Том 37, номер 01, статья № 4

Аннотация:

Теоретически рассмотрена проблема управления параметрами области филаментации мощных фемтосекундных лазерных импульсов при амплитудной модуляции излучения металлической сетчатой маской. В этом случае исходный лазерный пучок разбивается на отдельные субпучки меньшей энергии, что приводит к выраженной регуляризации пространственной структуры филаментов, формирующейся на этапе самофокусировки излучения за счет дифракционного взаимодействия между субпучками в нелинейной среде. С помощью численного моделирования установлено, что при использовании модуляционных сеток сокращается общая длина области филаментации фемтосекундного лазерного излучения в воздухе. Продольная связность лазерной плазмы в таких филаментах может существенно повышаться. Показано, что пространственными характеристиками филаментов (начало, протяженность, связность) можно управлять в широких пределах путем изменения параметров сеток (толщина перекрестий, размер ячеек), а также положения сеточной маски относительно центра лазерного пучка. Результаты работы важны для прогнозирования распространения мощного фемтосекундного лазерного излучения в нелинейной среде, в частности на атмосферных трассах.

Ключевые слова:

фемтосекундное лазерное излучение, амплитудная модуляция, сеточная маска, самофокусировка, лазерная филаментация, постфиламентационный световой канал

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Аскарьян Г.А. Воздействие градиента поля интенсивного электромагнитного луча на электроны и атомы // ЖЭТФ. 1962. Т. 42, № 6. С. 1567–1570.
2. 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, N 1. P. 73–75.
3. Self-focusing: Past and Present. Fundamentals and Prospects / R.W. Boyd, S.G. Lukishova, Y.R. Shen (eds.). Berlin: Springer, 2009. 605 р.
4. Chin S.L. Femtosecond laser filamentation. New York, Springer Science + Business Media, LLC, 2010. 130 p.
5. Couairon A., Mysyrowicz A. Femtosecond filamentation in transparent media // Phys. Rep. 2007. V. 441. P. 47–189.
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. 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.
8. 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 // Opt. Commun. 2011. V. 284, N 14. P. 3601–3606.
9. 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 общ. ред. А.А. Землянова. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2017. 162 с.
10. Panov N.A., Kosareva O.G., Murtazin I.N. Ordered filaments of a femtosecond pulse in the volume of a transparent medium // J. Opt. Technol. 2006. V. 73, N 11. P. 778–785.
11. Апексимов Д.В., Бабушкин П.А., Гейнц Ю.Э., Землянов А.А., Матвиенко Г.Г., Ошлаков В.К., Петров А.В., Хорошаева Е.Е. Закономерности распространения амплитудно-модулированного мощного фемтосекундного лазерного излучения в воздухе // Оптика атмосф. и океана. 2021. Т. 34, № 11. С. 837–841; Apeksimov D.V., Babushkin P.A., Geints Yu.E., Zemlyanov A.A., Matvienko G.G., Oshlakov V.K., Petrov A.V., Khoroshaeva E.E. Features of propagation of amplitude-modulated high-power femtosecond laser radiation in air // Atmos. Ocean. Opt. 2022. V. 35, N 2. P. 97–102.
12. Shipilo D.E., Panov N.A., Sunchugasheva E.S., Mokrousova D.V., Shutov A.V., Zvorykin V.D., Ustinovskii N.N., Seleznev L.V., Savel’ev A.B., Kosareva O.G., Chin S.L., Ionin A.A. Fifteen meter long uninterrupted filaments from sub-terawatt ultraviolet pulse in air // Opt. Express. 2017. V. 25, N 21. P. 25386–25391.
13. Shroeder H., Chin S.L. Visualization of the evolution of multiple filaments in methanol // Opt. Commun. 2004. V. 234. P. 399–406.
14. Kandidov V.P., Aközbek N., Scalora M., Kosareva O.G., Nyakk A.V., Luo Q., Hosseini S.A., Chin S.L. Towards a control of multiple filamentation by spatial regularization of a high-power femtosecond laser pulse // Appl. Phys. B. 2005. V. 80. P. 267–275.
15. Kosareva O.G., Nguyen T., Panov N.A., Liu W., Saliminia A., Kandidov V.P., Aközbek N., Scalora M., Vallée R., Chin S.L. Array of femtosecond plasma channels in fused silica // Opt. Commun. 2006. V. 267, N 2. P. 511–523.
16. Кульчин Ю.Н., Вознесенский С.С., Гамаюнов Е.Л., Голик С.С., Ильин А.А., Каменев О.Т., Никитин А.И., Павлов А.Н., Попик А.Ю., Ромашко Р.В., Субботин Е.П. Фотонные методы и технологии мониторинга океана и атмосферы // Квант. электрон. 2020. Т. 50, № 5. С. 475–488.
17. Geints Yu.E., Minina O.V., Geints I.Yu., Seleznev L.V., Pushkarev D.V., Mokrousova D.V., Rizaev G.E., Shipilo D.E., Nikolaeva I.A., Kurilova M.V., Panov N.A., Kosareva O.G., Houard A., Couairon A., Ionin A.A., Liu W. Nonlinear propagation and filamentation on 100 meter air path of femtosecond beam partitioned by wire mesh // Sensors. 2022. V. 22, N 17. Р. 1–13.
18. Mitina E., Uryupina D., Shipilo D., Nikolaeva I., Panov N., Volkov R., Kosareva O., Savel’ev A. Diffraction impact onto regularized plasma channel formation by femtosecond laser filamentation // Photonics. 2023. V. 10, N 8. P. 928-1–14.
19. Berge L., Skupin S., Lederer F., Méjean G., Yu J., Kasparian J., Salmon E., Wolf J.-P., Rodriguez M., Woste L., Bourayou R., Sauerbrey R. Multiple filamentation of terawatt laser pulses in air // Phys. Rev. Lett. 2004. V. 92. P. 225002.
20. Geints Y.E., Zemlyanov А.А. Dynamics of femtosecond synthesized coronary profile laser beam filamentation in air // J. Opt. 2021. V. 23, N 10. P. 105502.
21. Geints Yu.E., Minina O.V., Zemlyanov A.A. Self-channeling of spatially modulated femtosecond laser beams in the post-filamentation region // J. Opt. Soc. Am. B. 2022. V. 39, N 6. P. 1549–1556.
22. Geints Yu.E., Minina O.V., Mokrousova D.V., Pushkarev D.V., Rizaev G.E., Seleznev L.V. Manipulation of femtosecond laser filamentation by wire mesh amplitude mask // Opt. Commun. 2023. V. 543. P. 129595-1–10.
23. Marburger J.H. Self-focusing: Theory // Prog. Quantum Electron. 1975. V. 4, part 1. P. 35–110.
24. Землянов А.А., Булыгин А.Д., Гейнц Ю.Э., Минина О.В. Динамика световых структур при филаментации фемтосекундных лазерных импульсов в воздухе // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 29, № 5. С. 359–368; Zemlyanov A.A., Bulygin A.D., Geints Yu.E., Minina O.V. Dynamics of light structures during filamentation of femtosecond laser pulses in air // Atmos. Ocean. Opt. 2016. V. 29, N 5. P. 395–403.