Том 39, номер 05, статья № 9

Аннотация:

Изучение распространения мощных ультракоротких импульсов в атмосфере является актуальной проблемой оптики и лазерной физики. Результаты исследования новых фундаментальных нелинейных явлений в атмосфере, таких как филаментация, генерация суперконтинуума и терагерцового излучения и формирование постфиламентационных каналов, стимулировали развитие лазерных технологий в фемтосекундной атмосферной оптике, включая фемтосекундное лидарное зондирование. В настоящей работе рассмотрены условия модификации базового уравнения зондирования с использованием излучения суперконтинуума, сконцентрированного в постфиламентационных каналах, которые связаны с нелинейными фокусами и зонами филаментации мощного фемтосекундного лазерного импульса. Предложен метод решения задачи определения коэффициента ослабления, аналогичный известному методу логарифмической производной, применяемому в одночастотном лазерном зондировании. В качестве примера для послойно-однородной непоглощающей среды в приближении однократного рассеяния решена задача определения коэффициента ослабления с использованием излучения на длинах волн суперконтинуума, сконцентрированного в постфиламентационных каналах, сформированных в двух пространственно-разнесенных нелинейных фокусах. Сделан вывод о перспективности применения модифицированного уравнения зондирования для пространственно-разнесенных нелинейных фокусов для оценки эффективности щирокоспектральных оптоэлектронных систем связи, локации и дальнометрирования.

Ключевые слова:

атмосфера, аэрозоль, фемтосекундный лазер, нелинейная фокусировка, постфиламентационный канал, суперконтинуум

Список литературы:

1. Шеен И.Р. Принципы нелинейной оптики. М.: Наука, 1989. 560 с.
2. Гейнц Ю.Э., Землянов А.А. Численное моделирование филаментации синтезированных фемтосекундных лазерных пучков коронарного профиля в воздухе // Оптика атмосф. и океана. 2021. Т. 34, № 9. С. 665–675. DOI: 10.15372/AOO20210901; Geints Yu.E., Zemlyanov A.A. Numerical simulation of filamentation of synthesized femtosecond coronal profile laser beams in air // Atmos. Ocean. Opt. 2021. V. 34, N 6. P. 517–527.
3. Залозная Е.Д., Дормидонов А.Е., Кандидов В.П. Экстремально сжатые волновые пакеты в оптическом излучении, сфокусированном аксиконом // Квант. электрон. 2023. Т. 53, № 6. С. 469–474.
4. 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 // Eur. Phys. J. 2002. V. 20, N 3. P. 183–190. DOI: 10.1051/epjap:2002090.
5. Апексимов Д.В., Багаев C.H., Гейнц Ю.Э., Землянов А.А., Кабанов A.M., Кирпичников A.B., Кистенев 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 ред. С.Н. Багаева, Г.Г. Матвиенко. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2010. 238 с.
6. Апексимов Д.В., Землянов А.А., Кабанов А.М., Степанов А.Н. Постфиламентационные световые каналы в воздухе // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 4. С. 291–295. DOI: 10.15372/AOO20170405; Apeksimov D.V., Zemlyanov A.A., Kabanov A.M., Stepanov A.N. Post-filamentation light channels in air // Atmos. Ocean. Opt. 2017. V. 30, N 5. P. 451–455.
7. Апексимов Д.В., Землянов А.А., Иглакова А.Н., Кабанов А.М., Кучинская О.И., Матвиенко Г.Г., Ошлаков В.К., Петров А.В. Глобальная самофокусировка и особенности множественной филаментации излучения субтераваттного титан-сапфирового лазера с сантиметровым диаметром выходной апертуры на 150-метровой трассе // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 9. С. 727–732. DOI: 10.15372/AOO20170901; Apeksimov D.V., Zemlyanov A.A., Iglakova A.N., Kabanov A.M., Kuchinskaya O.I., Matvienko G.G., Oshlakov V.K., Petrov A.V. Global self-focusing and features of multiple filamentation of radiation of a subterawatt Ti:Sapphire laser with a centimeter output aperture along a 150-m path // Atmos. Ocean. Opt. 2018. V. 31, N 1. P. 31–35.
8. Babushkin P.A., Burnashov A.V., Iglakova A.N., Kovaleva S.F., Medvedenko I.A. Some results of the propagation of the high-power terawatt femtosecond laser radiation in different media // Proc. SPIE. 2015. V. 9810. DOI: 10.1117/12.2224928.
9. Голубцов И.С., Кандидов В.П., Косарева О.Г. Начальная фазовая модуляция мощного фемтосекундного лазерного импульса как средство управления его филаментацией и генерацией суперконтинуума в воздухе // Квант. электрон. 2003. Т. 33, № 6. С. 525–530.
10. Apeksimov D.V., Geints Yu.E., Oshlakov V.K., Petrov A.V. Experimental demonstration of dyed water aerosol fluorescence stimulated by femtosecond laser postfilaments propagating in air // Appl. Opt. 2023. V. 62. P. 6401–6406. DOI: 10.1364/AO.496542.
11. Бритвин А.В., Поллер Б.В., Поллер А.Б., Шахов Н.В. Экспериментальные характеристики атмосферных лазерных линий на трассах научно-исследовательского полигона ИЛФ СО РАН в Горном Алтае для систем экологического мониторинга // Оптика атмосф. и океана. 2024. Т. 37, № 12. С. 1078–1084. DOI: 10.15372/AOO20241212.
12. LIDAR: Rang-resolved optical remote sensing of the atmosphere / C. Weitkamp (ed.). England: Springer, 2005. 456 p.
13. Букин О.А., Бабий М.Ю., Голик С.С., Ильин А.А., Кабанов А.М., Колесников А.В., Кульчин Ю.Н., Лисица В.В., Матвиенко Г.Г., Ошлаков В.К., Шмирко К.А. Лидарное зондирование атмосферы с использованием гигаваттных лазерных импульсов фемтосекундной длительности // Квант. электрон. 2014. Т. 44, № 6. С. 563–569.
14. Козинцев В.И., Белов М.Л., Орлов В.М., Городничев В.А., Стрелков Б.В. Оптико-электронные системы экологического мониторинга природной среды: учебное пособие для вузов / под ред. В.Н. Рождествина. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 528 с.
15. Faye G., Kasparian J., Sauerbrey R. Modifications to the lidar equation due to nonlinear propagation in air // Appl. Phys. B. 2001. V. 73. P. 157–163. DOI: 10.1007/s00340010062.
16. Marburger J.H. Self-focusing: Theory // Prog. Quant. Electr. 1975. N 4. P. 35–110.