Том 21, номер 09, статья № 9

Аннотация:

Рассмотрена задача о фокусированном распространении мощного фемтосекундного лазерного излучения в воздухе. На основе численного решения нелинейного уравнения Шредингера для огибающей комплексной амплитуды электрического поля световой волны исследована эволюция эффективного радиуса пучка, а также установлена зависимость среднеквадратического размера фокального пятна и максимально достижимой интенсивности излучения в фокальной перетяжке пучка от начальной мощности лазерного излучения. Показано, что острая пространственная фокусировка ультракороткого лазерного импульса может привести к фотоионизации среды и образованию плазмы в области максимальной интенсивности пучка, что будет оказывать сдерживающее действие на дальнейший рост интенсивности световой волны в области фокуса и поперечное сжатие пучка как целого.

Ключевые слова:

ультракороткое лазерное излучение, филаментация, многофотонная ионизация

Список литературы:

1. Schaffer C.B., Brodeur A., Garca J.F., Mazur E. Micromachining bulk glass by use of femtosecond laser pulses with nanoJoule energy // Opt. Lett. 2001. V. 26. P. 93-95.
2. Konig K., Riemann I., Fischer P., Halbhuber K. Intracellular nanosurgery with near infrared femtosecond laser pulses // Cell. and Mol. Biol. 1999. V. 45. N 2. P. 192-201.
3. Zipfel W.R., Williams R.M., Christie R., Nikitin A.Y., Hyman B.T., Webb W.W. Live tissue intrinsic emission microscopy using multi-photon intrinsic fluorescence and second harmonic generation // Proc. of the National Academy of Science (PNAS). 2003. V. 100. N 12. P. 7075-7080.
4. Grimes M.K., Rundquist A.R., Lee J.-S., Downer M.C. Experimental identification of "vacuum heating" at femtosecond laser irradiated metal surfaces // Phys. Rev. Lett. 1999. V. 82. N 20. P. 4010-4013.
5. Букин В.В., Воробьев Н.С., Гарнов С.В., Конов В.И., Лозовой В.И., Малютин А.А., Щелев М.Я., Яцковский И.С. Динамика формирования и развития фемтосекундной лазерной микроплазмы в газах // Квант. электрон. 2006. Т. 36. № 7. С. 638-645.
6. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1973. 856 c.
7. Власов С.Н., Таланов В.И. Самофокусировка волн. Нижний Новгород: ИПФ РАН, 1997. 200 с.
8. Turitsyn S.K., Mezentsev V.K., Dubov M., Rubenchik A.M., Fedoruk M.P., Podivilov E.V. Sub-critical regime of femtosecond inscription // Opt. Express. 2007. V. 15. N 22. P. 14750-14764.
9. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987. 592 с.
10. Гольдберг В.Н., Таланов В.И., Эрм Р.Е. Самофокусировка аксиально-симметричных электромагнитных пучков // Изв. вузов. Радиофиз. 1967. Т. 10. № 5. С. 674-685.
11. Akozbek N., Bowden C.M., Talebpour A., Chin S.L. Femtosecond pulse propagation in air: variational analysis // Phys. Rev. E. 2000. V. 61. N 4. P. 4540-4549.
12. Berge 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. 1633-1713.
13. Кандидов В.П., Косарева О.Г., Можаев Е.И., Тамаров М.П. Фемтосекундная нелинейная оптика атмосферы // Оптика атмосф. и океана. 2000. Т. 13. № 5. С. 429-436.
14. Землянов А.А., Гейнц Ю.Э. Спектральные, энергетические и угловые характеристики суперконтинуума, формируемого фемтосекундным лазерным излучением в воздухе // Оптика атмосф. и океана. 2007. Т. 20. № 1. С. 40-47.
15. Переломов А.М., Попов В.С., Терентьев М.В. Ионизация атомов в переменном электрическом поле // Ж. эксперим. и теор. физ. 1966. Т. 50. С. 1393-1397.
16. Talebpour A., Yang J., Chin S.L. Semi-empirical model for the rate of tunnel ionization of N₂ and O₂ molecule in an intense Ti:sapphire laser pulse // Opt. Commun. 1999. V. 163. N 1-3. P. 29-32.
17. Багаев С.Н., Гейнц Ю.Э., Землянов А.А., Кабанов А.М., Матвиенко Г.Г., Пестряков Е.В., Степанов А.Н., Трунов В.И. Лабораторные и численные эксперименты по прохождению мощного лазерного фемтосекундного излучения через воздушную и капельные среды // Оптика атмосф. и океана. 2007. Т. 20. № 5. С. 413-418.
18. Землянов А.А., Гейнц Ю.Э. Интегральные параметры мощного фемтосекундного лазерного излучения при филаментации в воздухе // Оптика атмосф. и океана. 2005. Т. 18. № 7. С. 574-579.
19. Lugovoi V.N., Prokhorov A.M. A possible explanation of the smallscale self-focusing filaments // JETP Lett. 1968. V. 7. N 5. P. 117-119.
20. Lou M.M.T., Shen Y.R. Small-scale filaments in liquids and tracks of moving foci // Phys. Rev. Lett. 1969. V. 22. N 19. P. 994-997.
21. Brodeur A., Kosareva O.G., Chien C.Y., Ilkov F.A., Kandidov V.P., Chin S.L. Moving focus in the propagation of ultrashort laser pulses in air // Opt. Lett. 1997. V. 22. N 5. P. 304-306.
22. Lange H.R., Grillon G., Ripoche J.-F., Franco M.A., Lamouroux B., Prade B.S., Mysyrowicz A., Nibbering E.T.J., Chiron A. Anomalous long-range propagation of femtosecond laser pulses through air: moving focus or pulse self-guiding // Opt. Lett. 1998. V. 23. N 2. P. 120-122.
23. Волкова Е.А., Попов А.М., Тихонова О.В. Нелинейный отклик молекулярной газовой среды, обусловленный ориентационными эффектами в поле интенсивного фемтосекундного лазерного импульса // Квант. электрон. 2004. Т. 34. № 3. С. 216-222.