Том 32, номер 05, статья № 1

Аннотация:

На основе численного моделирования и качественного анализа изучено влияние дисперсии групповой скорости импульса на формирование световых структур при самофокусировке и филаментации излучения титан-сапфирового лазера фемтосекундной длительности в воздухе. С использованием результатов численных решений нелинейного уравнения Шредингера в керровско-плазменной диссипативной дисперсионной среде и метода дифракционно-лучевых трубок определены основные закономерности характеристик филаментации фемтосекундных лазерных импульсов в воздухе при различных длительностях импульса, начальных радиусах пучков, пиковых мощностях излучения. Обнаружено проявление дисперсии, когда дисперсионная длина не является наименьшим масштабом процесса. Показано, что при возрастании дисперсионных искажений импульса происходит увеличение относительной (нормированной на длину Рэлея) координаты начала филаментации. Также происходит сокращение длины филаментационного канала. С увеличением радиуса лазерного пучка для более коротких импульсов (десятки фемтосекунд) наблюдается срыв филаментации. Для этого класса импульсов происходит увеличение размера энергетически пополняющей дифракционно-лучевой трубки, а также возрастает угловая расходимость постфиламентационных световых каналов.

Ключевые слова:

фемтосекундные лазерные импульсы, самофокусировка, филаментация, дифракционно-лучевая трубка, нормальная дисперсия

Список литературы:

1. Self-focusing: Past and Present. Fundamentals and prospects // Top. Appl. Phys. / R.W. Boyd, S.G. Lukishova, Y.R. Shen (eds.). Berlin: Springer, 2009. 605 p.
2. Couairon A., Myzyrowicz A. Femtosecond filamentation in transparent media // Phys. Rep. 2007. V. 441, N 2–4. P. 47–189.
3. Polynkin P., Kolesik M. Critical power for self-focusing in the case of ultrashort laser pulses // Phys. Rev. A. 2013. V. 87. P. 053829-1–5.
4. Ranka J.K., Schirmer R.W., Gaeta A.L. Observation of pulse splitting in nonlinear dispersive media // Phys. Rev. Lett. 1996. V. 77, N 18. P. 3783–3786.
5. Berge L., Mauger S., Skupin S. Multifilamentation of powerful optical pulses in silica // Phys. Rev. A. 2010. V. 81. P. 013817-1–10.
6. Chernev P., Petrov V. Self-focusing of light pulses in the presence of normal group-velocity dispersion // Opt. Lett. 1992. V. 17, iss. 3. Р. 172–174.
7. Liu W., Chin S.L. Direct measurement of the critical power of femtosecond Ti:Sapphire laser pulse in air // Opt. Exp. 2005. V. 13, iss. 15. P. 5750–5755.
8. Luther G.G., Wright E.M., Moloney J.V., Newell A.C. Self-focusing threshold in normally dispersive media // Opt. Lett. 1994. V. 19, N 12. P. 862–864.
9. Гейнц Ю.Э., Землянов А.А. Характеристики филаментов при распространении мощного фемтосекундного лазерного излучения в воздухе и в воде: I. Качественный анализ // Оптика атмосф. и океана. 2010. Т. 23, № 9. С. 749–756. Geints Yu.E., Zemlyanov A.A. Characteristics of filaments during high-power femtosecond laser radiation propagation in air and water: I. Qualitative analysis // Atmos. Ocean. Opt. 2011. V. 24, N 2. Р. 144–151.
10. Зуев В.Е., Землянов А.А., Копытин Ю.Д. Нелинейная оптика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 256 с.
11. Гейнц Ю.Э., Землянов А.А., Минина О.В. Дифракционно-лучевая оптика филаментации: I. Формализм дифракционных лучей и световых трубок // Оптика атмосф. и океана. 2018. Т. 31, № 5. С. 364–371; Geints Yu.E., Zemlyanov A.A., Minina O.V. Diffraction-beam optics of filamentation: I – Formalism of diffraction beams and light tubes // Atmos. Ocean. Opt. 2018. V. 31, N 6. Р. 611–618.
12. Гейнц Ю.Э., Землянов А.А., Минина О.В. Дифракционно-лучевая оптика филаментации: II. Дифракционно-лучевая картина филаментации лазерного импульса // Оптика атмосф. и океана. 2018. Т. 31, № 7. С. 515–522; Geints Yu.E., Zemlyanov A.A., Minina O.V. Diffraction-beam optics of filamentation: II - Diffraction-beam pattern of laser pulse filamentation // Atmos. Ocean. Opt. 2018. V. 31, N 6. P. 619–625.
13. Гейнц Ю.Э., Землянов А.А., Минина О.В. Моделирование самофокусировки фемтосекундных лазерных импульсов в воздухе методом дифракционных лучей и световых трубок // Оптика атмосф. и океана. 2019. Т. 32, № 2. С. 120–130.
14. 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. Р. 395–403.
15. Liu W., Gravel J.-F., Theberge F., Becker A., Chin S.L. Background reservoir: Its crucial role for long-distance propagation of femtosecond laser pulses in air // Appl. Phys. B. 2005. V. 80, N 7. P. 857–860.