Том 39, номер 01, статья № 3

Аннотация:

Дистанционное лазерное возбуждение свечения спектральных линий и полос, информативных для диагностики среды, и генерация электромагнитного излучения вне оптического диапазона, например в терагерцовом, – это актуальные прикладные задачи. При этом одним из важных аспектов является повышение эффективности преобразования энергии лазерного излучения, чему и посвящена настоящая работа. Представлены результаты комплексных исследований филаментации мощных фемтосекундных лазерных импульсов при создании в начале трассы распространения локализованного слоя со случайно-неоднородным показателем преломления (искусственный турбулентный слой). Показано, что принудительная хаотическая модуляция (стохастизация мощности) излучения вызывает разбиение исходного пучка на множество высокоинтенсивных световых субпучков-каналов с повышенной устойчивостью на значительных дистанциях. За счет сегментирования излучения турбулентным слоем кратно увеличивается число высокоинтенсивных оптических каналов, возникающих при распространении пучка излучения титан-сапфирового лазера в воздухе. Характерная интенсивность этих оптических каналов оказывается достаточно высокой для реализации двухфотонного поглощения в объеме микронных частиц водного аэрозоля с флуорофором, помещенного в конце 100-метровой оптической трассы, что практически вдвое увеличивает регистрируемый по лидарной схеме сигнал флуоресценции от частиц. Также установлено, что создание в начале оптической трассы локализованного турбулентного слоя кратно повышает эффективность генерации из области лазерной филаментации низкочастотного (ТГц) электромагнитного излучения. Результаты работы могут быть использованы для дистанционной диагностики атмосферного аэрозоля и генерации электромагнитного излучения в терагецовом диапазоне.

Ключевые слова:

фемтосекундный лазерный импульс, турбулентность, лазерная филаментация, плазма, аэрозоль, двухфотонно-возбужденная флуоресценция, угловое распределение, генерация ТГц-излучения

Список литературы:

1. Self-focusing: Past and Present. Fundamentals and Prospects / R.W. Boyd, S.G. Lukishova, Y.R. Shen (eds.). New York: Springer-Verlag, 2009. 605 p. DOI: 10.1007/978-0-387-34727-1.
2. Couairon A., Myzyrowicz A. Femtosecond filamentation in transparent media // Phys. Reports. 2007. V. 441. P. 47–189. DOI: 10.1016/j.physrep.2006.12.005.
3. Bergé L., Skupin S., Nuter R., Kasparian J., Wolf J.-P. Ultrashort filaments of light in weakly-ionized, optically-transparent media // Rep. Prog. Phys. 2007. V. 70. P. 1633. DOI: 10.1088/0034-4885/70/10/R03.
4. Кандидов В.П., Шленов С.А., Косарева О.Г. Филаментация мощного фемтосекундного лазерного излучения // Квант. электрон. 2009. Т. 39, № 3. С. 205–228.
5. Chin S.L. Femtosecond Laser Filamentation. New York: Springer-Verlag, 2010. 130 p. DOI: 10.1007/978-1-4419-0688-5.
6. Чекалин С.В., Кандидов В.П. От самофокусировки световых пучков – к филаментации лазерных импульсов // Успехи физ. наук. 2013. Т. 183, № 2. С. 133–152.
7. Woste L., Wedekind C., Wille H., Rairoux P., Stein B., Nikolov S., Werner Ch., Niedermeier S., Schillinger H., Sauerbrey R. Femtosecond atmospheric lamp // Laser Optoelektron. 1997. V. 29. P. 51–53.
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., Wöste L. White-light filaments for atmospheric analysis // Science. 2003. V. 301. P. 61. DOI: 10.1126/science.1085020.
9. Daigle J.-F., Mejean G., Liu W., Theberge F., Xu H.L., Kamali Y., Bernhardt J., Azarm A., Sun Q., Mathieu P., Roy G., Simard J.-R., Chin S.L. Long range trace detection in aqueous aerosol using remote filament-induced breakdown spectroscopy // Appl. Phys. B. 2007. V. 87, N 4. P. 749–754. DOI: 10.1007/s00340-007-2642-6.
10. Bergé L., Kaltenecker K., Engelbrecht S., Nguyen A., Skupin S., Merlat L., Fischer B., Zhou B., Thiele I., Jepsen P.U. Terahertz spectroscopy from air plasmas created by two-color femtosecond laser pulses: The ALTESSE project // Europhys. Let. 2019. V. 126. P. 24001. DOI: 10.1209/0295-5075/126/24001.
11. Bai K., Gou Y., Peng X.-Y. Terahertz beam array generated by focusing two-color-laser pulses into air with a microlens array // AIP Advances. 2022. V. 12. P. 095113. DOI: 10.1063/5.0098771.
12. 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, N 3. P. 379–382. DOI: 10.1007/s00340-004-1557-8.
13. Daigle J.-F., Kosareva O., Panov N., 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, N 14. P. 3601–3606. DOI: 10.1016/j.optcom.2011.03.077.
14. Geints Yu.E., Ionin A.A., Mokrousova D.V., Seleznev L.V., Sinitsyn D.V., Sunchugasheva E.S., Zemlyanov A.A. High intensive light channel formation in the post-filamentation region of ultrashort laser pulses in air // J. Opt. 2016. V. 18. P. 095503. DOI: 10.1088/2040-8978/18/9/095503.
15. Apeksimov D.V., Geints Yu.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, N 34. 10 p. DOI: 10.1364/AO.99.099999.
16. Apeksimov D.V., Bulygin A.D., Geints Yu.E., Kabanov A.M., Khoroshaeva E.E., Petrov A.V. Statistical parameters of femtosecond laser pulse post-filament propagation on 65 m air path with localized optical turbulence // J. Opt. Soc. Am. B. 2022. V. 39, N 12. P. 3237–3246. DOI: 10.1364/JOSAB.473298.
17. D’Amico C., Houard A., Franco M., Prade B., Mysyrowicz A., Couairon A., Tikhonchuk V.T. Conical Forward THz Emission from Femtosecond-Laser-Beam Filamentation in Air // Phys. Rev. Lett. 2007. V. 98. P. 235002. DOI: 10.1103/PHYSREVLETT.98.235002.
18. Clough B., Liu J., Zhang X.-C. All air-plasma terahertz spectroscopy // Opt. Lett. 2011. V. 36. P. 2399–2401. DOI: 10.1364/OL.36.002399.
19. Couairon A., Mysyrowicz A. Femtosecond filamentation in air. Progress in Ultrafast Intense Laser Science. Berlin, Heidelberg: Springer, 2006. V. I. P. 235–258.