Том 32, номер 08, статья № 1

Аннотация:

На основе данных численного решения нелинейного уравнения Шредингера в постановке задачи об одиночной филаментации проведена оценка характеристик области множественной филаментации фемтосекундных лазерных импульсов в воздухе. Для описания одиночной филаментации лазерного импульса использовался метод дифракционно-лучевых трубок. Продемонстрирована эффективность данного метода для интерпретации экспериментальных результатов и прогнозирования эффектов, что важно при планировании экспериментов. Показано, что характерный размер мелкомасштабных неоднородностей интенсивности в профиле сантиметрового лазерного пучка, которые формируют область множественной филаментации импульсов фемтосекундной длительности, составляет несколько миллиметров. Увеличение радиуса исходного лазерного пучка при телескопировании расширяет размеры первоначальных мелкомасштабных неоднородностей интенсивности и уменьшает содержащуюся в них мощность. Это приводит к увеличению дистанции начала филаментации. Увеличение мощности в пучке способствует удлинению филаментов и увеличению их числа.

Ключевые слова:

фемтосекундные лазерные импульсы, воздух, самофокусировка, филаментация, дифракционно-лучевая трубка

Список литературы:

1. Кандидов В.П., Шленов С.А., Косарева О.Г. Филаментация мощного фемтосекундного лазерного излучения // Квант. электрон. 2009. Т. 39. № 3. С. 205–228.
2. Гейнц Ю.Э., Голик С.С., Землянов А.А., Кабанов А.М., Петров А.В. Микроструктура области множественной филаментации фемтосекундного лазерного излучения в твердом диэлектрике // Квант. электрон. 2016. Т. 46. № 2. С. 133–141.
3. Skupin S., Bergé L., Peschel U., Lederer F., Méjean G., Yu J., Kasparian J., Salmon E., Wolf J.P., Rodriguez M., Wöste L., Bourayou R., Sauerbrey R. Filamentation of femtosecond light pulses in the air: turbulent cells versus long-range clusters // Phys. Rev. E. 2004. V. 70. P. 046602-1–046602-13.
4. Self-focusing: Past and Present. Fundamentals and Prospects / R.W. Boyd, S.G. Lukishova, Y.R. Shen (eds.). Berlin: Springer, 2008. 605 р.
5. Mechain G., D'Amico C., Andre Y.-B., Tzortzakis S., Franco M., Prade B., Mysyrowicz A., Couairon A., Salmon E., Sauerbrey R. Range of plasma filaments created in air by a multi-terawatt femtosecond laser // Opt Commun. 2005. V. 247. P. 171–180.
6. Daigle J.-F. Filamentation in Air: Evolution, Control and Applications. Dis. Ph. D. Quebec, 2012. 132 p.
7. Апексимов Д.В., Букин О.А., Голик С.С., Землянов А.А., Иглакова А.Н., Кабанов А.М., Кучинская О.И., Матвиенко Г.Г., Ошлаков В.К., Петров А.В., Соколова Е.Б., Хорошаева Е.Е. Пространственные характеристики области филаментации гигаваттных лазерных импульсов при их различной фокусировке на атмосферной трассе // Оптика атмосф. и океана. 2014. Т. 27, № 12. С. 1042–1046.
8. Апексимов Д.В., Землянов А.А., Иглакова А.Н., Кабанов А.М., Кучинская О.И., Матвиенко Г.Г., Ошлаков В.К. Филаментация тераваттных лазерных импульсов на стометровой атмосферной трассе // Оптика атмосф. и океана. 2015. Т. 28, № 3. С. 274–277; Apeksimov D.V., Zemlyanov A.A., Iglakova A.N., Kabanov A.M., Kuchinskaya O.I., Matvienko G.G., Oshlakov V.K., Petrov A.V. Filamentation of terawatt laser pulses along hundred-meter atmospheric paths // Atmospheric and Oceanic Optics. 2015. V. 28, N 4. Р. 372–375.
9. Апексимов Д.В., Землянов А.А., Иглакова А.Н., Кабанов А.М., Кучинская О.И., Матвиенко Г.Г., Ошлаков В.К., Петров А.В. Множественная филаментация лазерных пучков различного диаметра в воздухе на трассе длиной 150 м // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 29, № 1. С. 51–55; Apeksimov D.V., Zemlyanov A.A., Iglakova A.N., Kabanov A.M., Kuchinskaya O.I., Matvienko G.G., Oshlakov V.K., Petrov A.V. Multiple filamentation of laser beams of different diameters in air along a 150-meter path // Atmos. Ocean. Opt. 2016. V. 29, N 3. Р. 263–266.
10. 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; 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-meter path // Atmos. Ocean. Opt. 2018. V. 31, N 1. Р. 31–35.
11. Berge L., Skupin S., Lederer F., Mejean 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 // Physical Review Letters. 2004. V. 92, N 22. P. 225002.1–225002.4.
12. Fibich G., Eisenmann S., Ilan B.,Erlich Y., Fraenkel M., Zohar Henis Z., Gaeta A., Zigler A. Self-focusing distance of very high power laser pulses // Optics Express. 2005. V. 13. Iss. 15. P. 5897–5903.
13. Землянов А.А., Булыгин А.Д., Гейнц Ю.Э. Дифракционная оптика светового филамента, образованного при самофокусировке фемтосекундного лазерного импульса в воздухе // Оптика атмосф. и океана. 2011. Т. 24, № 10. С. 839–847; Zemlyanov A.A., Bulygin A.D., Geints Yu.E. Diffraction optics of a light filament generated during self-focusing of a femtosecond laser pulse in air // Atmospheric and Oceanic Optics. 2012. V. 25, N 2. Р. 97–105.
14. Землянов А.А., Булыгин А.Д., Гейнц Ю.Э. Энергетические световые структуры при филаментации фемтосекундного лазерного излучения в воздухе. К 50-летию первой публикации о самофокусировке света // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т. 26, № 5. С. 350–362; Zemlyanov A.A., Bulygin A.D., Geints Yu.E. Energy light structures during femtosecond laser radiation filamentation in air. To the 50th anniversary of the first paper about light self-focusing // Atmospheric and Oceanic Optics. 2014. V. 27, N 4. Р. 463–474.
15. 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.
16. 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.
17. Апексимов Д.В., Землянов А.А., Иглакова А.Н., Кабанов А.М., Кучинская О.И., Матвиенко Г.Г., Ошлаков В.К., Петров А.В., Соколова Е.Б. Локализованные световые структуры с высокой интенсивностью при множественной филаментации фемтосекундного импульса титан-сапфирового лазера на воздушной трассе // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 11. С. 910–914; Apeksimov D.V., Zemlyanov A.A., Iglakova A.N., Kabanov A.M., Kuchinskaya O.I., Matvienko G.G., Oshlakov V.K., Petrov A.V., Sokolova E.B. Localized High-Intensity Light Structures during Multiple Filamentation of Ti:Sapphire-Laser Femtosecond Pulses along an air path // Atmos. Ocean. Opt. 2018. V. 31, N 2. P. 107–111.
18. 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.
19. 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 ред. проф. А.А. Землянова. Томск: Изд-во ИОА им. В.Е. Зуева СО РАН, 2017. 162 с.