Том 32, номер 02, статья № 5

Гейнц Ю.Э., Землянов А.А., Минина О.В. Моделирование самофокусировки фемтосекундных лазерных импульсов в воздухе методом дифракционных лучей и световых трубок. // Оптика атмосферы и океана. 2019. Т. 32. № 02. С. 120–130.
Скопировать ссылку в буфер обмена
Аннотация:

Представлены результаты теоретического исследования распространения в режиме самофокусировки и филаментации в воздухе фемтосекундных импульсов титан-сапфирового лазера. Анализ самофокусировки импульсного излучения проводился на основе метода дифракционных лучей и световых трубок. Его результаты позволили установить, что при самофокусировке в лазерном пучке формируются специфические световые структуры. Одной из таких структур является энергетически пополняющая дифракционно-лучевая трубка, которая обеспечивает необходимой энергией участок филаментации, а на этапе постфиламентационного распространения импульса существует в форме интенсивного светового канала. Установлены зависимости радиуса и мощности энергетически пополняющей трубки от начального радиуса пучка и пиковой мощности излучения при фиксированной длительности импульса. Выявлено, что энергетические затраты излучения на филаментацию снижаются при увеличении радиуса пучка. Пиковая мощность, содержащаяся в энергетически пополняющей световой трубке на этапе постфиламентационного распространения импульса, не превышает критическую мощность самофокусировки для гауссова пучка и слабо зависит от начальных параметров импульса.

Ключевые слова:

фемтосекундные лазерные импульсы, самофокусировка, филаментация, дифракционно-лучевая трубка, энергетически пополняющая трубка, постфиламентационный световой канал

Список литературы:

