способ определения аномальной дисперсии

Формула изобретения

Способ определения аномальной дисперсии, заключающийся в том, что на основе поперечного наносекундного плазменно-пучкового разряда с щелевым катодом создают двухслойную неоднородную плазменную среду с двухслойным распределением оптического показателя преломления, через которую наклонно пропускают широкополосное лазерное излучение со спектром вблизи спектральных линий поглощения плазмы, и после разложения с помощью спектрографа спектра лазера, прошедшего плазменный слой, на выходе спектрографа определяют аномальную дисперсию вблизи спектральных линий поглощения плазмы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам регистрации аномальной дисперсии неоднородного протяженного плазменного столба и может быть использовано в спектроскопии в неоднородных газовых и плазменных средах, в лазерной спектроскопии и в спектральном анализе газообразных веществ.

Известны классические способы, позволяющие исследовать области аномальной дисперсии в парообразной или плазменной средах. Для этих целей используется двухлучевая интерференция света в области аномальной дисперсии или распространение света в неоднородном слое паров вещества, например паров натрия. В первом способе, лежащем в основе известного опыта Кундта-Вуда (Бутиков Е.И. Оптика. BHV. - Санкт-Петербург. 2003.), по наблюдению аномальной дисперсии, создается неоднородный слой паров щелочных металлов за счет градиента температур. При распространении широкополосного оптического излучения через такой неоднородный слой вещества, вблизи спектральных линий поглощения наблюдается отклонение световых лучей в соответствии с частотной зависимостью показателя преломления в области аномальной дисперсии.

Известен также способ, где используется интерференция двух световых пучков с использованием интерферометра, в один из плеч которого помещается плазменный столб изучаемого газа (Фриш С.Э. Спектроскопия газоразрядной плазмы. Л., 1970).

Применение этих способов определения аномальной дисперсии ограничено парообразными средами, поскольку в газообразных средах таким способом нельзя создавать неоднородность среды.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения.

Задача - расширение арсенала средств для определения аномальной дисперсии.

Технический результат - в наблюдении аномальной дисперсии в различных газах, причем вблизи узких спектральных линий поглощения в плазменно-пучковых разрядах.

Сущность предлагаемого изобретения в том, что на основе поперечного наносекундного плазменно-пучкового разряда с щелевым катодом создают двухслойную неоднородную плазменную среду с двухслойным распределением оптического показателя, через которую наклонно пропускают широкополосное лазерное излучение со спектром вблизи спектральных линий поглощения плазмы, и после разложения с помощью спектрографа спектра лазера, прошедшего плазменный слой, на выходе спектрографа определяют аномальную дисперсию вблизи спектральных линий поглощения плазмы.

Технический результат достигается тем, что впервые использована специальная электродная система, состоящая из протяженного плоского анода и цилиндрического щелевого катода, для получения двухслойного неоднородного плазменного столба в качестве протяженной среды для наблюдения аномальной дисперсии вблизи узких спектральных линий поглощения в плазменно-пучковых разрядах.

Схема разрядной камеры представлена на фиг.1а. Разрядная камера представляет собой кварцевую трубку (1) диаметром 5 см и длиной 50 см, в которую помещена электродная система из алюминиевых электродов, расположенных на расстоянии 0,6 см друг от друга. Анод (2) представляет собой плоскую пластину длиной 40 см, шириной 2 см и толщиной 0,5 см. Катод (3) представляет собой цилиндрический стержень длиной 40 см и диаметром 1,2 см, вдоль которого прорезана полость прямоугольной формы шириной 0,2 см и глубиной 0,6 см (фиг.1a). В указанной конструкции разряд наблюдается как между электродами, так и внутри полости щелевого катода. Выбор такой формы поверхности катода, расстояния между электродами, области давлений газа и амплитуд напряжений позволяет получить внутри полости катода двойной слой ионизованного газа с неоднородным распределением оптического показателя преломления. При наклонном распространении широкополосного лазерного излучения через двойной слой ионизованного газа внутри полости катода удается наблюдать отклонение световых пучков в соответствии с частотной зависимостью показателя преломления в области аномальной дисперсии.

Разрядная камера работает следующим образом. Система откачивалась до давления 10^-4 Тор и в камеру напускался рабочий газ (инертные газы) в необходимом диапазоне давлений. Затем к аноду и катоду прикладывались импульсы напряжения регулируемой амплитуды до 10 кВ с длительностью переднего фронта до 15 нс. После проникновения плазмы внутрь полости катода эмитированные с боковых поверхностей полости и ускоренные в области катодного падения потенциала электроны отражаются в обратном поле с противоположной стороны и возвращаются в область отрицательного свечения. В результате таких осцилляций электронов в полости катода при определенных давлениях газа и амплитудах импульсов напряжения формируются два слоя ионизованного газа, прижатые к противоположным стенкам щели в катоде. Между этими слоями ионизованного газа формируется область с минимумом оптического показателя преломления вдоль центра щели в катоде и с возрастанием этой величины в сторону стенок полости. Эта область ионизованного газа используется в качестве «плазменной призмы» для наблюдения аномальной дисперсии вблизи узких спектральных линий поглощения. В качестве зондирующего оптического излучения используется широкополосное излучение лазера на красителе с накачкой эксимерным лазером. Использование перестраиваемого лазера на красителе позволяет наблюдать аномальную дисперсию на различных спектральных линиях. Лазерное излучение, выходящее из плазменного столба, разлагается по спектру с помощью спектрографа, на выходе которого установлена ПЗС-камера с цифровой регистрацией светового потока. Отклонение световых пучков в области вблизи спектральной линии поглощения прописывает аномальную дисперсию, соответствующую данной спектральной области поглощения (Фиг.2).

Предлагаемая конструкция разрядной камеры с протяженным щелевым катодом позволяет получить внутри полости катода протяженные двойные слои ионизованного газа, которые могут быть использованы для определения аномальной дисперсии в различных газах, причем с регулируемым максимальным показателем преломления вблизи узких спектральных линий поглощения.

На фиг.3 дано получение внутри полости катода двух протяженных слоев разряда с неоднородным распределением оптического показателя преломления, между которыми создается протяженная плазменная среда со свойствами, близкими к свойствам оптической призмы.

Новый способ определения аномальной дисперсии в ионизованных газах может быть использован для разработки методов спектрального анализа газов с высокими потенциалами ионизации.