Том 34, номер 02, статья № 1

Аннотация:

Представлены результаты экспериментальных и теоретических исследований эволюции мелкомасштабной поперечной структуры мощного фемтосекундного лазерного излучения, распространяющегося в воздухе в режиме множественной филаментации. Установлено, что наличие неоднородностей интенсивности в начальном поперечном профиле лазерного пучка за счет эффекта керровской самофокусировки приводит к формированию пространственно обособленных световых каналов с высокой интенсивностью. При превышении в таких каналах некоторого порогового значения мощности (критической мощности самофокусировки) в них реализуется филаментация излучения.
Теоретическая оценка параметров указанных световых каналов проводилась на основе дифракционно-лучевой модели одиночной филаментации. Показано, что для лазерного пучка сантиметрового радиуса и субтераваттной мощности начальный радиус неоднородностей интенсивности в его поперечном профиле, способных к самофокусировке и филаментации, имеет характерные значения в несколько миллиметров.

Ключевые слова:

фемтосекундный лазерный импульс, воздух, филаментация, световые каналы, дифракционно-лучевая трубка

Список литературы:

1. Self-focusing: Past and Present. Fundamentals and Prospects / R.W. Boyd, S.G. Lukishova, Y.R. Shen (eds.). Berlin: Springer, 2009. 605 р.
2. 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. P. 3601–3606.
3. Méchain G., Couairon A., André 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, iss. 3. P. 379–382.
4. 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.
5. Durand M., Houard A., Prade B., Mysyrowicz A., Durécu A., Moreau B., Fleury D., Vasseur O., Borchert H., Diener K., Schmitt R., Théberge F., Chateauneuf M., Daigle J.-F., Dubois J. Kilometer range filamentation // Opt. Express. 2013. V. 21. P. 26836–26845.
6. Апексимов Д.В., Землянов А.А., Иглакова А.Н., Кабанов А.М., Кучинская О.И., Матвиенко Г.Г., Ошлаков В.К., Петров А.В., Соколова Е.Б. Локализованные световые структуры с высокой интенсивностью при множественной филаментации фемтосекундного импульса титан-сапфирового лазера на воздушной трассе // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 11. С. 910–914; Apeksimov D.V., Zemlyanov A.A., Iglakova A.N., Kabanov A.M., Kuchinskaya O.I., Matvienko G.G., Oshlakov V.K., Petrov A.V., Sokolova E.B. Localized high-intensity light structures during multiple filamentation of Ti:Sapphire-laser femtosecond pulses along an air path // Atmos. Ocean. Opt. 2018. V. 31, N 2. Р. 107–111.
7. Беспалов В.И., Литвак А.Г., Таланов В.И. Самовоздействие электромагнитных волн в кубичных изотропных средах // Нелинейная оптика. Новосибирск: Наука, 1968. С. 428–463.
8. 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 ред. А.А. Землянова. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2017. 162 с.
9. Кандидов В.П., Шленов С.А., Косарева О.Г. Филаментация мощного фемтосекундного лазерного излучения // Квант. электрон. 2009. Т. 39, № 3. С. 205–228.
10. Гейнц Ю.Э., Голик С.С., Землянов А.А., Кабанов А.М., Петров А.В. Микроструктура области множественной филаментации фемтосекундного лазерного излучения в твердом диэлектрике // Квант. электрон. 2016. Т. 46, № 2. С. 133–141.
11. Апексимов Д.В., Голик С.С., Землянов А.А., Иглакова А.Н., Кабанов А.М., Кучинская О.И., Матвиенко Г.Г., Ошлаков В.К., Петров А.В., Соколова Е.Б. Множественная филаментация коллимированного лазерного излучения в воде и стекле // Оптика атмосф. и океана. 2015. Т. 28, № 11. С. 972–978; Apeksimov D.V., Golik S.S., Zemlyanov A.A., Iglakova A.N., Kaba­nov A.M., Kuchinskaya O.I., Matvienko G.G., Oshlakov V.K., Petrov A.V., Sokolova E.B. Multiple filamentation of collimated laser radiation in water and glass // Atmos. Ocean. Opt. 2016. V. 29, N 2. P. 135–140.
12. 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.
13. Раутиан С.Г. Квазилучевые трубки // Опт. и спектроскоп. 1999. Т. 87, № 3. С. 494–498.
14. 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 радиуса в воздухе на 150-метровой трассе // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 29, № 1. С. 51–55; Apeksimov D.V., Zemlyanov A.A., Iglakova A.N., Kabanov A.M., Kuchinskaya O.I., Matvienko G.G., Oshlakov V.K., Petrov A.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.
15. 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, iss. 1. P. 73–75.
16. Nibbering E.T.J., Curley P.F., Grillon G., Prade B.S., Franco M.A., Salin F., Mysyrowicz A. Conical emission from self-guided femtosecond pulses in air // Opt. Lett. 1996. V. 21, iss. 1. P. 62–64.
17. Землянов А.А., Гейнц Ю.Э., Минина О.В. Оценка характеристик области множественной филаментации фемтосекундных лазерных импульсов в воздухе на основе модели одиночной филаментации // Оптика атмосф. и океана. 2019. Т. 32, № 8. С. 601–608; Zemlyanov A.A., Geints Yu. E., Minina O.V. Еstimation of the characteristics of the domain of multiple filamentation of femtosecond laser pulses in air based on the single filamentation model // Atmos. Ocean. Opt. 2020. V. 33, N 2. Р. 117–123.
18. Geints Yu.E., Minina O.V., Zemlyanov A.A. Diffraction-ray tubes analysis of ultrashort high-intense laser pulse filamentation in air // J. Opt. Soc. Am. B. 2019. V. 36, N 12. P. 3209–3217.