Том 38, номер 12, статья № 1

Аннотация:

Представлены результаты исследования задачи о режимах распространения узких (миллиметровых) лазерных пучков в керровско-нелинейной турбулентной среде, которая является моделью эволюции световых неоднородностей, возникающих при множественной филаментации мощных лазерных импульсов в соответствующих средах. Для теоретического исследования применены методы дифракционно-лучевых трубок и дифракционных лучей. Установлено, что для лазерных пучков с определенными параметрами в турбулентной среде существуют три режима распространения: режим самофокусировки с образованием нелинейного фокуса – коллапса пучка; режим самоканалирования на ограниченной дистанции; режим турбулентного распространения. Получено аналитическое соотношение для квадрата эффективного радиуса пучка, что представляет интерес для практических задач нелинейной атмосферной оптики.

Ключевые слова:

лазерное излучение, самофокусировка, самоканалирование, керровская нелинейная среда, турбулентность

Иллюстрации:

Список литературы:

1. 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.
2. 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, N 1. P. 62–64. DOI: 10.1364/ol.21.000062.
3. Self-focusing: Past and Present. Fundamentals and Prospects / R.W. Boyd, S.G. Lukishova, Y.R. Shen (eds.). Berlin: Springer, 2009. 605 p.
4. 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, N 14. P. 3601–3606. DOI: 10.1016/j.optcom.2011.03.077.
5. Méchain G., Couairon A., Andre 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. P. 379–382. DOI: 10.1007/s00340-004-1557-8.
6. 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., Dubois J. Kilometer range filamentation // Opt. Express. 2013. V. 21, N 22. P. 26836–26845. DOI: 10.1364/OE.21.026836.
7. 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 атмосф. и океана. 2021. Т. 34, № 2. С. 81–87. DOI: 10.15372/AOO20210201; Apeximov D.V., Geints Yu.E., Zemlyanov A.A., Iglakova A.N., Kabanov A.M., Kuchinskaya O.I., Matvienko G.G., Minina O.V., Oshlakov V.K., Petrov A.V. Spatial structure of femtosecond laser radiation during filamentation in air // Atmos. Ocean. Opt. 2021. V. 34, N 3. P. 174–179.
8. Chin S.L., Talebpour A., Yang J., Petit S., Kandidov V.P., Kosareva O.G., Tamarov M.P. Filamentation of femtosecond laser pulses in turbulent air // Appl. Phys. B. 2002. V. 74, N 1. P. 67–76. DOI: 10.1007/s003400100738.
9. Шленов С.А., Кандидов В.П. Формирование пучка филаментов при распространении фемтосекундного лазерного импульса в турбулентной атмосфере. Часть 1. Метод // Оптика атмосф. и океана. 2004. Т. 17, № 8. С. 630–636.
10. Шленов С.А., Кандидов В.П. Формирование пучка филаментов при распространении фемтосекундного лазерного импульса в турбулентной атмосфере. Часть 2. Статистические характеристики // Оптика атмосф. и океана. 2004. Т. 17, № 8. С. 637–641.
11. Shlenov S.A., Markov A.I. Control of filamentation of femtosecond laser pulses in a turbulent atmosphere // Quantum Electron. 2009. V. 39, N 7. P. 658–662. DOI: 10.1070/QE2009v039n07ABEH014116.
12 Penano J., Hafizi B., Ting A., Helle M. Theoretical and numerical investigation of filament onset distance in atmospheric turbulence // J. Opt. Soc. Am. B. 2014. V. 31, N 5. P. 963–971. DOI: 1364/JOSAB.31.000963.
13. Ackermann R., Méjean G., Kasparian J., Yu J., Salmon E., Wolf J.-P. Laser filaments generated and transmitted in highly turbulent air // Opt. Lett. 2006. V. 31, N 1. P. 86–88. DOI: 10.1364/OL.31.000086.
14. Eeltink D., Berti N., Marchiando N., Hermelin S., Gateau J., Brunetti M., Wolf J.P., Kasparian J. Triggering filamentation using turbulence // Phys. Rev. A. 2016. V. 94, N 3. P. 033806. DOI: 10.1103/PhysRevA.94.033806.
15. Penano J., Palastro J.P., Hafizi B., Helle M.H., DiComo G.P. Self-channeling of high-power laser pulses through strong atmospheric turbulence // Phys. Rev. A. 2017. V. 96, N 1. P. 013829. DOI: 10.1103/PhysRevA.96.013829.
16. Апексимов Д.В., Бабушкин П.А., Землянов А.А., Кабанов А.М., Кочетов Д.И., Ошлаков В.К., Петров А.В., Хорошаева Е.Е. Влияние турбулентности на формирование интенсивных световых каналов при распространении фемтосекундных лазерных импульсов на 100-метровой воздушной трассе // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 10. С. 811–817. DOI: 10.15372/AOO20231004; Apeksimov D.V., Babushkin P.A., Zemlyanov A.A., Kabanov A.M., Kochetov D.I., Oshlakov V.K., Petrov A.V., Khoroshaeva E.E. The effect of turbulence on generation of high-intensity light channels during femtosecond laser pulse propagation along a 100-meter air path // Atmos. Ocean. Opt. 2024. V. 37, N 1. P. 1–6. DOI: 10.1134/S102485602370001X.
17. Петрищев В.А. О применении метода моментов к некоторым задачам распространения частично-когерентных световых пучков // Изв. вузов. Радиофиз. 1971. Т. XIV, № 9. С. 1416–1426.
18. Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1967. 548 с.
19. Долин Л.С. Уравнения для корреляционных функций волнового пучка в хаотически неоднородной среде // Изв. вузов. Радиофиз. 1968. Т. 11, № 6. С. 840–849.
20. Фейзулин З.И., Кравцов Ю.А. К вопросу о расширении лазерного пучка в турбулентной атмосфере // Изв. вузов. Радиофиз. 1967. Т. 10, № 1. С. 68–73.
21. Stotts L.B., Penano J.R., Tellez J.A, Schmidt J.D., Urick V.J. Engineering equations for the filamentation collapse distance in lossy, turbulent, nonlinear media // Opt. Express. 2019. V. 27, N 18. P. 25126–25141. DOI: 10.1364/OE.27.025126.
22. Землянов А.А., Гейнц Ю.Э., Минина О.В. Оценки характеристик множественной филаментации фемтосекундных лазерных импульсов в воздухе на основе модели одиночной филаментации // Оптика атмосф. и океана. 2019. Т. 32, № 8. С. 601–608. DOI: 10.15372/AOO20190801; Zemlyanov A.A., Geints Yu.E., Minina O.V. Estimation 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. P. 117–123. DOI: 10.1134/S1024856020020165.