Том 37, номер 08, статья № 4

Аннотация:

Приводятся результаты экспериментальных исследований по изучению механизмов трансформации спектра фемтосекундного лазерного импульса, возникающего при его распространении в атмосфере и в чистом молекулярном азоте в режиме филаментации. При этом спектральное уширение излучения накачки является результатом совместного действия стоксового вынужденного комбинационного рассеяния на вращательных переходах молекул азота воздуха, когерентного антистоксова рассеяния света и параметрического четырехволнового смешения. Уширение происходит в широком диапазоне: от 350 до 1100 нм. Исследование таких процессов в перспективе позволит создавать высокоэффективные источники белого света для атмосферной спектроскопии и дистанционного зондирования.

Ключевые слова:

фемтосекундный лазер, ультракороткий лазерный импульс, уширение спектра, вынужденное комбинационное рассеяние, четырехволновой параметрический процесс

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. Таланов В.И. О самофокусировке волновых пучков в нелинейных средах // Письма в ЖЭТФ. 1965. Т. 2, № 5. С. 218–222.
3. Chiao R.Y., Townes C.H. Stimulated brillouin scattering and coherent generation of intense hypersonic waves // Phys. Rev. Lett. 1964. V. 12, N 21. P. 592–595. DOI: 10.1103/PhysRevLett.12.592.
4. Пилипецкий Н.Ф., Рустамов А.Р. Наблюдение самофокусировки света в жидкостях // Письма в ЖЭТФ. 1965. Т. 2, № 2. С. 88–90.
5. Korobkin V.V., Alcock A.J. Self-focusing effects associated with laser-induced air breakdown // Phys. Rev. Lett. 1968. V. 21, N 20. P. 1433–1436. DOI: 10.1103/PhysRevLett.21.1433.
6. Басов Н.Г., Крюков П.Г., Сенатский Ю.В., Чекалин С.В. Получение мощных ультракоротких импульсов света в лазере на неодимовом стекле // ЖЭТФ. 1969. Т. 57. С. 1175–1183.
7. Alfano R.R., Shapiro S.L. Observation of self-phase modulation and small-scale filaments in crystals and glasses // Phys. Rev. Lett. 1970. V. 24, N 11. P. 592–594. DOI: 10.1103/PhysRevLett.24.592.
8. 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. DOI: 10.1364/OL.20.000073.
9. Wille H., Rodriguez M., Kasparian J., Mondelain D., Yu J., Mysyrowicz A., Sauerbrey R., Wolf J.P., Wöste L. Teramobile: A mobile femtosecond-terawatt laser and detection system // Europ. Phys. J. Appl. Phys. 2002. V. 20. P. 183–190. DOI: 10.1051/epjap:2002090.
10. Kasparian J., Rodriguez M., Méjean G., Yu J., Salmon E., Wille H., Bourayou R., Frey S., André Y.-B., Mysyrowicz A., Sauerbrey R., Wolf J.-P., Wöste L. White-light filaments for atmospheric analysis // Science. 2003. V. 301. P. 61–64. DOI: 10.1126/science.1085020.
11. Chin S.L., Chen Y., Kosareva O., Kandidov V.P., Théberge F. What is filament? // Laser Phys. 2008. V. 18, N 8. P. 962–964. DOI: 10.1134/S1054660X08080070.
12. Théberge F., Aközbek N., Liu W., Becker A., Chin S.-L. Tunable ultrashort laser pulses generated through filamentation in gases // Phys. Rev. Lett. 2006. V. 97. P. 023904. DOI: 10.1103/PhysRevLett.97. 023904.
13. Peñano J.R., Sprangle P., Serafim P., Hafizi B., Ting A. Simulated Raman scattering of intense laser pulses in air // Phys. Rev. E. 2003. V. 68. P. 056502. DOI: 10.1103/PhysRevE.68.056502.
14. Peñano J.R., Sprangle P., Hafizi A., Ting A., Gordon D.F., Kapetanakos C.A. Propagation of ultra-short, intense laser pulses in air // Phys. Plasm. 2004. V. 11, N 5. P. 2865–2874. DOI: 10.1063/1.1648020.
15. Кандидов В.П., Голубцов И.С., Косарева О.Г. Источники суперконтинуума в мощном фемтосекундном лазерном импульсе при распространении в жидкости и газе // Квант. электрон. 2004. Т. 34, № 4. С. 348–354.
16. Liu W., Chin S.L. Abnormal wavelength dependence of the self-cleaning phenomenon during femtosecond-laser-pulse filamentation // Phys. Rev. A. 2007. V. 76, N 1. P. 013826. DOI: 10.1103/PhysRevA.76.013826.
17. 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. P. 3601–3606. DOI: 10.1016/j.optcom.2011.03.077.
