等离子波导发送微波信号方法

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俄列别捷夫物理研究所(FIAN)开发出了用等离子波导传输微波信号的新方法。该所物理研究人员在实验中发现,强大的超短激光脉冲中有丝状等离子痕迹,据此专家表示,可以创建扩展等离子波导。这些细丝的形成,是因为高强度辐射自聚焦和气体的电离。当使用环切激光束时,成丝效果能让创建一个空心圆柱形等离子波导。

如果波导直径同传输的微波波长相等,则等离子通道将类似于传统的金属波导。遗憾的是,等离子的传导性不如金属壁,微波在等离子通道中“跑”不了几米远就会消失。早在上世纪60年代,俄列别捷夫物理研究所研究员古尔根·阿斯卡利扬就提出了解决问题的思想,他建议采用紫外激光创建波导,微波辐射通过入射角在等离子壁上反射传输,只可惜当时没有紫外激光。

俄列别捷夫物理研究所主任研究员、新研究项目负责人弗拉基米尔·茨沃雷京对阿斯卡利扬方案的解读说:“完全内反射的效果是可行的,比如:在光纤中激光脉冲能毫无损失地传输几十公里乃至几百公里,这是因为光纤的外部折射率比其中心折射率低。在等离子波导中,中心的非离子化空气的折射指标要比周围等离子的高。这里也有极角,极角下微波不出波导,通过等离子壁反射,当然在等离子中还是有一定微波辐射被吸收损失。”。

在茨沃雷京团队实验室里,一台大功率氟化氪激光器及其光学系统能产生紫外线光束,在248nm波长上的脉冲时间为100ns,辐射能量约为100J。在这种波导中,8.5mm波长的微波辐射能传输几十米远的距离。

理论计算表明,传输距离可提高到数公里,但需要一定电子密度做支撑,超过1012-1013cm-3;需要保证波导的直径,至少比微波辐射的波长高10倍。

俄列别捷夫物理研究所助理研究员阿列克谢·列夫琴科解释说:“为了获得更大的电子密度,需要增加激光辐射的强度。我们选择了减少脉冲持续时间。”。科学家计划使用小于10ns的超短紫外脉冲,氟化氪激光器产生如此脉冲没有任何问题。

这种微波波导的使用可以明显提高雷达设备的精度和范围。在大气中设立一个长导等离子通道,还可以用作有效防雷系统。

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