Том 38, номер 03, статья № 6

Аннотация:

Филаментация мощных фемтосекундных импульсов в газе вызывает большой теоретический и практический интерес с точки зрения исследования масштабных спектральных и временных трансформаций, происходящих с лазерным излучением в среде, для получения сверхширокого (суперконтинуального) излучения. Это излучение востребовано для задач нелинейной фемтосекундной диагностики окружающей среды, передачи оптической информации по атмосферному каналу, современных оптических технологий обработки материалов. Представлены результаты экспериментальных исследований влияния давления газовой среды (азот) в оптической кювете на характеристики фемтосекундного лазерного излучения, распространяющегося в режиме филаментации. Показано, что в условиях повышенного давления азота (до 11 атм) и острой геометрической фокусировки фемтосекундного излучения реализуется его керровская самофокусировка, которая с увеличением давления газа переходит из режима одиночной филаментации в режим формирования множества интенсивных световых нитей – постфиламентов. Вследствие фазовой самомодуляции фемтосекундного импульса и образования плазмы в газе происходит существенное обогащение спектрального состава излучения, а ширина спектра импульса увеличивается практически линейно с повышением давления в кювете. Впервые установлено, что с увеличением остроты начальной фокусировки пучка уширение спектра лазерного импульса приобретает асимметрию и реализуется преимущественно в длинноволновую область. Кроме того, при повышении давления газа в оптической ячейке средний размер образующихся интенсивных световых постфиламентов внутри пучка уменьшается и может составлять доли миллиметра.

Ключевые слова:

фемтосекундное лазерное излучение, филаментация, газ повышенного давления, уширение спектра, суперконтинуум, структура лазерного пучка

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Houard A., Liu Y., Mysyrowicz A. Recent developments in femtosecond filamentation // J. Phys.: Conf. Ser. 2014. V. 497. P. 012001. DOI: 10.1088/1742-6596/ 497/1/012001.
2. Mlejnek M., Wright E.M., Moloney J.V. Femtosecond pulse propagation in argon: A pressure dependence study // Phys. Rev. E. 1998. V. 58, N 4. P. 4903‑4910. DOI: 10.1103/PhysRevE.58.4903
3. Couairon A., Franco M., Méchain G., Olivier T., Prade B., Mysyrowicz A. Femtosecond filamentation in air at low pressures: Part I: Theory and numerical simulations // Opt. Commun. 2006. V. 259, N 1. P. 265–273. DOI: 10.1016/j.optcom.2005.08.064.
4. Stibenz G., Zhavoronkov N., Steinmeyer G. Self-compression of millijoule pulses to 7.8 fs duration in a white-light filament // Opt. Lett. 2006. V. 31, N 2. P. 274–276. DOI: 10.1364/OL.31.000274.
5. Peña J., Reyes D., Richardson M. Filamentation in low pressure conditions // Sci. Rep. 2022. V. 12. P. 21365. DOI: 10.1038/s41598-022-19765-6.
6. Zhang H., Zhang Y., Lin S., Zhang Y., Chen A., Jiang Y., Li S., Jin M. Influence of pressure on spectral broadening of femtosecond laser pulses in air // Phys. Plasmas. 2021. V. 28, N 4. P. 043302. DOI: 10.1063/5.0042998.
7. Li S., Yu M., Cai X., Zhang H., Jin M., Wu J. Energy transmittance of focused femtosecond pulses at different air pressures // Optoelectron. Lett. 2023. V. 19, N 10. P. 605–613. DOI: 10.1007/s11801-023-3037-6.
8. Feng Z., Li R., Li W., Liu Y., Shu X.F., Yu C.X., Li J., Liu X. The propagation of femtosecond laser filaments in air with continuously varying pressures // Opt. Commun. 2022. V. 502. P. 127404. DOI: 10.1016/ j.optcom.2021.127404.
9. Geints Y.E., Bulygin A.D., Kompanets V.O., Chekalin S.V. Supercontinuum saturation of a femtosecond laser filament in pressurized gases // Opt. Lett. 2024. V. 49, N 21. P. 6033–6036. DOI: 10.1364/OL.539885.
10. Kompanets V.O., Shipilo D.E., Nikolaeva I.A., Panov N.A., Kosareva O.G., Chekalin S.V. Nonlinear Enhancement of Resonance Absorption at the Filamentation of a Mid-Infrared Pulse in High-Pressure Gases // JETP. Lett. 2020. V. 111. P. 31–35. URL: https://doi.org/10.1134/S002136402001012.