Том 34, номер 09, статья № 1

Аннотация:

Рассмотрены теоретические аспекты нелинейного распространения в воздухе в режиме филаментации мощного ультракороткого лазерного излучения с поперечным распределением интенсивности коронарного типа, образованным некогерентным сложением нескольких расположенных по кольцу излучающих субапертур. С помощью численного решения усредненного по времени нелинейного уравнения Шредингера исследованы трансформации вдоль оптической трассы профиля интенсивности синтезированных пучков при изменении количества и мощности составляющих их парциальных излучателей. Установлено, что синтезированные пучки кольцевого профиля обладают рядом преимуществ с точки зрения контроля участка филаментации излучения. В частности, путем изменения числа и размера субапертур можно существенно задержать начало филаментации всего пучка и увеличить дистанцию ее существования по сравнению с пучками традиционного унимодального профиля (гауссовский, платообразный).

Ключевые слова:

самофокусировка, филаментация, ультракороткое лазерное излучение, синтезированные пучки

Список литературы:

1. Self-focusing: Past and Present. Fundamentals and Prospects / R.W. Boyd, S.G. Lukishova, Y.R. Shen (eds.). Berlin: Springer, 2009. 605 р.
2. Couairon A., Myzyrowicz A. Femtosecond filamentation in transparent media // Phys. Rep. 2007. V. 441. P. 47–189.
3. Bergé L., Skupin S., Nuter R., Kasparian J., Wolf J.-P. Ultrashort filaments of light in weakly-ionized, optically-transparent media // Rep. Prog. Phys. 2007. V. 70. P. 1633.
4. Chekalin S.V., Kandidov V.P. From self-focusing light beams to femtosecond laser pulse filamentation // Phys.-Usp. 2013. V. 56. P. 123–140.
5. Kasparian J., Rodriguez M., Mejean G., Yu J., Salmon E., Wille H., Bourayou R., Frey S., Andre Y.-B., Mysyrowicz A., Sauerbrey R., Wolf J.-P., Wöste L. White-light filaments for atmospheric analysis // Science. 2003. V. 301. P. 61.
6. Mechain G., Amico C.D., 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.
7. Гейнц Ю.Э., Землянов А.А. Численное моделирование самофокусировки и филаментации трубчатых лазерных пучков в воздухе // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т. 26, № 8. С. 647–653.
8. Grow T.D., Ishaaya A.A., Vuong L.T., Gaeta A.L., Gavish N., Fibich G. Collapse dynamics of super-Gaussian beams // Opt. Express. 2006. V. 14. P. 5468.
9. Roskey D.E., Kolesik M., Moloney J.V., Wright E.M. The role of linear power partitioning in beam filamentation // Appl. Phys. B. 2007. V. 86. P. 249–258.
10. Kompanets V.O., Chekalin S.V., Kosareva O.G., Grigor’evskii A.V., Kandidov V.P. Conical emission of a femtosecond laser pulse focused by an axicon into a K 108 glass // Quant. Eleсtron. 2006. V. 36, N 9. P. 821–824.
11. Mills M., Christodoulides D., Kolesik M. Dressed optical filaments // Opt. Lett. 2013. V. 38. P. 25–27.
12. Mills M., Heinrich M., Kolesik M., Christodoulides D. Extending optical filaments using auxiliary dress beams // J. Phys. B. 2015. V. 48. P. 094014.
13. Гейнц Ю.Э., Землянов А.А. Закономерности фемтосекундной филаментации при суперпозиции гауссова и кольцевого лазерных пучков // Квант. электрон. 2017. Т. 47, № 8. C. 722–729.
14. Kandidov V.P., Akozbek N., Kosareva O.G., Nyakk A.V., Luo Q., Hosseini S.A., Chin S.L. Towards a control of multiple filamentation by spatial regularization of a high-power femtosecond laser pulse // Appl. Phys. B. 2005.V. 80, N 3. P. 267–275.
15. Ionin A.A., Iroshnikov N.G., Kosareva O.G., Larichev A.V., Mokrousova D.V., Panov N.A., Seleznev L.V., Sinitsyn D.V., Sunchugasheva E.S. Filamentation of femtosecond laser pulses governed by variable wavefront distortions via a deformable mirror // J. Opt. Soc. Am. B. 2013. V. 30, N 8. Р. 2257–2261.
16. Daigle J.-F., Kamali Y., Châteauneuf M., Tremblay G., Théberge F., Dubois J., Roy G., Chin S.L. Remote sensing with intense filaments enhanced by adaptive optics // Appl. Phys. B. 2009. V. 97, N 3. Р. 701–713.
