Кожевникова Анастасия Михайловна — младший научный сотрудник
Калининград, 236041
sc 57284792900
Anastasiia M. Kozhevnikova — Junior Researcher
Kaliningrad, 236041
sc 57284792900
Иванков Антон Сергеевич — младший научный сотрудник
Калининград, 236041
sc 57208472768
Anton S. Ivankov — Junior Researcher
Kaliningrad, 236041
sc 57208472768
Шитц Дмитрий Владимирович — кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией
Калининград, 236041
Dmitry V. Schitz — PhD (Physics & Mathematics), Head of Laboratory
Kaliningrad, 236041
sc 57415437400
Алексеенко Игорь Вячеславович — кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией
Калининград, 236041
sc 57207816753
Igor V. Alekseenko — PhD (Physics & Mathematics), Head of Laboratory
Kaliningrad, 236041
sc 57207816753
Предмет исследования. Представлен метод цифровой голографической интерферометрии для регистрации и оценки параметров низкотемпературной плазмы, генерируемой при атмосферном давлении в импульсном режиме. Подобный вид плазмы в настоящее время находит свое применение в медицине и биологии. Существует потребность контроля дозы воздействия и режимов формирования плазменной среды. В качестве контролируемых параметров плазмы рассмотрена концентрация электронов, которая может быть определена путем оценки изменения показателя преломления плазмы в импульсе относительно невозмущенного состояния.
Метод. Рабочей средой формирования импульсов плазмы служил гелий. Частота следования импульсов плазмы составляла 5 кГц, а их длительность — 750 нс. Исследования выполнены на специально разработанном лабораторном комплексе регистрации голографических изображений импульсов плазмы. Голограммы зарегистрированы с использованием цифровой камеры. В качестве источника когерентного излучения выбран импульсный лазер INNOLAS SpitLight Hybrid II с длиной волны 532 нм и длительностью импульса излучения 10 нс. Для точной регистрации импульсов плазмы работа лазера, генератора плазмы и цифровой камеры были синхронизированы между собой. В ходе эксперимента получена серия из 500 голограмм с последующей реконструкцией фазы объектного поля. Анализ последовательности голограмм позволил определить разности фаз, связанных с показателем преломления низкотемпературной импульсной плазмы в гелии. Однако такая плазма создает малую фазовую задержку, что приводит к низкому фазовому контрасту рассчитываемых интерферограмм. С другой стороны, низкий контраст может быть вызван и недостатками системы регистрации. Для доказательства возможности системы записи голограмм проведены предварительные эксперименты с регистрацией плазменной дуги с аналогичными временными параметрами генерации, но с более высоким фазовым контрастом реконструированных изображений.
Основные результаты. Представлены экспериментальные результаты исследования фазового контраста показателя преломления чистого гелия, плазменной дуги и импульсов плазмы в гелии. Доказана работоспособность разработанного экспериментального комплекса и метода получения интерферограмм, основанного на определении показателя преломления в импульсе плазмы.
Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы для оценки электронной концентрации плазмы. В дальнейшем планируется увеличение чувствительности метода с целью повышения фазового контраста за счет расширения спектрального диапазона лазерного излучения при регистрации голограмм путем перехода в другую спектральную область, например, инфракрасную.
The study of low-temperature plasma generated in pulsed mode at atmospheric pressure was carried out. The purpose of the presented research is to develop a method of digital holographic interferometry for registration and evaluation of parameters of low-temperature plasma at atmospheric pressure in pulsed mode. This type of plasma is currently applied in medicine and biology. Thus, there is a need to control the exposure dose and plasma environment formation regimes. As plasma parameters, it can be considered its electron concentration which can be calculated through the estimation of the refractive index of plasma pulse in relation to unperturbed state. The plasma pulses were activated in Helium. The plasma pulse frequency was 5 kHz and its duration was 750 ns. During an investigation a laboratory set-up for recording holographic images of plasma pulses was developed. Holograms are acquired on a digital camera and a pulsed laser INNOLAS SpitLight Hybrid II at a wavelength of 532 nm with pulse duration of 10 ns is used as a source of coherent radiation. In order to record plasma pulses, the laser, plasma generator and digital camera were strictly synchronized to each other. During the experiment, a series of about 500 holograms were acquired, and the reconstruction of the phase of the object field was calculated. Analysis of the sequence of holograms allowed calculations of phase difference (interferograms) related to the refractive index of low-temperature pulsed plasma in Helium. It is known that lowtemperature plasma leads to low phase delay which forms low phase contrast of the evaluated interferograms. For this purpose, we carried out preliminary experiments with plasma-arc that has similar temporary parameters, however, with a higher phase contrast of the interferograms. The paper presents experimental results obtained by studying the phase contrast of the refractive index of pure Helium, plasma-arc and plasma pulses in Helium. Thus, the effectiveness of both the experimental set-up and the method to evaluate the interferograms related to the refractive index of the plasma pulse was verified. The data obtained can then be used to estimate the electron concentration of the plasma. However, it needs to increase the sensitivity of the method in order to enhance phase contrast. Increase of sensitivity can be done by means of extension of the spectral range, for example, toward to infra-red.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.