Том 36, номер 10, статья № 4

Аннотация:

Проблема удаленного формирования в атмосфере интенсивных лазерных пучков актуальна для решения задач атмосферной оптики, в частности для зондирования атмосферы. В работе экспериментально исследуется влияние искусственно созданного турбулентного слоя в начале трассы распространения излучения на характеристики области филаментации и формирование высокоинтенсивных плазменных и бесплазменных каналов для фемтосекундных лазерных пучков, в том числе при фазовом управлении поперечной структурой пучка с использованием деформируемого зеркала. Внесение турбулентности приближает начало области множественной филаментации к источнику излучения, однако это приближение несущественно (< 10% от длины трассы). Сформированный в начале трассы турбулентный слой приводит к многократному увеличению количества локализованных световых каналов в лазерном пучке в режиме его нелинейного распространения в воздухе. Интенсивность излучения в этих каналах достаточно велика для возбуждения двухфотонной флуоресценции, поэтому пучки такой структуры могут быть использованы для зондирования природного и антропогенного аэрозоля.

Ключевые слова:

ультракороткий лазерный импульс, высокоинтенсивные световые каналы, турбулентность, множественная филаментация

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Daigle J.-F., Kamali Y., Chateauneuf M., Tremblay G., Theberge F., Dubois J., Roy G., Chin S.L. Remote sensing with intense filaments enhanced by adaptive optics // Appl. Phys. B. 2009. V. 97. P. 701–713.
2. Stelmaszczyk K., Rohwetter P. Long-distance remote laser-induced breakdown spectroscopy using filamentation in air // Appl. Phys. Lett. 2004. V. 85, N 18. P. 3977–3979.
3. Xu H.L., Liu W., Chin S.L. Remote time-resolved filament-induced breakdown spectroscopy of biological materials // Opt. Lett. 2006. V. 31, N 10. P. 1540–1542.
4. Sunchugasheva E.S., Ionin A.A., Mokrousova D.V., Seleznev L.V., Sinitsyn D.V., Geints Yu.E., Zemlyanov A.A. Remote sensing for oil products on water surface via fluorescence induced by UV filaments // Proc. SPIE. 2016. V. 9988. P. 99880V-1–99880V-7.
5. Apeksimov D.V., Zemlyanov A.A., Zemlyanov Al.A., Iglakova A.N., Kabanov A.M., Kuchinskaya O.I., Matvienko G.G., Oshlakov V.K., Petrov A.V. The emission spectra in a femtosecond plasma of aerosols // Proc. SPIE. 2018. V. 10833. P. 108332L1–108332L4.
6. Иванов Н.Г., Лосев В.Ф., Прокопьев В.Е., Ситник К.А. Сверхизлучение на ионах молекулярного азота в филаменте // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 29, № 2. С. 128–132; Ivanov N.G., Losev V.F., Prokop’ev V.E., Sitnik K.A. Superradiance by molecular nitrogen ions in filaments // Atmos. Ocean. Opt. 2016. V. 29, N 4. P. 385–389.
7. Mejean G., Kasparian J., Yu J., Frey S., Salmon E., Wolf J.-P. Remote detection and identification of biological aerosols using a femtosecond terawatt lidar system // Appl. Phys. B. 2004. V. 78. P. 535–537.
8. Boutou V., Favre C., Hill S.C., Pan Y.L., Chang R.K., Wolf J.-P. Backward enhanced emission from multiphoton processes in aerosols // Appl. Phys. B. 2002. V. 75. P. 145–152.
9. Hill S.C., Pan Y., Holler S., Chang R.K. Enhanced backward-directed multiphoton-excited fluorescence from dielectric microcavities // Phys. Rev. Lett. 2000. V. 85, N 1. Р. 54–57.
10. Apeksimov D.V., Geints Y.E., Zemlynov A.A., Kabanov A.M., Oshlakov V.K., Petrov A.V., Matvienko G.G. Controlling TW-laser pulse long-range filamentation in air by a deformable mirror // Appl. Opt. 2018. V. 57. P. 9760–9769.
11. Апексимов Д.В., Гейнц Ю.Э., Землянов А.А., Иглакова А.Н., Кабанов А.М., Кучинская О.И., Матвиенко Г.Г., Ошлаков В.К., Петров А.В. Влияние фазовых аберраций на положение и протяженность области филаментации // Оптика атмосф. и океана. 2018. Т. 31, № 12. С. 941–947; Apeksimov D.V., Geints Yu.E., Zemlyanov A.A., Iglakova A.N., Kabanov A.M., Kuchinskaya O.I., Matvienko G.G., Oshlakov V.K., Petrov A.V. The effect of phase aberrations on the position and length of the filamentation domain // Atmos. Ocean. Opt. 2019. V. 32, N 2. P. 109–116.
12. 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. 910–14; 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. P. 107–111.
13. Geints Y.E., Ionin A.A., Mokrousova D.V., Rizaev G.E., Selesnev L.V., Sunchugasheva E.S., Zemlyanov A.A. Energy, spectral and angular properties of post-filamentation channels during propagation in air and condensed media // J. Opt. Soc. Am. B. 2019. V. 36. P. G19–G24.
14. Apeksimov D.V., Bulygin A.D., Geints Yu.E., Kabanov A.M., Khoroshaeva E.E., Petrov A.V., Oshlakov V.K. Statistical parameters of femtosecond laser pulse post-filament propagation on a 65 m air path with localized optical turbulence // J. Opt. Sos. Am. B. 2022. V. 39, N 12. P. 3237–3246.
15. Kandidov V.P., Kosareva O.G., Tamarov M.P., Brodeur A., Chin S.L. Nucleation and random movement of filaments in the propagation of high-power laser radiation in a turbulent atmosphere // Quant. Electron. 1999. V. 29, N 10. P. 911–915.
16. Кандидов В.П., Косарева О.Г., Тамаров М.П., Бродер А., Чин С.Л. Зарождение и блуждание филаментов при распространении мощного лазерного излучения в турбулентной атмосфере // Квант. электрон. 1999. T. 29, № 1. C. 73–77.
17. Шленов С.А., Кандидов В.П. Формирование пучка филаментов при распространении фемтосекундного лазерного импульса в турбулентной атмосфере. Часть 2. Статистические характеристики // Оптика атмосф. и океана. 2004. Т. 17, № 8. С. 637–641.
18. Кандидов В.П., Шленов С.А. Тепловое самовоздействие лазерных пучков и филаментация импульсов в турбулентной атмосфере // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 1. С. 11–17; Kandidov V.P., Shlenov S.A. Thermal self-action of laser beams and filamentation of pulses in turbulent atmosphere // Atmos. Ocean. Opt. 2012. V. 25, N 3. P. 192–198.
19. Шленов C.A., Марков А.И. Управление филаментацией фемтосекундных лазерных импульсов в турбулентной атмосфере // Квант. электрон. 2009. Т. 39, № 7. С. 658–662.
20. Salame R., Lascoux N., Salmon E., Ackermann R., Kasparian J., Wolf J.P. Propagation of laser filaments through an extended turbulent region // Appl. Phys. Lett. 2007. V. 91, N 17. P. 171106-1–171106-3.
21. Paunescu G., Spindler G., Riede W., Schroder H., Giesen A. Multifilamentation of femtosecond laser pulses induced by small-scale air turbulence // Appl. Phys. B. 2009. V. 96, N 1. P. 175–183.