Множественная филаментация мощных фемтосекундных лазерных импульсов (1103892), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Кроме того,в центре пучка также располагалась линза. Радиусы концентрических окружностей иэлементов массива подбирались из условия равенства энергии в каждом элементе энергиив центральном, в результате чего они возрастали к периферии пучка (см. рис. 7а). Затемитерационным алгоритмом определялись фокусные расстояния линз на различныхконцентрических окружностях так, чтобы расстояния образование филамента наокружности и в центральной линзе совпадали. Картина образовавшихся в результатефиламентов изображена на рис.
7б.В параграфе 6.5 сформулированы выводы по Главе 6.17РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ1. Предложенсценарийразвитиямножественнойфиламентациимощныхфемтосекундных лазерных импульсов из начальных возмущений интенсивности напространственном профиле пучка. Этапы образования пучка многих филаментов состоятиз независимого формирования «родительских» филаментов из начальных возмущений;интерференции колец в распределении интенсивности, расходящихся в плоскостипоперечного сечения от первоначально образованных «родительских» филаментов;появления «дочерних» филаментов в результате этой интерференции; «конкуренции»филаментов, проявляющейся в перекачке энергии от одного филамента к другому;«выживания» одного (или нескольких) филаментов в результате «конкуренции».2.
При заданных параметрах импульса: энергии, длительности и диаметре входногоимпульса определяющим фактором формирования пучка многих филаментов являетсявзаимноерасположениепервоначальныхвозмущений.Относительнонебольшаяфлуктуация в расположении начальных возмущений приводит к качественным различиямв количестве и положениях филаментов, т.е. множественная филаментация мощныхфемтосекундных лазерных импульсов носит нестабильный характер.
Эта нестабильностьмножественной филаментации, связанная со стохастическим «рождением» и «гибелью»филаментов, является причиной флуктуаций сигнала флуоресценции молекулярногоазота.3. В режиме образования одного филамента как коротковолновое, так идлинноволновое крыло суперконтинуума, возникающего при филаментации импульса,приобретают осевую симметрию, вне зависимости от поперечного распределенияинтенсивности на основной длине волны лазерного излучения.4. Примножественнойкоротковолновойчастифиламентацииспектра,кольцарасходящиесяотконическойкаждогоизэмиссиивфиламентов,интерферируют, образуя спекл-картину.
Поперечный размер интерференционной картиныувеличивается при удалении от выхода из лазерной системы. В то же время, поперечноераспределение интенсивности в длинноволновой части спектра представляет собой наборпиков,соответствующихположениямфиламентов.Экспериментальнозарегистрированные и расчетные пространственные распределения плотности энергииизлучения суперконтинуума находятся в качественном соответствии.5. Показано, что при постоянной энергии фемтосекундного лазерного излучения спиковоймощностью,существеннопревышающейкритическуюмощностьсамофокусировки в воздухе, энергия излучения, локализованная в области флуоресценции18(т.е.
энергия в области, где наиболее активно происходят нелинейно-оптическиевзаимодействия, в том числе вызывающие флуоресценцию молекулярного и однократноионизированного азота), зависит от поперечного размера входного пучка. Так, сжатиепучка в 1.4 раза приводит к увеличению энергии в области флуоресценции от 3 до 25%первоначальной энергии импульса, при этом флуктуация средней энергии в областифлуоресценции уменьшается от 100% до 50% соответственно. Результаты численногомоделирования стохастической задачи находятся в соответствии с экспериментальнымиданными по увеличению и стабилизации сигнала флуоресценции молекулярного азота присжатии телескопом пучка на выходе из лазерной системы.
Основная причина увеличениясигнала состоит в увеличении энергии в области флуоресценции. Средний диаметрплазменных каналов увеличивается при уменьшении диаметра пучка на выходе лазернойсистемы.6. Показано, что отрицательная начальная фазовая модуляция импульсов приводит кувеличению энергии в области флуоресценции и интегральной по сечению плотностиплазмы.
