Том 36, номер 03, статья № 3

Аннотация:

Для задачи самофокусировки мощного фемтосекундного лазерного излучения в оптической среде в приближении нелинейного уравнения Шредингера установлен критерий остановки коллапса интенсивности. На примере распространения фемтосекундного лазерного импульса в воздухе показано, что остановка коллапса происходит, когда возрастает роль дифракции вследствие уменьшения радиуса лазерного пучка, и не в точке, а на интервале перед координатой нелинейного фокуса, где фазовая самомодуляция излучения за счет плазменной нелинейности преобладает над фазовой модуляцией, вызванной керровской нелинейностью. Полученный результат (критерий остановки коллапса) позволяет учитывать особенности нелинейной активности различных оптических сред при распространении мощных фемтосекундных лазерных импульсов. В частности, определена роль нелинейного поглощения в рассматриваемых условиях.

Ключевые слова:

фемтосекундные лазерные импульсы, воздух, самофокусировка, дифракция, коллапс интенсивности, поглощение

Список литературы:

1. Аскарьян Г.А. Воздействие градиента поля интенсивного электромагнитного луча на электроны и атомы // Журн. экспериментальной и теоретической физики. 1962. Т. 42, № 6. С. 1567–1570.
2. Пилипецкий Н.Ф., Рустамов А.Р. Наблюдение самофокусировки света в жидкостях // Письма в ЖЭТФ. 1965. Т. 2, № 2. С. 88–90.
3. Захаров В.Е., Кузнецов Е.А. Солитоны и коллапсы: два сценария эволюции нелинейных волновых систем // Успехи физ. наук. 2012. Т. 182, вып. 6. С. 569–592.
4. Луговой В.Н., Прохоров А.М. Теория распространения мощного лазерного излучения в нелинейной среде // Успехи физ. наук. 1973. Т. 111, вып. 2. С. 203–247.
5. 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.
6. Bejot P., Kasparian J., Henin S., Loriot V., Vieillard T., Hertz E., Faucher O., Lavorel B., Wolf J.-P. Higher-order Kerr terms allow ionization-free filamentation in gases // Phys. Rev. Lett. 2010. V. 104. P. 103903-1–4.
7. Kosareva O., Daigle J.-F., Panov N., Wang T., Hosseini S., Yuan S., Roy G., Makarov V., Chin S.L. Arrest of self-focusing collapse in femtosecond air filaments: higher order Kerr or plasma defocusing? // Opt. Let. 2011. V. 36, N 7. P. 1035–1037.
8. 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.
9. Fraiman G.M. Asymptotic stability of manifold of self-similar solutions in self-focusing // JETP. 1985. V. 61, N 2. P. 228–233.
10. Landman M.J., Papanicolaou G.C., Sulem C., Sulem P.L. Rate of blowup for solution of the nonlinear Schrodinger equation at critical dimension // Phys. Rev. A. 1988. V. 38. P. 3837–3843.
11. Mesurier B.J., Papanicolaou G.C., Sulem C., Sulem P.L. Local structure on the self-focusing singularity of the cubic Schrodinger equation // Phys. D. 1988. V. 32. P. 210–226.
12. Self-focusing: Past and Present. Fundamentals and Prospects / R.W. Boyd, S.G. Lukishova, Y.R. Shen (eds.). Berlin: Springer, 2008. 605 р.
13. Витковский В.Э., Федорук М.П. Численное исследование свойств решений нелинейного уравнения Шредингера при распространении лазерных импульсов в световодах // Вычислительные технологии. 2008. Т. 13, № 6. С. 40–49.
14. Кандидов В.П., Федоров В.Ю., Тверской О.В., Косарева О.Г., Чин С.Л. Насыщение интенсивности в филаменте фемтосекундного лазерного излучения // Квант. электрон. 2011. Т. 41, № 4. С. 382–386.
15. Couairon А., Bergé L. Light filaments in air for ultraviolet and infrared wavelengths // Phys. Rev. Lett. 2002. V. 88, N 13. P. 135003-1–-4.
16. Кандидов В.П., Шленов С.А., Косарева О.Г. Филаментация мощного фемтосекундного лазерного излучения // Квант. электрон. 2009. Т. 39, № 3. С. 205–228.
17. Гейнц Ю.Э., Землянов А.А., Минина О.В. Моделирование самофокусировки фемтосекундных лазерных импульсов в воздухе методом дифракционно-лучевых трубок // Оптика атмосф. и океана. 2019. Т. 32, № 2. С. 120–130; Geints Yu.E., Zemlyanov A.A., Minina O.V. Simulation of self-focusing of femtosecond laser pulses in air by the method of diffraction-beam tubes // Atmos. Ocean. Opt. 2019. V. 32, N 4. Р. 420–429.
18. Luo Q., Yu J., Hosseini S.A., Liu W., Ferland B., Roy G., Chin S.L. Long-range detection and length estimation of light filaments using extra-attenuation of terawatt femtosecond laser pulses propagating in air // Appl. Opt. 2005. V. 44, N 3. Р. 391–397.
19. Mishima K., Hayashi M., Yi J., Lin S.H., Selzle H.L., Schlag E.W. Generalization of Keldysh’s theory // Phys. Rev. A 2002. V. 66, N 3. Р. 033401-1–12.
20. Гейнц Ю.Э., Землянов А.А. Характеристики филаментов при распространении мощного фемтосекундного лазерного излучения в воздухе и воде: I. Качественный анализ // Оптика атмосф. и океана. 2010. Т. 23, № 9. С. 749–756; Geints Yu.E., Zemlyanov A.A. Characteristics of filaments during high-power femtosecond laser radiation propagation in air and water: I. Qualitative analysis // Atmos. Ocean. Opt. 2011. V. 24, N 2. Р. 144–151.
21. Переломов А.М., Попов В.С., Терентьев М.В. Ионизация атомов в переменном электрическом поле // ЖЭТФ. 1966. Т. 50, вып. 5. С. 1393–1397.
22. Loriot V., Hertz E., Faucher O., Lavorel B. Measurement of high order Kerr refractive index of major air components // Opt. Express. 2009. V. 17, N 16. P. 13429–13434.