Вот даже если вы зададитесь гипотетической задачкой - возьмете прямоугольный профиль конечной апертуры, то через некоторое время он превратиться в гауссов профиль вследствие дифракционной расходимости. Для чего важно, конечно, отсутствие боковых стенок, в рамках которых формируется, или распространяется пучок (как это есть в лазерах на кристаллах или на оптоволокне). В мощных импульсных лазерах - я предполагаю, возможно и такое, что гауссов профиль не успевает сформироваться.
2. Нелинейная оптика? Ну есть там ... немного нелинейности, да. Но вы представляете что это такое по сравнению с обычным рассеиванием? - капля в море, равная нулю. Потом, те слова которые вы произносите и та мысль которую пытаетесь донести никак не соответствует самому эффекту самофокусировки.
Смысл эффекта в том, что запустив неоднородный (!) пучок (с разной интенсивностью по фронту) среда сработает как линза, отклоняя лучи разной интенсивности по-разному. И на каком-то расстоянии, действительно, получается этот пучок сжать.
Что это за среда? Атмосфера? Совсем нет - является ли атмосфера нелинейной оптической средой ещё большой вопрос, а вот нитробензол, например - да, является и потому СПЕЦИАЛЬНО ИСПОЛЬЗУЕТСЯ В ЛАЗЕРАХ для повышения их эффективности, то есть эффект этот явно положительный для лазера, а не отрицательный.
http://900igr.net/datas/fizika/Fizika-lazerov/0019-019-Samofokusirovka.jpg
При этом сам ЛАЗЕР, важно понимать, даёт достаточно равномерный по интенсивности пучок безо всяких прибамбасов.
Короче говоря, то что вы говорите слабо вяжется с действительными проблемами ЛАЗЕРов, заключающихся в эффектах либо противоположных и более сильных, либо вообще в перпендикулярных эффектах.
Reply
2. Это известная проблема для всех специалистов в области лазерной техники, о теории есть даже в Вики: https://ru.wikipedia.org/wiki/Самофокусировка
Reply
2. Ясно, этот пункт у вас завязан на пункт (1), в данном случае он не самостоятельный.
Reply
Поясню.
Когда-то давно, в 1905 году, известным всем физиком было дано объяснение явлению фотоэффекта. Проблема, с которой тогда столкнулись физики, состояла в том, что даже при очень высоких интенсивностях облучения экспериментально не удавалось вызвать фотоэффект, если частота света была низкой. А если частота падающего света была выше определенной границы - впоследствии названной красной границей фотоэффекта, то оказывалось, что вызвать фотоэффект удается даже одиночными квантами - т.е. даже при предельно низких интенсивностях облучения.
Применительно к физическому вакууму это означает, что интенсивность излучения, сама по себе, сколь угодно много ее не увеличивай, не приводит к рождению частиц из вакуума. Т.е. для эл.маг. излучения низкой энергии "пробить" вакуум (в смысле изменения его свойств - рождения частиц) практически невозможно. Исключение составляет только случай нелинейного умножения частоты света в среде. Но для этого нужна среда. Вакуум пока что для этих целей никто не использовал. На линейность вакуума - пока ещё - посягательств не было.
Так что возможность "пробоя" вакуума электромагнитным излучением - за счет увеличения напряженности поля в этом эл.маг. излучении - это неудачный термин. Напряженность поля эл.маг. волны вакуум принципиально не пробивает.
Применительно к диэлектрикам термин "пробой" применяется к явлениям, когда в диэлектриках развивается лавинный разряд, вызванный подвижностью зарядов, налипших на поверхность этого диэлектрика. Так, например, между пластинами конденсатора в ямки и углубления на шероховатой поверхности диэлектрика с пластин набиваются электроны, и в силу их подвижности в этих ямках при определенной напряженности поля в конденсаторе им начинает хватать энергии, чтобы с разгона разрушать межмолекулярные связи в диэлектрике. В результате такой инициации ямка начинает быстро углубляться и, в итоге, развивается лавина, приводящая к образованию выгоревшего канала в диэлектрике. И здесь важно то, что ни с каким предварительным тепловым разогревом диэлектрика это никак не связано.
