Том 30, номер 03, статья № 2

Аннотация:

В работе экспериментально и теоретически исследуются условия филаментации лазерного пучка с фемтосекундной длительностью импульса при его фокусировке в воздухе. Демонстрируется хорошее согласие экспериментальных и расчетных данных без учета наличия плазмы в филаменте. Показывается, что при малой числовой апертуре (NA ≤ 2,15 × 10^–3) керровская нелинейность играет определяющую роль при формировании, существовании и прекращении филамента. На начальном этапе эффект Керра приводит к самофокусировке части пучка и появлению филамента, на конечном этапе – к дефокусировке излучения и резкому уменьшению его осевой интенсивности за счет искажения волнового фронта пучка. При аберрационной фокусировке излучения после видимого филамента формируется пространственный квазисолитон вследствии баланса между керровской самофокусировкой и дифракционным расплыванием. Квазисолитон является источником направленного суперконтинуума белого цвета.

Ключевые слова:

керровская нелинейность, филаментация, фокусировка, суперконтинуум

Список литературы:

1. Braun A., Korn G., Liu X., Du D., Squier J., Mourou G. Self-channeling of high-peak-power femtosecond laser pulses in air // Opt. Lett. 1995. V. 20, N 1. P. 73–75.
2. Wille H., Rodriguez M., Kasparian J.,  Mondelain D., Yu J., Mysyrowicz A., Sauerbrey R., Wolf J.P., Wöste L.  Teramobile: A mobile femtosecond-terawatt laser and detection system // Eur. Phys. J. 2002. V. 20, N 3. P. 183–190.
3. Kasparian J., Rodriguez M., Méjean G., Yu J., Salmon E., Wille H., Bourayou R., Frey S., Andre Y.B., Mysyrowicz A., Sauerbrey R., Wolf J.P., Wöste L. White-light filaments for аtmospheric аnalysis // Science. 2003. V. 301, N 5629. P. 61–64.
4. Béjot P., Bonacina L., Extermann J., Moret M., Wolf  J.P., Ackermann R., Lascoux N., Salamé R., Salmon R.E., Kasparian J., Bergé L., Champeaux S., Guet C. Blanchot N., Bonville O., Boscheron A., Canal P., Castaldi M., Hartmann O., Lepage C., Marmande L., Mazataud E., Mennerat G., Patissou L., Prevot V., Raffestin D., Ribolzi J.  32 Terawatt atmospheric white-light laser // Appl. Phys. Lett. 2007. V. 90. P. 151106.
5. Geints Y.E., Zemlyanov A.A. On the focusing limit of high-power femtosecond laser pulse propagation in air // Eur. Phys. J. D. 2009. V. 55. P. 745–754.
6. Geints Y.E., Zemlyanov A.A. Self-focusing of a focused femtosecond laser pulse in air // Appl. Phys. B. 2010. V. 101, N 4. P. 735–742.
7. Geints Y.E., Bulygin A.D., Zemlyanov A.A. Model description of intense ultra-short laser pulse filamentation: Multiple foci and diffraction rays //Appl. Phys. B. 2012. V. 107, N 1. P. 243–255.
8. Гейнц Ю.Э., Землянов А.А., Кабанов А.М., Матвиенко Г.Г., Степанов А.Н. Самовоздействие остросфокусированного фемтосекундного лазерного излучения в воздухе в режиме одиночной и множественной филаментации. Лабораторные и численные эксперименты // Оптика атмосф. и океана. 2009. Т. 22, № 2. C. 119–125; Geints Y.E., Zemlyanov A.A., Kabanov A.M., Matvienko G.G., Stepanov A.N. Self-action of tightly focused femtosecond laser radiation in air in a filamentation regime: Laboratory and numerical experiments // Atmos. Ocean. Opt. 2009. V. 22, N 2. P. 150–157.
9. Гейнц Ю.Э., Землянов А.А., Ионин А А., Мокроусова Д.В., Селезнев Л В., Синицын Д.В., Сунчугашева Е.С. Постфиламентационное распространение мощных лазерных импульсов в воздухе в режиме узконаправленных световых каналов // Квант. электрон. 2016. Т. 46, № 11. С. 1009–1014.
10. Théberge F., Lassonde P., Payeur S., Châteauneuf M., Dubois J., Kieffer J.C. Efficient spectral-step expansion of a filamenting laser pulse // Opt. Lett. 2013. V. 38, N 9. P. 1576–1578.
11. Lim K., Durand M., Baudelet M., Richardson M. Transition from linear- to nonlinear-focusing regime in filamentation // Sci. Rep. 2014. V. 4, N 7217.
12. Ivanov N.G., Losev V.F., Prokop'ev V.E. Study of the population inversion mechanisms and superradiance on transitions of molecular nitrogen ions in the filament // Proc. SPIE. 2015. V. 9810. P. 98100L.
13. Aközbek N., Trushin S.A., Baltǔska A., Fuß W., Goulielmakis E., Kosma K., Krausz F., Panja S., Uiberacker M., Schmid W.E., Becker A., Scalora M., Bloemer M. Extending the supercontinuum spectrum down to 200 nm with few-cycle pulses // New J. Phys. 2006. V. 8, N 177. P. 25619–2 (1–12).
14. Théberge F., Liu W. Luo Q., Chin S.L. Ultrabroadband continuum generated in air (down to 230 nm) using ultrashort and intense laser pulses // Appl. Phys. B. 2005. V. 80. P. 221–225.
15. Garanin S.G., Epatko I., L'vov L., Serov R.V., Sukharev S. Self-focusing suppression in a system of two nonlinear media and a spatial filter // Quant. Electron. 2007. V. 37, N 12. P. 1159–1165.
16. Menzel R. Photonics, Linear and Nonlinear Interactions of Laser Light and Matter. Berlin; Heidelberg; New York: Springer, 2007. P. 211.
17. Marburger J.H. Self-focusing: Theory // Prog. Quant. 1975. V. 4. P. 35.
18. Théberge F., Liu W., Simard P.T., Becker A., Chin S.L.  Plasma density inside a femtosecond laser filament in air: Strong dependence on external focusing // Phys. Rev. E. 2006. V. 74. P. 036406 (1–7).