Характерная плотность энергии, которая необходима для такого явления — гигаватты на квадратный сантиметр. Таких огромных значений можно добиться только в импульсных лазерах — мы традиционно используем лазеры на основе активного элемента Nd:YAG (допированный неодимом алюмоиттриевый гранат) с ламповой накачкой, ввиду их относительной доступности в сравнении с другими типами импульсных лазеров типа волоконного. Для искрения требуются, во-первых, фокусировка луча в весьма плотную перетяжку, и, во-вторых, хитрый технический приём, носящий название «модулированной добротности» — Q-Switch, или затвор. [See image gallery at teslacoil.ru] Обсуждение кусвитча — это вообще отдельная тема, поэтому расскажу вкратце. Если просто начать накачку активного элемента лазера, он почти мгновенно начинает выдавать фотончики наружу резонатора, и дальше мощность растёт линейно с мощностью накачки. Модуляция добротности как бы мешает возникновению полноценной генерации до момента своего насыщения, а когда насыщение наступает, оказывается что активный элемент уже полностью накачан и может выдать всю энергию одним мощным пыщем. Именно так достигается необходимая плотность энергии. Q-switch бывают нескольких разных типов: активный (внешне управляемый), среди них акустооптический и электрооптический (крайне сложные в управлении, требующие десятки мегагерц для раскачки), а также механический, и пассивный. Пассивный кусвитч — поразительная штука, представляющая собой просто кусочек тёмного непрозрачного на вид стеклообразного материала (на деле это допированный хромом алюмоиттриевый гранат, или подобные ему штуки). [See image gallery at teslacoil.ru] Но достаточно его поставить внутрь резонатора лазера, между квантроном и зеркалами, и случается волшебство: лазер начинает давать искру. К сожалению, его главный недостаток — поедание общей мощности: примерно половина усасывается на нём, в то время как активные затворы избавлены от этого недостатка.
На доступном нам оборудовании такая искра выглядит как висящий в воздухе крохотный (около миллиметра, может чуть больше) синеватый плазмоид неправильной формы, что можно увидеть на фотоснимках ниже. Но на мощных лабораторных лазерах исследователи получали и изучали искры многометровой длины. Впечатляющее, наверное, зрелище.

[See image gallery at teslacoil.ru] Поскольку теоретические описания — не наш профиль, сразу перехожу к описанию установок, на которых мы получали это прелюбопытнейшее явление. Первый, минималистичный, вариант — широко известный в узких кругах квантрон SSY-1, применявшийся в некоторых танках в США для системы дальномера. [See image gallery at teslacoil.ru] Его отличают миниатюрнейшие размеры (квантрон, вместе с лампой и пассивным кусвитчем, имеет размеры примерно со средний палец руки), простота использования и тотальная невозможность найти в продаже Единственный их продавец, и без того отказывавшийся слать товар за пределы США, теперь вовсе прекратил их реализацию в собранном виде, и теперь доступны только некоторые запчасти — например, запасные лампы. Вся конструкция, вместе с системой накачки, поджига и питанием от пары аккумуляторов, уместилась в пластиковой коробочке размером с ладонь. По нажатию тумблера начинала происходить зарядка конденсаторов, а по нажатию кнопки разряда пыхала лампа накачки и лазер давал искру. [See image gallery at teslacoil.ru] Что отдельно забавно — модулятор добротности был там сделан… на чернилах. Не совсем прямо чернилах, конечно, — там специальные составы — но жаргонное название его именно такое. К сожалению, из-за активного юзания в бедном маленьком SSY-1 потрескалась лампа накачки, и ей требуется замена, которую не купить по вышеописанному жлобству продавца. До появления же замены лазер покоится на полочке в неработоспособном состоянии.

[See image gallery at teslacoil.ru] Второй вариант уже больше напоминает по характеристикам промышленную установку, типа тех, которыми рисуют в стекле (в толще) трёхмерные картинки. Да, эти штуки делают именно таким образом: ЧПУ-станок, на котором установлен лазер, дающий такую искру, которая выбивает миниатюрную трещинку в толще стекла. В нашей установке стоит небольшой квантрон, по виду напоминающий что-то типа К104В, к сожалению, без позволяющих определить его тип маркировок. Лампа накачки — ИНП-5/60, АЭ нестандартный, торчащий с краёв его крепежа в квантроне. По сути, этот квантрон — сборная солянка из разных запчастей, подобранных по принципу «что было под рукой». [See image gallery at teslacoil.ru] Смонтирована сия химера на Г-образном профиле, с юстировками и зеркалами в них по торцам. Ввиду единично-импульсного режима работы потребность в проточном охлаждении отсутствует, и в квантрон просто набрана вода, заткнутая пробками. Простейший вариант сделать этой штуке питание — использовать простую искрилку на УН-9/27 для поджига лампы, МОТ с ЛАТРом и один диод типа 1N4007 для зарядки батареи конденсаторов (например, две штуки К75-40 100мкф 3000в каждый, в параллель — просто что было под рукой. Можно использовать один МБГО 200мкф 1000в), и бухточка толстого провода в качестве тормозящего дросселя (дроссель необходим, чтобы лампу не порвало слишком быстрым разрядом конденсаторов. Номинал — 20-30 мкГн). МОТ заряжает конденсаторы, искрилка по нажатию кнопочки пробивает их на лампу, лазер пыхает.

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

При нынешней линзе искра возникает в фокусе где-то на расстоянии пяти сантиметров от линзы. К сожалению, получать её на большем удалении затруднительно: теряется плотность энергии и мощности лазера уже начинает не хватать для пробоя. Но, кто знает, что будет, когда мы запустим наконец трёхсотджоульный ГОС-300…

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

Любые фактические численные измерения параметров такой системы затруднительны. Впрочем, в них и нет особой потребности: данная установка, собранная буквально за несколько вечеров — просто быстрый способ поразвлечься с явлением лазерной искры на доступном оборудовании без особых заморочек и задач. Кстати, если убрать модулятор добротности, то энергии лазера (3-4 джоуля) хватает для пробоя насквозь листа нержавейки толщиной аж 0.8 мм (равно как и более тонких кусков стали, типа канцелярского лезвия). При этом из металла вылетают красочные искры и язычки плазмы. К сожалению, снять отверстия практически нет возможности из-за их миниатюрного размера, поэтому придётся поверить на слово

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

Кстати, если добавить к этому квантрону штатный удвоитель от него, можно получить импульсную зелень (1064->532 нм). А ей можно накачать и лазер на красителях… но это уже другая история.

Для заинтересовавшихся числами и расчётами могу посоветовать статью по теме лазерной искры — http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/477.html

The post Лазерная искра first appeared on Катушки Тесла и все-все-все.