【组图】强激光在空气中产生等离子球

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洗眉机手柄中的Q开关激光器,脉宽几十ns左右,峰值功率几MW 

聚焦在空气中能打出一颗明亮的等离子小球,并且伴随响亮的爆炸声。

根据相关论文的数据,等离子球中心温度超过100,000℃。嗯,比电弧高了一个数量级。说不定以后会有激光火花塞呢!

来自:物理高能技术 / 强激光
19
月下孤狼
9天14时前
1楼

    找一枚电解电容充电到约300V,引脚弯曲到间距和这个等离子球差不多,让这个等离子球出现在引脚之间试试呢?前几天我回复了论坛一个高压电引弧爱好者,有给他提到“尝试使用高能脉冲激光构建光导开关”。不过一般的光导开关是固态的,但你这个等离子球在温度上远高于一般高压放电,根据等离子体电导率和温度的规律,你这个等离子球相对一般的电弧来说是一个非常良的导体。当然,我并没有构造高能脉冲激光的条件,楼主能造的出脉冲激光器,想必也具备一定电路知识,如果把这个东西搞出来,这是爱好者领域第一个光导开关,导通速度,通流,耐压等方面秒可控硅几条街。

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月下孤狼
9天13时前
2楼

    另外一个我 也比较感兴趣,关于化学反应是否可以在如此短的时间内发生,可否尝试下使用这个等离子球点燃普通打火机丁烷气?激光的束腰和发散角是存在一定关系,发散角越大,束腰越容易小,所以你现在用的是焦距比较短的透镜,可以聚焦在更小一个点上。你有没有条件尝试让激光聚焦在更远的一点上,当然这样焦点没办法这么小,但是功率足够大的情况下也许也能构造离子球。毕竟,一个较远距离激发离子球比近距离酷很多!

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月下孤狼
9天13时前
3楼

    除了上述两个实验,如果楼主有条件实现下肯定会酷!第一个实验有一定工程价值。不过,我还想了解下楼主是如何在如此巨大的脉冲激光下做好安全防护的。正规的激光防护眼镜(售价200以上)通常也只能实现一百万倍的衰减,对于一个兆瓦级别的激光,如果由于某些原因直射眼睛,也会衰减到瓦级别。瓦级别依然对人眼是有害的,尽管这个持续时间很短。我是做数字图像系统的,一般的CMOS数字图像传感器对脉冲激光非常敏感,这么大功率的激光即使持续时间很短也足以损伤一个像素甚至形成一整条坏线(内部PD过强光电流损毁CMOS),楼主是如何保护自己的手机或者相机摄像头的?像现在一般的激光雷达脉冲激光功率也仅仅几十瓦,和你这个一样也是很窄的脉冲,受到非常严格的安规管控!


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博麗霊夢作者
8天23时前
4楼
引用月下孤狼发表于1楼的内容
    找一枚电解电容充电到约300V,引脚弯曲到间距和这个等离子球差不多,让这个等离子球出现在引脚...

事实上激光的焦点尺寸非常小,仅有几十至100微米,也仅仅是焦点处的等离子体会达到10万摄氏度左右的高温。之所以看起来体积大是因为等离子体的膨胀,实际上膨胀到这个尺寸时温度已经降到和电弧差不多了,无法继续保持超高温。

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博麗霊夢作者
8天23时前
5楼
引用月下孤狼发表于3楼的内容
    除了上述两个实验,如果楼主有条件实现下肯定会酷!第一个实验有一定工程价值。不过,我还想了解下...

护目镜其实也就是普通护目镜,效果还不错。一般情况下都不会直视激光,顶多也就是漫反射光,所以问题不大啦。

什么?!你说手机摄像头?哦没事,已经被打坏了。。


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博麗霊夢作者
8天23时前
6楼
引用月下孤狼发表于3楼的内容
    除了上述两个实验,如果楼主有条件实现下肯定会酷!第一个实验有一定工程价值。不过,我还想了解下...

其实一般情况下不会直接直视激光啦,所以护目镜顶得住的。

什么?你问手机摄像头?没事,已经被激光打出坏点了,所以我选择开摆!

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博麗霊夢作者
8天23时前
7楼
引用月下孤狼发表于2楼的内容
    另外一个我 也比较感兴趣,关于化学反应是否可以在如此短的时间内发生,可否尝试下使用这个等离子...

点火是可以的哦,油管上看过视频,就是用LIB的等离子体点燃丁烷。使用电光调Q的话或许能产生远距离等离子体吧,毕竟功率可以高出一个数量级。

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暮光之羽
8天21时前
8楼

可否通过磁约束等离子球制造特定形状,光剑指日可待🤔


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RodTech
7天10时前
9楼
引用月下孤狼发表于1楼的内容
    找一枚电解电容充电到约300V,引脚弯曲到间距和这个等离子球差不多,让这个等离子球出现在引脚...

球多大个,主要是相机曝光决定的。实际上根本没有途中这么大。激光打的等离子球也就焦点那么大,顶多几十um,扩散到这么大的时候早就冷却了,不能这样比较。

至于温度决定导电效率在这种少量电离的空气等离子里也是不对的。想要良好导体,需要大幅降低压强,到1e-1mbar以下,才能够通过高压放电轻松的实现良好导电。在1atm时候这些量级的激光和高压放电出来的等离子是很冷的。


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RodTech
7天10时前
10楼
引用月下孤狼发表于2楼的内容
    另外一个我 也比较感兴趣,关于化学反应是否可以在如此短的时间内发生,可否尝试下使用这个等离子...

