Том 35, номер 12, статья № 4

Аннотация:

Экспериментально и теоретически исследуется распространение мощного фемтосекундного лазерного излучения (МФЛИ) через аэрозоль. В ходе экспериментальных исследований показано влияние аэрозоля на характеристики области филаментации излучения. На основе экспериментальных данных найдена временная зависимость степени неоднородности поля МФЛИ, обусловленная расплыванием аэрозольного облака. Предложена теоретическая модель, позволяющая воспроизвести экспериментальные закономерности не только качественно, но и количественно. Для моделирования распространения МФЛИ используются плоские фазовые экраны, имитирующие рассеяние излучения на частицах аэрозоля, с эффективными оптическими параметрами, соответствующими разным значениям интенсивности излучения. Модель может быть полезна для исследования распространения МФЛИ на атмосферных трассах.

Ключевые слова:

фемтосекундные лазерные импульсы, филаментация, аэрозоль, фазовый экран, уравнение Гельмгольца

Список литературы:

1. Голик С.С., Лисица В.В., Майор А.Ю., Толстоногова Ю.С., Бабий М.Ю., Нагорный И.Г. Разработка методов лидарного зондирования атмосферы фемтосекундными импульсами, // Междунар. науч.-исслед. журн. 2018. Т. 75, № 9. C. 12–16.
2. Jing L. Application of laser remote sensing technology and super continuous spectrum laser // E3S Web Conf., 2020. V. 165, N 03002. P. 1–5. DOI: 10.1051/ e3sconf/202016503002.
3. Alyami H.M., Becerra V.M., Hadjiloucas S. New opportunities for secure communication networks using shaped femtosecond laser pulses inducing filamentation processes in the atmosphere // J. Phys. Conf. Ser. 2013. V. 472. 012009 P. 1–6. DOI: 10.1088/1742-6596/ 472/1/012009.
4. Li J., Zhang H., Doerr D., Alexander D.R. Optical communications with femtosecond lasers // Proc. SPIE.  2006. V. 6399. P. 639908-1–639908-1. DOI: 10.1117/12. 690618.
5. Alexander D., Rohlfs M.L. Optical communications by frequency content of femtosecondlaser pulses // Faculty Publications from the Department of Electrical and Computer Engineering. 2003. URL: https://digitalcommons.unl.edu/electricalengineeringfacpub/518 (last access: 28.06.2022).
6. Землянов А.А., Гейнц Ю.Э. Пороги оптического пробоя прозрачной микрочастицы в нано-, пико- и фемтосекундном диапазонах длительностей лазерныхимпульсов // Оптика атмосф. и океана. 2004. Т. 17, № 4. С. 306–311.
7. Курилов М.В., Урюпин Д.С., Мажоров А.В., Горгуц С.Р., Волков Р.В., Косарев О.Г., Савельев А.Б. Исследование трансформации спектра фемтосекундного лазерного излучения при его филаментации в газовой среде // Опт. и спектроскоп. Т. 107. С. 459–465. DOI: 10.1134/S0030400X09090203.
8. Kasparian J., Rodriguez M., Mejean G., Yu J., Salmon E., Wille H., Bourayou R., Frey S., Andre Y.-B., Mysyrowicz A., Sauerbrey R., Wolf J.-P., Woste L. White-light filaments for atmospheric analysis // Science. 2003. V. 301, N 61. P. 61–64.
9. Апексимов Д.В., Букин О.А., Быкова Е.Е., Гейнц Ю.Э., Голик С.С., Землянов А.А., Землянов Ал.А., Ильин А.А., Кабанов А.М., Матвиенко Г.Г., Ошлаков В.К., Соколова Е.Б. Взаимодействие гигаваттных лазерных импульсов с жидкими средами. Часть 1. Взрывное вскипание крупных изолированных водных капель // Оптика атмосф. и океана. 2010. Т. 23, № 7. С. 536–542; Apeksimov D.V., Bukin O.A., Bykova E.E., Geints Yu.E., Golik S.S., Zemlyanov A.A., Zemlyanov Al.A., Ilyin A.A., Kabanov A.M., Matvienko G.G., Oshlakov V.K., Sokolova E.B. Interaction between gi­gawatt laser pulses and liquid media: Part 1. Explosive boiling of large individual water droplets // Atmos. Ocean. Opt. 2010. V. 23, N 6. P. 448–454.