Так, для рассматриваемых параметров импульса при увеличении длительностиспектрально ограниченного импульса от 54 фс до 400 фс путем введения отрицательнойначальной фазовой модуляции, получено более чем двукратное увеличение пиковойэнергии в области флуоресценции и более чем трехкратное увеличение пиковой линейнойплотности плазмы.7. Одновременное управление фазовой модуляцией импульса и поперечнымиразмерами пучка на выходной апертуре лазерной системы позволяет оптимизироватьрасстояние до начала множественной филаментации фемтосекундного импульса сначальными возмущениями интенсивности. При уменьшении поперечных размеровначального пучка и отрицательной фазовой модуляции импульса вместо разрозненныхплазменных каналов образуется их плотное множество с относительно меньшимирасстояниями между центрами и большей протяженностью. Так, для рассматриваемыхпараметров импульса протяженность плазменного образования и количество свободныхэлектронов в канале увеличивается в два раза, а энергия в области флуоресценции —более чем в четыре раза при одновременном уменьшении диаметра пучка в 1.5 раза иувеличении длительности импульса с отрицательной фазовой модуляцией в 2 раза.8.
Показана возможность регуляризации множественной филаментации мощныхфемтосекундных лазерных импульсов посредством периодической фазовой модуляциисветового поля с использованием линзового массива в турбулентной атмосфере. Имеетместо как продольная (по расстоянию образования первого филамента), так и поперечная(по стабилизации положения филамента на профиле импульса) регуляризация. Показано,19что регуляризация является удовлетворительной при условии того, что превышениефазового набега в турбулентной атмосфере над фазовым набегом на одном элементелинзового массива составляет не более одного порядка.9.
Для формирования многих филаментов на одном расстоянии от выходнойапертурылазернойсистемыпредлагаетсяприменятьмассив,линзыкоторогорасположены на концентрических окружностях. Выбирая размеры линз в центре и напериферии пучка таким образом, чтобы энергия импульса, протекающая через каждуюлинзу, была одинакова и, определяя фокусное расстояние для группы линз на каждойокружности, оказывается возможным создание мощного пучка филаментов на заданномрасстоянии от выхода лазерной системы.ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ1. Панов Н.А., Косарева О.Г., Кандидов В.П., Акозбек Н., Скалора М., Чин С.Л.“Локализация плазменного канала при множественной филаментации в воздухе”,Квантовая электроника 37, 1153 (2007).2.
ПановН.А.,КосареваО.Г.,МуртазинИ.Н.“Упорядоченныефиламентыфемтосекундного импульса в объеме прозрачной среды” Оптический журнал 73, 45(2006).3. Kosareva O.G., Panov N.A., Akozbek N., Kandidov V.P., Luo Q., Hosseini S.A., Liu W.,Gravel J.-F., Roy G., Chin S.L. “Controlling a bunch of multiple filaments with a beamdiameter”, Applied Physics B 82, 111 (2006).4. Косарева О.Г., Панов Н.А., Кандидов В.П. “Сценарий многофиламентации и генерациисуперконтинуумамощногофемтосекундноголазерногоимпульса”,Оптикаатмосферы и океана 18, 223 (2005).5. КандидовВ.П.,КосареваО.Г.,ШлёновС.А.,ПановН.А.,ФедоровВ.Ю.,Дормидонов А.Е.
“Динамическая мелкомасштабная самофокусировка фемтосекундноголазерного импульса”, Квантовая электроника 35, 59 (2005).6. Luo Q., Hosseini S.A., Liu W., Gravel J.-F., Kosareva O.G., Panov N.A., Aközbek N.,Kandidov V.P., Roy G., Chin S.L., “Effect of beam diameter on the propagation of intensefemtosecond laser pulses”, Applied Physics B 80, 35 (2004).7. Hosseini S.A., Luo Q., Ferland B., Liu W., Chin S.L., Kosareva O.G., Panov N.A.,Aközbek N., Kandidov V.P. “Competition of multiple filaments during the propagation ofintense femtosecond laser pulses”, Physical Review A 70, 033802 (2004).8.
Liu W., Hosseini S.A., Luo Q., Ferland B., Chin S.L., Kosareva O.G., Panov N.A.,20Kandidov V.P., “Experimental observation and simulations of the self-action of white lightlaser pulse propagating in air”, New Journal of Physics 6, 6.1 (2004).9. Panov N.A., Kosareva O.G., Kandidov V.P.
“Regularization of multiple filaments inatmospheric turbulence”, Proceedings of SPIE 6255, 212 (2006).10. Panov N.A., Kosareva O.G., Kandidov V.P., Aközbek N., Luo Q., Hosseini S.A., Liu W.,Gravel J., Chin S.L. “Controlling the bunch of filaments formed by high-power femtosecondlaser pulse in air”, Proceedings of SPIE 5708, 91 (2005).21.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