1. Аскарьян Г.А. Воздействие градиента поля интенсивного электромагнитного луча на электроны и атомы // ЖЭТФ. 1962. Т. 42, № 6. С. 1567–1570.
2. Чекалин С.В., Кандидов В.П. От самофокусировки световых пучков – к филаментации лазерных импульсов // Успехи физ. наук. 2013. Т. 183, вып. 2. С. 133–152.
3. Wolf J.P. Short-pulse lasers for weather control // Reports on Progress Phys. 2018. V. 81. N 2. P. 026001.
4. Laser filamentation: Mathematical methods and models / A.D. Bandrauk, E. Lorin, J.V. Moloney (eds.). Switzerland: Springer, 2016. 216 p.
5. Апексимов Д.В., Гейнц Ю.Э., Землянов А.А., Кабанов А.М., Матвиенко Г.Г., Ошлаков В.К.. Филаментация фемтосекундных лазерных импульсов в воздухе / под об. ред. д.м.-м.н. А.А. Землянова. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2017. 162 с.
6. Землянов А.А., Булыгин А.Д., Гейнц Ю.Э. Дифракционная оптика светового филамента, образованного при самофокусировке фемтосекундного лазерного импульса в воздухе // Оптика атмосф. и океана. 2011. Т. 24, № 10. С. 839–847; Zemlyanov А.А., Bulygin А.D., Geints Yu.E. Diffraction optics of a light filament generated during self-focusing of a femtosecond laser pulse in air // Atmos. Ocean. Opt. 2012. V. 25, N 2. P. 97–105.
7. Землянов А.А., Булыгин А.Д., Гейнц Ю.Э. Энергетические световые структуры при филаментации фемтосекундного лазерного излучения в воздухе. К 50-летию первой публикации о самофокусировке света // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т, 26. № 5. С. 350–362; Zemlyanov А.А., Bulygin А.D., Geints Yu.E. Energy light structures during femtosecond laser radiation filamentation in air. To the 50th anniversary of the first paper about light self-focusing // Atmos. Ocean. Opt. 2014. V. 27, N 6. P. 463–474.
8. Землянов А.А., Булыгин А.Д., Гейнц Ю.Э., Минина О.В. Динамика световых структур при филаментации ультракоротких лазерных импульсов в воздухе // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 29, № 5. С. 359–368; Zemlyanov А.А., Bulygin А.D., Geints Yu.E., Mininа О.V. Dynamics of light structures during filamentation of femtosecond laser pulses in air // Atmos. Ocean. Opt. 2016. V. 29, N 5. P. 395–403.
9. Гейнц Ю.Э., Землянов А.А., Минина О.В. Дифракционно-лучевая оптика филаментации: I. Формализм дифракционных лучей и световых трубок // Оптика атмосф. и океана. 2018. Т. 31, № 5. С. 364–371; Geints Yu.E., Zemlyanov A.A., Minina O.V. Diffraction-beam optics of filamentation: I. Formalism of diffraction beams and light tubes // Atmos. Ocean. Opt. 2018. V. 31, N 6. Р. 611–618.
10. Гейнц Ю.Э., Землянов А.А., Минина О.В. Дифракционно-лучевая оптика филаментации: II. Дифракционно-лучевая картина филаментации лазерного импульса // Оптика атмосф. и океана. 2018. Т. 31, № 7. С. 515–522; Geints Yu.E., Zemlyanov A.A., Minina O.V. Diffraction-beam optics of filamentation: II  Diffraction-beam pattern of laser pulse filamentation // Atmos. Ocean. Opt. 2018. V. 31, N 6. Р. 619–625.
11. Boyd R.W., Lukishova S.G., Shen Y.R. Self-focusing: Past and present. Fundamentals and prospects // Top. Appl. Phys. Berlin: Springer, 2008. N 114. 605 р.
12. Kosareva O.G., Kandidov V.P., Brodeur A., Chin S. From filamentation in condensed media to filamentation in gases // J. Nonlinear Opt. Phys. Mater. 1997. V. 6, N 4. P. 485–494.
13. Ciao R.Y., Garmire E., Townes C.H. Self-Trapping of Optical Beams // Phys. Rev. Let. 1964. V. 13, N 15. P. 479–482.
14. Liu W., Gravel J.-F., Theberge F., Becker A., Chin S.L. Background reservoir: Its crucial role for long-distance propagation of femtosecond laser pulses in air // Appl. Phys. B. 2005. V. 80, N 7. P. 857–860.
15. Zuoqiang Hao, Jie Zhang, Xin Lu, Tingting Xi, Zhe Zhang, Zhaohua Wang. Energy interchange between large-scale free propagating filaments and its background reservoir // Opt. Soc. Am. B. 2009. V. 26, N 3. P. 499–502.
16. Таланов В.И. Автомодельные волновые пучки в нелинейном диэлектрике // Изв. вузов. Радиофиз. 1966. Т. 9, № 2. С. 410–412.
17. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Физматгиз, 1966. 688 с.
18. Власов С.H., Пискунова Л.В., Таланов В.И. Структура поля вблизи особенности, возникающей при самофокусировке в кубичной среде // ЖЭТФ. 1978. Т. 75, № 5. С. 1602–1609.
19. Горбушина Т.А., Дегтярев Л.М., Крылов В.В. Метод численного решения задач динамики волновых полей с особенностями // Препринт ИПМ. 1976. № 51. 17 c.
20. Петрищев В.А., Таланов В.И. О нестационарной самофокусировке света // Квант. электрон. 1971. № 6. С. 35–42.
21. Marburger J.H. Self-focusing: Theory // Prog. Quantum. Electron. 1975. V. 4. Part. 1. P. 35–110.
22. Апексимов Д.В., Землянов А.А., Иглакова А.Н., Кабанов А.М., Кучинская О.И., Матвиенко Г.Г., Ошлаков В.К., Петров А.В. Множественная филаментация лазерных пучков различного диаметра в воздухе на трассе длиной 150 м // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 29, № 1. С. 51–55; Apeksimov D.V., Zemlyanov А.А., Iglakovа А.N., Kаbаnov А.М., Kuchinskaya О.I., Маtvienkо G.G., Оshlakov V.K., Petrov А.V. Multiple filamentation of laser beams of different diameters in air along a 150-meter path // Atmos. Ocean. Opt. 2016. V. 29, N 3. P. 263–266.
23. Апексимов Д.В., Землянов А.А., Иглакова А.Н., Кабанов А.М., Кучинская О.И., Матвиенко Г.Г., Ошлаков В.К., Петров А.В. Глобальная самофокуси-
ровка и особенности множественной филаментации излучения субтераваттного титан-сапфирового лазера с сантиметровым диаметром выходной апертуры на 150-метровой трассе // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 9. С. 727–732; Apeksimov D.V., Zemlyanov А.А., Iglakovа А.N., Kаbаnov А.М., Kuchinskaya О.I., Маtvienkо G.G., Оshlakov V.K., Petrov А.V. Global self-focusing and features of multiple filamentation of radiation of a subterawatt Ti:Sapphire laser with a centimeter output aperture along a 150-m path // Atmos. Ocean. Opt. 2018. V. 31, N 1. P. 31–35.
24. Mechain G., Couairon A., Andre Y.-B., D'Amico C., Franco M., Prade B., Tzortzakis S., Mysyrowicz A., Sauerbrey R. Long range self-channeling of Infrared laser pulses in air: A new propagation regime without ionization // Appl. Phys. B. 2004. V. 79, N 3. Р. 379–382.
25. Mechain G., D'Amico C., Andre Y.-B., Tzortzakis S., Franco M., Prade B., Mysyrowicz A., Couairon A., Salmon E., Sauerbrey R. Range of plasma filaments created in air by a multi-terawatt femtosecond laser // Opt. Commun. 2005. V. 247. P. 171–180.
26. Daigle J.-F., Kosareva O.G., Panov N.A., Wang T.-J., Hosseini S., Yuan S., Roy G., Chin S.L. Formation and evolution of intense, post-filamentation, ionization-free low divergence beams // Opt. Commun. 2011. V. 284, N 14. Р. 3601–3606.
27. Liu W., Gravel J.-F., Theberge F., Becker A., Chin S.L. Background reservoir: its crucial role for long-distance propagation of femtosecond laser pulses in air // Appl. Phys. B. 2005. V. 80, N 7. P. 857–860.
28. Переломов А.М., Попов В.С., Терентьев М.В. Ионизация атомов в переменном электрическом поле // ЖЭТФ. 1966. Т. 50. С. 1393–1397.
29. Гейнц Ю.Э., Землянов А.А., Кабанов А.М., Матвиенко Г.Г. Нелинейная фемтосекундная оптика атмосферы. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2010. 212 с.
 

Вернуться