Том 35, номер 05, статья № 1

Аннотация:

Проведено численное моделирование распространения мощных фазомодулированных фемтосекундных лазерных импульсов в воздухе. Пространственная модуляция исходного волнового фронта импульса осуществлялась с помощью программируемой фазовой пластинки, состоящей из расположенных в шахматном порядке зон с варьируемым скачком фазы волны. В рамках численного решения нелинейного уравнения Шредингера для усредненной по времени амплитуды электрического поля исследованы режимы самофокусировки, филаментации и постфиламентационного каналирования излучения для фазомодулирующих масок с различным сдвигом фазы на границах соседних сегментов. Показано, что при определенных типах фазовой модуляции импульса область его филаментации в воздухе может быть существенно смещена (по координате) и удлинена по сравнению с немодулированным импульсом. Кроме того, установлено, что применение фазовой модуляции позволяет понизить угловую расходимость формирующихся на стадии постфиламентационного распространения интенсивных световых каналов. Это обеспечивает возможность самоканалирования излучения на расстояниях, кратно превышающих длину Рэлея.

Ключевые слова:

фемтосекундный лазерный импульс, фазовая модуляция, самофокусировка, филаментация, самоканалирование излучения, постфиламентационый световой канал

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., Mysyrowicz A. Femtosecond filamentation in transparent media // Phys. Rep. 2007. V. 441. P. 47–189.
3. Чекалин С.В., Кандидов В.П. От самофокусировки световых пучков – к филаментации лазерных импульсов // Успехи физ. наук. 2013. Т. 183, № 2. С. 133–152.
4. Woste L., Wedekind C., Wille H., Rairoux P., Stein B., Nikolov S., Werner Chr., Niedermeier S., Schillinger H., Sauerbrey R. Femtosecond atmospheric lamp // Laser Optoelektron. 1997. V. 29. P. 51–53.
5. Rodriguez M., Bourayou R., Méjean G., Kasparian J., Yu J., Salmon E., Scholz A., Stecklum B., Eislöffel J., Laux U., Hatzes A.P., Sauerbrey R., Wöste L., Wolf J.-P. Kilometer-range nonlinear propagation of femtosecond laser pulses // Phys. Rev. E. V. 2004, N 69. P. 036607-1–036607-7.
6. Ackermann R., Mechain G., Mejean G., Bourayou R., Rodriguez M., Stelmaszczyk K., Kasparian J., Yu J., Salmon E., Tzortzakis S., Andre Y.B., Bourrillon J.F., Tamin L., Cascelli J.P., Campo C., Davoise C., Mysyrowicz A., Sauerbrey R., Woste L., Wolf J.-P. Influence of negative leader propagation on the triggering and guiding of high voltage discharges by laser filaments // Appl. Phys. B. 2006. V. 82. P. 561–566.
7. 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.-F., Dubois J. Kilometer range filamentation // Opt. Express. 2013. V. 21, iss. 22. P. 26836–26845.
8. Geints Yu.E., Zemlyanov A.A. Ring-Gaussian laser pulse filamentation in a self-induced diffraction waveguide // J. Opt. 2017. V. 19. P. 105502.
9. Компанец В.О., Чекалин С.В., Косарева О.Г., Григорьевский А.В., Кандидов В.П. Коническая эмиссия фемтосекундного лазерного импульса при фокусировке аксиконом в стекло К 108 // Квант. электрон. 2006. Т. 36, № 9. С. 821–824.
10. Mills M., Heinrich M., Kolesik M., Christodoulides D. Extending optical filaments using auxiliary dress beams // J. Phys. B. 2015. V. 48, N 9. P. 094014.
11. 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.
12. Geints Y.E., Zemlyanov А.А. Dynamics of femtosecond synthesized coronary profile laser beam filamentation in air // J. Opt. 2021. V. 23, N 10. P. 105502.
13. Pushkarev D.V., Lar’kin A.S., Mitina E.V., Zhidovtsev N.A., Uryupina D.S., Volkov R.V., Karpeev S.V., Khonina S.N., Karabutov A.A., Geints Yu.E., Kosareva O.G., Savel’ev A.B. Robust multifilament arrays in air by Dammann grating // Opt. Express. 2021. V. 29. P. 34189–34204.
14. Berge 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.
15. Переломов А.М., Попов В.С., Терентьев М.В. Ионизация атомов в переменном электрическом поле // ЖТЭФ. 1966. Т. 50. С. 1393–1397.
16. Geints Yu.E., Kabanov A.M., Zemlyanov A.A., Bykova E.E., Bukin O.A., Golik S.S. Kerr-driven nonlinear refractive index of air at 800 and 400 nm measured through femtosecond laser pulse filamentation // Appl. Phys. Lett. 2011. V. 99. P. 181114.
17. Méchain G., Couairon A., André 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, iss. 3. P. 379–382.
18. Гейнц Ю.Э., Землянов А.А., Ионин А.А., Мокроусова Д.В., Селезнев Л.В., Синицын Д.В., Сунчугашева Е.С. Сравнительный анализ постфокальной филаментации сфокусированных лазерных импульсов УФ- и ИК-излучения в воздухе // Квант. электрон. 2015. Т. 45, № 4. С. 321–329.
19. Daigle J.-F., Kosareva O.G., Panov N.A., 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. P. 3601–3606.
20. Couairon A., Brambilla E., Corti T., Majus D., Ramırez-Gongora O. de J., Kolesik M. Practitioner’s guide to laser pulse propagation models and simulation // Eur. Phys. J. Special Top. 2011. V. 199. P. 5–76.
21. Geints Yu.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.
22. 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.
23. Mills M., Christodoulides D., Kolesik M. Dressed optical filaments // Opt. Lett. 2013. V. 38. P. 25–27.