远距离击穿用的不是大f数的长瑞利距离实现的。很简单的计算即可得到要想柔和缓慢聚焦到远处大号焦点上若是YAG纳秒激光需要不现实的激光能量。一般是通过别的激光实现远距离长线电离的。


这时候不能用简单的玩激光笔的瑞丽距离焦点理论来预测电离多长,多远。单纯用Gouy phase预测出来的与实际实验会完全没有参考价值。电离的时候 克尔效应导致的自聚焦会让激光比原本的波前曲率变得更大,从而聚焦更剧烈,导致功率密度变大,等离子电离更强,而等离子梯度变化的散焦效应又会让波前变平缓,形成负反馈,将等离子条稳定在一个很长很长的细线上,直到能量耗尽。不用特别大的激光都可以轻松达到几十米的成丝电离。随便查一下长距离的持续空气等离子体丝用4TW的激光就可以实现400米的长度。4TW激光大概是两张饭桌那么大。要是用瑞丽焦点理论应该从400米变成不到1厘米。

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RodTech
7天10时前
11楼
引用月下孤狼发表于3楼的内容
    除了上述两个实验,如果楼主有条件实现下肯定会酷!第一个实验有一定工程价值。不过,我还想了解下...

100万倍衰减也就是ND6,楼主的激光完全够了,实际上我们的YAG比这个能量大上百倍,用的也是ND6的眼镜。这个不能主观臆测,要查询MPE 和ELV计算,跟光束特征有关,目测楼主这种激光ND5都足够了。


脉冲激光配眼镜的问题不是简单的看个ND值就了事的,而是许多有机吸收材料会有功率饱和过程,过了一定的峰值功率就会不再衰减吸收,变成透明的,等光暗下来了又瞬间恢复正常。这种饱和吸收现象就是楼主激光的被动调q晶体工作原理。激光眼镜的脉冲牌号才是要看的关键指标。


CMOS损伤机理根本不是什么光电流太强,而是热损伤。到了飞秒激光情况才有略微不同,纳秒激光损伤跟CW激光是一样的。把硅烧太热导致半导体doping漂移,漏电变大,像素损坏。瞬间功率再大一点breakdown了会把下面的晶体管打坏,造成坏线。想要用光电流来损坏cmos,把相机壳打穿都不行。


激光雷达管的严是因为到处扫描着照,而不是因为功率怎么样,比这个可要危险多了。

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博麗霊夢作者
6天14时前
12楼
引用RodTech发表于9楼的内容
球多大个,主要是相机曝光决定的。实际上根本没有途中这么大。激光打的等离子球也就焦点那么大,顶多几十u...

对等离子体的知识了解不多,想问一下低压气体中放电的话等离子体的电子温度和粒子温度会有提高吗?

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RodTech
6天14时前
13楼
引用博麗霊夢发表于12楼的内容
对等离子体的知识了解不多,想问一下低压气体中放电的话等离子体的电子温度和粒子温度会有提高吗?

宽泛来说的确是这样。0.1mbar的手指粗内径放电管,用电容放电,几百安就很热了,但是比较难引燃。相反闪光灯管压力高,就要冷很多。不过还是要具体情况具体分析,不建议这么总结。

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博麗霊夢作者
6天14时前
14楼
引用RodTech发表于9楼的内容
球多大个,主要是相机曝光决定的。实际上根本没有途中这么大。激光打的等离子球也就焦点那么大,顶多几十u...


一些文章中好像说低压气体放电中电子温度很高(给的是100000k的量级)而离子温度不高,气压越高二者越接近。请问一下0.1torr这样的压强下20kv的放电大约会有多高的电子温度。现在对等离子体物理不了解,想大概知道一下。


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RodTech
6天14时前
15楼
引用博麗霊夢发表于14楼的内容
一些文章中好像说低压气体放电中电子温度很高(给的是100000k的量级)而离子温度不高,气压越高二者...

0.1torr放电是到不了20kv的,呈现的是短路状态,手指那么粗 一米长的通道 能有几v压降已经不错了。这个还是楼主自行学习,告诉你个大概也没有意义。

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jykio
1天20时前
16楼
引用博麗霊夢发表于4楼的内容
事实上激光的焦点尺寸非常小,仅有几十至100微米,也仅仅是焦点处的等离子体会达到10万摄氏度左右的高...

有过相关的试验是用激光在空气中打出一条等离子通道来引导电弧的。

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Ball_Lightning
1天15时前
17楼

我希望lz能尝试一下用氮分子激光+凸透镜产生等离子球👍

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博麗霊夢作者
1天11时前
18楼
引用Ball_Lightning发表于17楼的内容
我希望lz能尝试一下用氮分子激光+凸透镜产生等离子球👍

这个就难了,短波激光本身击穿阈值就高,再加上脉宽短,很蓝的啦

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RodTech
1天11时前
19楼
引用博麗霊夢发表于18楼的内容
这个就难了,短波激光本身击穿阈值就高,再加上脉宽短,很蓝的啦

恰恰相反,脉宽越短越好,

一般来说空气里比较脏有灰尘也是波长越短越好。

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