17. Apeksimov D.V., Geints Yu.E., Zemlynov A.A., Kabanov A.M., Oshlakov V.K., Petrov A.V., Matvienko G.G. Controlling TW-laser pulse long-range filamentation in air by a deformable mirror // Appl. Opt. 2018. V. 57, N 34. Р. 9760–9769.
18. Chu C., Shipilo D.E., Lu D., Zhang Z., Chuchupal S.V., Panov N.A., Kosareva O.G., Liu W. Femtosecond filament emergence between p-shifted beamlets in air // Opt. Express. 2020. V. 28. P. 1002–1013.
19. Sprangle P., Peñano J., Hafizi B., Ting A. Incoherent combining of high-power fiber lasers for long-range directed energy applications // J. Dir. Energy. 2007. V. 2. P. 273–284.
20. Sprangle P., Ting A., Peñano J., Fischer R., Hafizi B. Incoherent combining and atmospheric propagation of high-power fiber lasers for directed-energy applications // IEEE J. Quantum Electron. 2009. V. 45. P. 1–2.
21. Weyrauch T., Vorontsov M.A., Carhart G.W., Beresnev L.A., Rostov A.P., Polnau E.E., Liu J.J. Experimental demonstration of coherent beam combining over a 7 km propagation path // Opt. Lett. 2011. V. 36. P. 4455–4457.
22. Fairchild S.R., Walasik W., Kepler D., Baudelet M., Litchinitser N.M., Richardson M. Free-space nonlinear beam combining for high intensity projection // Sci. Rep. 2017. V. 7. P. 10147.
23. Lapointe J., Kashyap R. A simple technique to overcome self-focusing, filamentation, supercontinuum generation, aberrations, depth dependence and waveguide interface roughness using fs laser processing // Sci. Rep. 2017. V. 7. P. 499.
24. Kolesik M., Moloney J.V. Nonlinear optical pulse propagation simulation: From Maxwell’s to unidirectional equations // Phys. Rev. E. 2004. V. 70. P. 036604–08.
25. Bergé L., Skupin S., Lederer F., Méjean 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 // Phys. Rev. Lett. 2004. V. 92. P. 225002.
26. Bergé L., Schmidt M.R., Rasmussen J.J., Christiansen P.L., Rasmussen K.O. Amalgamation of interacting light beamlets in Kerr-type media // J. Opt. Soc. Am. B. 1997. V. 14. P. 2550.
27. Siegman A.E. Lasers. Mill Valley, CA: Oxford University Press, 1986. 568 p.
28. Geints Yu.E., Zemlyanov A.A. Ring-Gaussian laser pulse filamentation in a self-induced diffraction waveguide // J. Optics. 2017. V. 19. P. 105502.
29. Talanov V.I. Self-focusing of wave beams in nonlinear media // JETP Lett. 1965. V. 2, N 5. Р. 138–141.
30. 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 // Atmos. Ocean. Opt. 2012. V. 25, N 2. Р. 97–105.
31. Geints Yu.E., Zemlyanov A.A. Diffraction-ray optics of laser-pulse filamentation // Phys. Rev. A. 2018. V. 98. Р. 023846.
32. Гейнц Ю.Э., Землянов А.А., Минина О.В. Моделирование самофокусировки фемтосекундных лазерных импульсов в воздухе методом дифракционно-лучевых трубок // Оптика атмосф. и океана. 2019. Т. 32, № 2. С. 120–130; Geints Yu.E., Zemlyanov A.A., Minina O.V. Simulation of self-focusing of femtosecond laser pulses in air by the method of diffraction-beam tubes // Atmos. Ocean. Opt. 2019. V. 32, N 4. Р. 420–429.
33. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1973. 720 с.
34. Раутиан С.Г. Квазилучевые трубки // Опт. и спектроскоп. 1999. Т. 87, № 3. С. 494–496.
35. Agrawal G.P., Ghatak A.K., Mehta C.L. Propagation of a partially coherent beam through Selfoc fibers // Opt. Commun. 1974. V. 12, N 3. P. 333–337.
36. Geints Yu.E., Zemlyanov A.A. On the focusing limit of high-power femtosecond laser pulse propagation in air // Eur. Phys. J. D. 2009. V. 55. P. 745–754.
37. Geints Yu.E., Zemlyanov A.A. Dynamics of CO2 laser pulse filamentation in air influenced by spectrally selective molecular absorption // Appl. Opt. 2014. V. 53, N 25. P. 5641–5648.
38. Переломов А.М., Попов В.С., Терентьев М.В. Ионизация атомов в переменном электрическом поле // ЖТЭФ. 1966. Т. 50. С. 1393–1397.
39. Geints Y.E., Zemlyanov A.A. Near- and mid-IR ultrashort laser pulse filamentation in a molecular atmosphere: a comparative analysis // Appl. Opt. 2017. V. 56. P. 1397–1403.
40. Информационно-вычислительный центр Новосибирского государственного университета [Электронный ресурс]. URL: http://nusc.nsu.ru/wiki/doku.php/doc/index (дата обращения: 12.07.2021).