Иная картина происходит с лазерным лучом. В том случае, о котором вы говорите, нелинейное сжатие действительно может привести к фокусировке луча в точку, в которой плотность лучевой энергии окажется достаточной для разогрева среды до состояния плазмы. После образования плазменного сгустка он, естественно, становится препятствием для распространения лазерного луча, поскольку плазма эффективно поглощает и рассеивает эл.маг. излучение. В случае образования плазменного зародыша, действительно, энергия лазерного луча будет тратиться на дальнейший разогрев, и, соответственно, рост этого плазменного образования.
Но проблема понимания - у меня, в частности, возникла из-за того, что это явление называть эл.магнитным пробоем диэлектрика никак нельзя. Эл.маг. поле не может инициировать связанные заряды так, чтобы они начали разрушать диэлектрик. Как не поднимай напряженность этого поля. Здесь, как я уже писал, важны квантовые эффекты. Которые не зависят от интенсивности. И если уж мы говорим о влиянии интенсивности света на протекающие явления, то квантовые явления здесь уже ни при чем, и потому термин пробой - здесь неуместен.
Эл.маг. волна за счет своей интенсивности может только нагреть диэлектрик и превратить его в плазму. Но чтобы разрушать его без теплового нагрева - здесь нужны квантовые явления, и нужен жесткий рентген.
Хотя, в рамках слэнга - применения термина "пробой" здесь, наверное допустимо, если понимать под "пробоем" такое критическое изменение свойств среды, которое начинает препятствовать протеканию задуманного нами процесса.
Reply
Странно, у меня в памяти осталось, что были такие "посягательства". Теория говорит о том, что такой эффект может иметь место, но подробных исследований на эту тему почему-то нет.
> Эл.маг. поле не может инициировать связанные заряды так, чтобы они начали разрушать диэлектрик.
Почему? Если амплитуда колебаний достаточна?
Reply
(The comment has been removed)
С металлами как раз все понятно, а вот с диэлектриками - не очень. Здесь нет прямой аналогии. Если электрическая прочность среды меньше амплитуды, то пробой неизбежен.
Reply
В СВЧ печке и металл хорошо греется, и вода тоже хорошо греется. Без всяких пробоев.
То, о чем вы говорите - это тепловой разогрев. Не пробой.
Кстати, для мощных лазеров возможен ещё такой эффект, как просветление облаков. Почему нет? Если в нем мощи хватает, чтобы нагреть атмосферу в канале своего распространения.
Короче, если вы этой темой не занимались очень плотно, то не можете знать тонкостей вопроса. Существует масса ухищрений, чтобы преодолеть обозначенные вами проблемы. Я, например, могу предложить несколько вариантов, но как и вы не знаю, сработает это или нет. Потому как для этого надо сидеть на этой теме и иметь доступ к экспериментальным данным.
Тем не менее, вам плюсик, что пытаетесь обдумывать этот вопрос.
Reply
Reply
Но никто не говорил, что боевой лазер сделали в оптическом диапазоне.
Reply
Облака можно и обойти (сверху например, разместив установку на борту самолета). Но никто так не делает, потому что бесполезно, главным образом именно по первым двум причинам. Хотя, пилят бабло и так, размещая на самолетах, даже у нас были такие (а может и есть еще, я слышал, что сгорел, но так, что можно было отремонтировать).
> Но никто не говорил, что боевой лазер сделали в оптическом диапазоне.
В других диапазонах все еще хуже. Не одно, так другое:)
Reply
Ну, это понятно, что везде есть свои недостатки.
Но, тем не менее, известно, что противотуманные фары на автомобилях делают желтыми - лучше просвечивают сквозь туман.
Но есть ещё более убедительный аргумент, что частоту надо подбирать. Из каких соображений - подсказка написана выше. Но напрямую я озвучивать ее не буду из соображений национальной безопасности.
Reply
Кстати, их делают желтыми не потому что они лучше просвечивают сквозь туман, а потому что их лучше видно на фоне тумана:)
Reply
Reply
В мощных импульсных лазерах - я предполагаю, возможно и такое, что гауссов профиль не успевает сформироваться.
Но в любом случае, даже с учетом вашего замечания, реальное расхождение светового пучка в атмосфере - гораздо больше дифракционного. И это более вероятная проблема, чем те, которые описал топикстартер. См. например:
https://cf.ppt-online.org/files/slide/g/gHUfu5461023tPOKDvjopahXsAnTV9Nzi8WyRl/slide-2.jpg
Reply
Leave a comment