Диссертация (Формирование и характеристики плазменных каналов при филаментации фемтосекундного лазерного излучения в воздухе)
Описание файла
Файл "Диссертация" внутри архива находится в папке "Формирование и характеристики плазменных каналов при филаментации фемтосекундного лазерного излучения в воздухе". PDF-файл из архива "Формирование и характеристики плазменных каналов при филаментации фемтосекундного лазерного излучения в воздухе", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физико-математические науки" из Аспирантура и докторантура, которые можно найти в файловом архиве МГУ им. Ломоносова. Не смотря на прямую связь этого архива с МГУ им. Ломоносова, его также можно найти и в других разделах. , а ещё этот архив представляет собой кандидатскую диссертацию, поэтому ещё представлен в разделе всех диссертаций на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук.
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст из PDF
московский государственный университет имени м. в. ломоносовафизический факультеткафедра общей физики и волновых процессовНа правах рукописиДергачев Александр АлександровичФормирование и характеристики плазменныхканалов при филаментации фемтосекундноголазерного излучения в воздухеСпециальность: 01.04.21 — Лазерная физикаДиссертацияна соискание ученой степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:к.ф.-м.н., доцент С. А. ШленовМосква — 2014Оглавление1.
Введение1.1. Явление филаментации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.2. Практические приложения филаментации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.3. Измерения плазменных каналов в воздухе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.4. Филаментация излучения УФ диапазона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .1.5. Филаментация на протяженных трассах в атмосфере . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.6. Взаимодействие филаментов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.7. Филаментация сфокусированного излучения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.8. Цели и задачи диссертационной работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.1.9. Научная новизна работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.10. Практическая ценность работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.11. Защищаемые положения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.12. Апробация результатов работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.1.13. Личный вклад автора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2. Математическая модель явления филаментации фемтосекундных лазерных импульсов2.1. Уравнение для медленно меняющейся комплекснойамплитуды светового поля. . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.2. Уравнение для концентрации свободных электронов в самонаведенной лазерной плазме . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.3. Постановка задачи филаментации. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.4. Количественные характеристики атмосферного воздуха .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.5. Численные методы решения задачи филаментации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.6. Параллельные алгоритмы решения задачи филаментации. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .2.7. Тестирование программного кода. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44681011161820202122222324243436404148543. Филаментация сфокусированного излучения ИК и УФ диапазонов в воздухе593.1. Филаментация в сфокусированных пучках . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593.2. Влияние фокусировки на филаментацию лазерныхимпульсов с гауссовым профилем пучка. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
60—2—3.3.3.4.3.5.3.6.Экспериментальные результаты измерений плазменных каналов . . . . . . . . . . . . . . . . . .Влияние динамической кривизны волнового фронта на параметры филаментацииВлияние астигматизма начального пучка на параметры филаментации . . . . . . . . . .Выводы по главе 3 . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .676976814. Филаментация фемтосекундного лазерного излучения на протяженных атмосферных трассах834.1. Особенности филаментации на протяженных трассах . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 834.2. Продольные смещения нелинейного фокуса и вероятность филаментации в турбулентной среде . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 884.3. Влияние турбулентности на филаментацию пучков разных размеров . . . . . . . . . . . . .
934.4. Характерная мощность для развития режима множественной филаментации . . . 964.5. Множественная филаментация в широких пучках . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 994.6. Выводы по главе 4 . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1045. Плазменные каналы и филаменты при взаимодействии скрещенных пучковлазерного излучения1055.1. Взаимодействие филаментов в воздухе . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1055.2. Взаимодействие филаментов в сапфире . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1135.3. Филаментация взаимодействующих пучков с вихревым фазовым фронтом . . . . . .
1205.4. Выводы по главе 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126Заключение127Список публикаций по теме диссертации129Благодарности131Литература133—3—Глава 1ВведениеВ главе представлен краткий обзор исследований филаментации фемтосекундных лазерных импульсов в воздухе, включая протяженные атмосферные трассы, и рассмотреныее основные приложения.
Определены цели и задачи диссертационной работы, сформулированы ее научная новизна и практическая ценность, приведены защищаемые положения.1.1. Явление филаментацииРаспространение мощных фемтосекундных лазерных импульсов в прозрачных диэлектриках приводит к пространственно-временной локализации энергии импульса, которая сохраняется на больших расстояниях вдоль направления распространения излучения. Эта протяженная высокоэнергетичная структура в лазерном импульсе получила название филамент.Первое экспериментальное наблюдение явления филаментации датируется 1965 годом [1].Авторы наблюдали образование тонкой светящейся нити при распространении лазерного излучения в кювете с органическими жидкостями.
В теоретической работе [2] было определенопоперечное распределение энергии в стационарном пучке в филаменте, который получил название моды Таунса. Там же была получена оценка критической мощности самофокусировки.Стационарное самоканалирование пучка в среде с кубической нелинейностью было рассчитано в работах [3,4] на основе уравнения для медленно меняющейся комплексной амплитудысветового поля.Развитие лазерных технологий привело к созданию фемтосекундных лазеров в начале1990-х годов.
Это дало возможность использовать лазерное излучение длительностью 100 фси менее с высокой пиковой мощностью (до нескольких ТВт), что позволило наблюдать филаментацию в газах. При экспериментальных исследованиях филаментации в качестве лазерного источника, в основном, используются титан-сапфировые лазерные системы, поэтомубольшинство результатов относятся к длине волны 800 нм.Первое наблюдение филамента в воздухе относится к 1995 году [5]. При увеличении энергии коллимированного 200-фс лазерного импульса, начиная от 1 мДж вплоть до 50 мДж,авторы наблюдали квазилинейный режим распространения (без формирования филамента),одиночную филаментацию (при превышении пиковой мощности 10 ГВт), а также множе—4—ственную филаментацию, порог перехода к которой составлял около 100 ГВт и увеличивалсяпосле пространственной фильтрации пучка.
