Том 26, номер 09, статья № 2

pdf Гейнц Ю. Э., Землянов А. А. Численное моделирование самовоздействия тераваттных пикосекундных импульсов CO2-лазера в воздухе. // Оптика атмосферы и океана. 2013. Т. 26. № 09. С. 716-725.
Скопировать ссылку в буфер обмена
Аннотация:

Представлены результаты численного моделирования нелинейного распространения мощного импульсного лазерного излучения на длине волны 10,6 мкм в воздухе в режиме керровской самофокусировки и филаментации. Оптическая модель воздуха включала в себя кубичную и высшие нелинейности, плазменную нелинейность и линейное поглощение. Изучен режим одиночной филаментации лазерного пучка с пиковой мощностью до нескольких тераватт и длительностью импульса 1 пс. Впервые показано, что особенность самовоздействия такого длинноволнового излучения в воздушной среде, в отличие от филаментации в ближнем ИК-диапазоне, заключается в формировании аномально протяженного и широкого в поперечнике интенсивного светового канала (десятки ТВт/см2), сопровождаемого однородной плазменной колонкой. Формирующаяся в канале пучка электронная плазма имеет сравнимую с фемтосекундной плазмой пиковую плотность электронов, однако при этом характеризуется более плавным ее изменением по дистанции распространения излучения. Причина этого заключается в том, что в поле излучения пикосекундных импульсов CO2-лазера изменяется сам характер ионизации среды в пользу туннелирования связанных электронов через потенциальный барьер и последующего развития электронной лавины.

Ключевые слова:

ультракороткое лазерное излучение, самофокусировка, филаментация, ионизация, лазерная плазма

Список литературы:

1. Зуев В.Е., Землянов А.А., Копытин Ю.Д. Нелинейная оптика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 256 с.
2. Gebhardt F.G. High power laser propagation // Appl. Opt. 1974. V. 15, N 6. P. 1479-1493.
3. Bravy B.G., Chernyshev Yu.A., Gordienko V.M., Makarov E.F., Panchenko V.Ya., Platonenko V.T., Vasil'ev G.K. Multi-terawatt picoseconds 10-?m СО2 laser system: design and parameters' control // Opt. Express. 2012. V. 20, N 23. P. 25536-25544.
4. Polyanskiy M.N., Babzien M. Ultrashort pulses // CO2 laser - optimization and application / Ed. D.C. Dumitras. InTech. ISBN 978-953-51-0351-6, 2012. P. 139-162.
5. Haberberger D., Tochitsky S., Joshi C. Fifteen terawatt picosecond CO2 laser system // Opt. Express. 2010. V. 18, N 17. P. 17865-17875.
6. Polyanskiy M.N., Babzien M., Pogorelsky I., Yakimenko V. Ultrashort-pulse CO2 lasers: Ready for the race to petawatt? // XIX Int. Sympos. on High-Power Laser Systems and Applications: Proc. SPIE. 2012. V. 8677. 86770G.
7. Гордиенко В.М., Платоненко В.Т., Стержантов А.Ф. Самовоздействие мощного десятимикронного лазерного излучения в газовых средах: управление длительностью импульса и генерация горячих электронов // Квант. электрон. 2009. Т. 39, № 7. С. 663-668.
8. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987. 592 с.
9. 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.
10. Couairon A., Myzyrowicz A. Femtosecond filamentation in transparent media // Phys. Reports. 2007. V. 441, N 2-4. P. 47-189.
11. Кандидов В.П., Шленов С.А., Силаева Е.П., Дергачев А.А. Филаментация мощного фемтосекундного лазерного излучения в воздухе и ее приложения в атмосферной оптике // Оптика атмосф. и океана. 2010. Т. 23, № 10. С. 873-884.
12. Гейнц Ю.Э., Землянов А.А., Кабанов А.М., Матвиенко Г.Г. Нелинейная фемтосекундная оптика атмосферы / Под общей ред. проф. А.А. Землянова. Томск: Изд-во Института оптики атмосферы СО РАН, 2010. 212 с.
13. Uchida S., Shimada Y., Yasuda H., Motokoshi S., Yamanaka C., Yamanaka T., Kawasaki Z., Tsubakimoto K. Laser-triggered lightning in field experiments // J. Opt. Technol. 1999. V. 66. P. 199-202.
14. Rodriguez M., Bourayou R., Mejean G., Kasparian J., Yu J., Salmon E., Scholz A., Stecklum B., Eisloffel J., Laux U., Hatzes A.P., Sauerbrey R., Woste L., Wolf J.-P. Kilometer-range non-linear propagation of femtosecond laser pulses // Phys. Rev. E. 2004. V. 69. 036607.
15. Аполлонов В.В., Плетнев Н.В. Создание протяженных проводящих каналов в атмосфере // Квант. электрон. 2012. Т. 42, № 2. С. 130-139.
16. 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., Woste L. White-light filaments for atmospheric analysis // Science. 2003. V. 301, N 7. P. 61-64.
17. Shim B., Schrauth S.E., Gaeta A.L. Filamentation in air with ultrashort mid-infrared pulses // Opt. Express. 2011. V. 19, N 10. P. 9118-9126.
18. Brabec T., Krausz F. Nonlinear optical pulse propagation in the single-cycle regime // Phys. Rev. Lett. 1997. V. 78. P. 3282-3285.
19. Келдыш Л.В. Ионизация в поле сильной электромагнитной волны // Ж. эксперим. и теор. физ. 1964. Т. 47. С. 1945-1956.
20. Делоне Н.Б., Крайнов В.П. Нелинейная ионизация атомов лазерным излучением. М.: Физматлит, 2001. 311 c.
21. 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.
22. Loriot V., Hertz E., Faucher O., Lavorel B. Measurement of high-order Kerr refractive index of major air components: erratum // Opt. Express. 2010. V. 18, N 3. P. 3011-3012.
23. Ettoumi W., Petit Y., Kasparian J., Wolf J.-P. Generalized Miller Formul? // Opt. Express. 2010. V. 18, N 7. P. 6613-6620.
24. Zhang J., Lu Z.H., Wang L.J. Precision refractive index measurements of air, N2, O2, Ar, and CO2 with a frequency comb // Appl. Opt. 2008. V. 47, N 17. P. 3143-3151.
25. Daigle J.-F., Kosareva O., Panov N., Wang T.-J., Hosseini S., Yuanc 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.
26. Ахманов С.А., Выслоух В.А., Чиркин А.С. Оптика фемтосекундных импульсов. М.: Наука, 1988. 312 с.