18. Daigle J.-F., Wang T.-J., Hosseini S., Yuan Sh., Roy G., Chin S.-L. Dynamic behavior of postfilamentation Raman pulses // Appl. Opt. 2011. V. 50, N 33. P. 6234–6238. DOI: 10.1364/AO.50.006234.
19. Kawano H., Hirakawa Y., Imasaka T. Generation of high-order rotational lines in hydrogen by four-wave Raman mixing in femtosecond regime // IEEE J. Quantum Electron. 1998. V. 34, N 2. P. 260–268. DOI: 10.1063/1.3467525.
20. Курилова М.В., Урюпина Д.С., Мажорова А.В., Горгуца С.Р., Волков Р.В., Косарева О.Г., Савельев А.Б. Исследование трансформации спектра фемтосекунд­ного лазерного излучения при его филаментации в газовой среде // Опт. и спектроскоп. 2009. Т. 107, № 3. С. 455–460.
21. Théberge F., Lassonde P., Payeur S., Châteauneuf M., Dubois J., Kieffer J.-C. Efficient spectral-step expansion of a filamenting laser pulse // Opt. Lett. 2013. V. 38, N 9. P. 1576–1578. DOI: 10.1364/OL.38.001576.
22. Ivanov N.G., Losev V.F., Prokop’ev V.E., Sitnik K.A. Generation of highly directional supercontinuum in the visible spectrum range // Opt. Commun. 2017. V. 387. P. 322–327. DOI: 10.1016/j.optcom.2016.11.057.
23. Ivanov N.G., Losev V.F., Lubenko D.M., Prokop’ev V.E., Sitnik K.A. Forming of supercontinuum in the visible upon filamentation of a femtosecond pulse in air // Proc. SPIE. 2018. V. 10228. P. 1022809-2. DOI: 10.1117/12.2265987.
24. Лубенко Д.М., Иванов Н.Г., Алексеев С.В., Прокопьев В.Е., Лосев В.Ф. Формирование высоконаправленного излучения белого света в воздушном филаменте // Изв. РАН. Сер. физ. 2020. Т. 84, № 7. С. 934–937. DOI: 10.31857/S0367676520070145.
25. Прокопьев В.Е., Лубенко Д.М., Лосев В.Ф. Исследование пространственной структуры фемтосекундного лазерного пучка в области филамента при его аберрационной фокусировке в воздухе // Оптика атмосф. и океана. 2020. Т. 33, № 9. С. 685–689. DOI: 10.15372/AOO20200904.
26. Апексимов Д.В., Багаев С.Н., Гейнц Ю.Э., Землянов А.А., Кабанов А.М., Кирпичников А.В., Кистинев Ю.В., Креков Г.М., Крекова М.М., Матвиенко Г.Г., Ошлаков В.К., Панина Е.К., Петров В.В., Пестряков Е.В., Пономарев Ю.Н., Суханов А.Я., Тихомиров Б.А., Трунов В.И., Уогинтас С.Р., Фролов С.А., Худорожков Д.Г. Фемтосекундная атмосферная оптика / под общ. ред. С.Н. Багаева, Г.Г. Матвиенко. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2010. 238 с.
27. 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. д.ф.-м.н., проф. А.А. Землянова. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2017. 162 с.
28. Self-focusing: Past and Present. Fundamentals and Prospects / R.W. Boyd, S.G. Lukishova, Y.R. Shen (eds.). New York: Springer, 2009. DOI: 10.1007/978-0-387-34727-1.
29. Théberge F., Liu W., Luo Q., Chin S.L. Ultrabroadband continuum generated in air (down to 230 nm) using ultrashort and intense laser pulses // Appl. Phys. B. 2005. V. 80. P. 221–225. DOI: 10.1007/s00340-004-1689-x.
30. Chin S.L., Wang T.-J., Marceau C., Wu J., Liu J.S., Kosareva O., Panov N., Chen Y.P., Daigle J.-F., Yuan S., Azarm A., Liu W.W., Seideman T., Zeng H.P., Richardson M., Li R., Xu Z.Z. Advances in intense femtosecond laser filamentation in air // Laser Phys. 2011. V. 22, N 1. P. 1–53. DOI: 10.1134/S1054660X11190054.
31. Lubenko D.M., Prokopev V.E. Generation of broadband radiation during filamentation of a femtosecond laser pulse in the atmosphere // J. Siberian Federal University. Math. Phys. 2022. V. 15, N 6. P. 718–723. DOI: 10.17516/1997-1397-2022-15-6-718-723.
32. Шен И.Р. Принципы нелинейной оптики М.: Наука, 1989. 150 с.
33. Ахманов С.А., Выслоух В.А., Чиркин А.С. Оптика фемтосекундных лазерных импульсов. М.: Наука, 1988. 149 с.
34. Венкин Г.В., Ильинский Ю.А., Михеев Г.М. Влияние поляризации излучения на энергетические характеристики и порог ВКР на вращательных переходах // Квант. электрон. 1985. Т. 12, № 3. С. 608–611.
35. Chen N., Wang T.-J., Zhu Zh., Guo H., Liu Y., Yin F., Sun H., Leng Yu., Li R. Laser elepticity-dependent supercontinuum generation by femtosecond laser filamentation in air // Opt. Lett. 2020. V. 45, N 16. P. 4444–4447. DOI: 10.1364/OL.399206.