10. Lindinger A., Hagen J., Socaciu L.D., Bernhardt T.M., Woste L., Duft D., Leisner T. Time-resolved explosion dynamics of H₂O droplets induced by femtosecond laser pulses // Appl. Opt. 2004. V. 43, N 27. P. 5263–5269.
11. Courvoisier F., Boutou V., Favre C., Hill S.C., Wolf J.-P. Plasma formation dynamics within a water microdroplet on femtosecond time scales // Opt. Lett. 2003. V. 28, N 3. P. 206–208.
12. Favre C., Boutou V., Hill S.C., Zimmer W., Krenz M., Lambrecht H., Yu J., Chang R.K., Woeste L., Wolf J.-P. White-light nanosource with directional emission // Phys. Rev. Lett. 2002. V. 89, N 3. 4 p.
13. Courvoisier F., Boutou V., Kasparian J., Salmon E., Méjean G., Yu J., Wolf J.-P. Ultraintense light fi­laments transmitted through clouds // Appl. Phys. Lett. 2003. V. 83, N 2 P. 213–215.
14. Efimenko E.S., Malkov Yu.A., Murzanev A.A., Ste­panov A.N. Scattering of intense femtosecond laser radiation at water aerosol in backward direction // Appl. Phys. B. 2015. V. 121, N 4. P. 483–488.
15. Zemlyanov A.A., Geints Yu.E. Filamentation length of ultrashort laser pulse in the presence of aerosol layer // Opt. Commun. 2005. V. 258, N 1–3. P. 161–166.
16. Skupin S., Bergé L., Peschel U., Lederer F.L. Interaction of femtosecond light filaments with obscurants in aerosols // Phys. Rev. Lett. 2004. V. 93, N 2. P. 023901(1–4).
17. Silaeva E.P., Shlenov S.A., Kandidov V.P. Multifilamentation of high-power femtosecond laser pulse in turbulent atmosphere with aerosol // Appl. Phys. B. 2010. V. 101. P. 393–401.
18. Федотов И.В., Федотов А.Б., Жохов П.А., Ланин А.А., Савин А.Д., Желтиков А.М. Параметрическое преобразование и активное формирование спектра излучения суперконтинуума в поле интенсивных фемтосекундных лазерных импульсов // Письма в ЖЭТФ. 2008. Т. 88, № 3. С. 185–188.
19. Petrov A.V., Babushkin P.A., Bulygin A.D. Kuchinskaya O.I., Minina O.V., Formation of the scattering phase function in the interaction of ultrashort laser pulses with a drop in a nonlinear mode // 7th International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects (EFRE) 2020. P. 989–992. 
20. Милицин В.О., Кузьминский Л.С., Кандидов В.П. Стратифицированная модель распространения мощного фемтосекундного лазерного излучения в атмосферном аэрозоле // Оптика атмосф. и океана. 2005. Т. 18, № 10. С. 880–886.
21. Кандидов В.П., Милицин В.О. Формирование множества филаментов в мощном фемтосекундном лазерном импульсе в условиях дождя // Оптика атмосф. и океана. 2006. Т. 19, № 9. С. 765–772.
22. Силаева Е.П., Кандидов В.П. Перенос филамента мощного фемтосекундного импульса в слое аэрозоля // Оптика атмосф. и океана. 2009. Т. 22, № 2. С. 132–140; Silaeva E.P., Kandidov V.P. Propagation of a filament created by a strong femtosecond pulse through a layer of aerosol // Atmos. Ocean. Opt. 2009. V. 22, N 1. P. 26–34.
23. Булыгин А.Д., Землянов А.А. Вариационная формулировка уравнения Шредингера с нестационарной нелинейностью и его интегралы движения // Дифференциальные уравнения. 2018. Т. 54, № 10. С. 1420–1424.
24. Солимено С., Крозиньяни Б., ди Порто П. Дифракция и волноводное распространение оптического излучения: Пер. с англ. М.: Мир, 1989. 664 с.
25. Кудряшова О.Б., Коровина Н.В., Антонникова А.А., Ворожцов Б.И. Влияние физико-химических свойств распыляемого вещества на эволюцию мелкодисперсного аэрозоля // Ползунов. вестн. 2013. № 3. С. 114–117.
26. Antal T., Droz M., Györgyi G., Racz Z. 1/f noise and extreme value statistics // Phys. Rev. Lett. 2001. V. 87, N 21. P. 240601. DOI: 10.17877/DE290R-11566.