Том 34, номер 02, статья № 1

Апексимов Д. В., Гейнц Ю. Э., Землянов А. А., Иглакова А. Н., Кабанов А. М., Кучинская О. И., Матвиенко Г. Г., Минина О. В., Ошлаков В. К., Петров А. В. Пространственная структура фемтосекундного лазерного излучения при филаментации в воздухе. // Оптика атмосферы и океана. 2021. Т. 34. № 02. С. 81–87. DOI: 10.15372/AOO20210201.
Скопировать ссылку в буфер обмена
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.