Автореферат (1105133), страница 5
Текст из файла (страница 5)
При этом уголмежду направлениями распространения импульсов составлял около 0.4∘ . Ширина интерференционной полосы составляла 57 мкм, а диаметр линейной перетяжки равнялся приблизительно 67 мкм. Малое число интерференционных полос в пределах перетяжки позволяло детально рассмотреть изменение характера взаимодействия при сдвиге фаз междуимпульсами.Было показано, что характер картины распределения энергии в значительной степениопределяется интерференционной картиной взаимодействующих импульсов.
Кроме того,в синфазном случае (Δ = 0) наблюдалось образование единого филамента вдоль осисимметрии пучков. Также в этом случае впервые было обнаружено образование дополнительных структур с высокой концентрации энергии вне плоскости пучков (рис. 5).В разделе 5.2 проведено сопоставление результатов численного моделирования и эксперимента, проведенного в Центре коллективного пользования «Фемтосекундный лазерный комплекс» Института физики Национальной академии наук Украины.
Эксперимент— 15 —(а)(б)(в)(г)Рис. 5. Поверхности постоянного уровня поверхностной плотности энергии (уровни 2 Дж/см2 и 4 Дж/см2 ) (а, в) и концентрации электронов (10−4 0 ,10−3 0 , 10−2 0 ) (б, г) для синфазных импульсов с пиковой мощностью 2 (а, б) и 4 (в, г). Фокальная плоскость линзы имеет координату = 6.5 см.и серия расчетов были выполнены в кристалле сапфира.
В разделе приведены параметрыэксперимента и сапфира, использованные в расчетах. Эксперимент подтвердил существование предсказанных филаментов вне плоскости пучков.В разделе 5.3 исследовалась филаментация взаимодействующих пучков с вихревымфазовым фронтом. Вихревым, или спиралевидным, называется пучок, фазовый фронткоторого имеет вид нескольких витков спирали. Аналитически комплексная амплитудаполя в вихревом пучке может быть описано следующим образом:(, ) = () ,(7)где — радиальная координата, — азимутальный угол. Целое число называется топологическим зарядом пучка. Вихревые пучки предлагалось использовать для управлениямножественной филаментацией и, прежде всего, положением образующихся филаментов.В численном моделировании исследовалось взаимодействие безвихревого гауссового пучка— 16 — = 0 см18 см28 см46 см56 см71 см100 см = 0 см35 см79 см102 см114 см126 см150 смРис.
6. Распределение энергии в поперечном сечении при филаментации когерентных вихревого и безвихревого пучков на разных расстояниях в воздухепри разности фаз между пучками Δ = 0 (верхний ряд) и Δ = (нижнийряд). Размер области изображения равен 3 мм × 3 мм.с вихревым с топологическим зарядом = 2. Полное поле задавалось в виде:{︂}︂ [︂ 2{︂ 2}︂2 + 2 + 2(, , ) = 0 exp − 2 ·exp − +2012212{︂ 2}︂]︂1 + 20 sin Δ+ exp −,2222(8)где первое слагаемое в квадратных скобках определяет вихревой пучок с радиальным параметром 1 = 20 мкм и топологическим зарядом = 2, а второе слагаемое — когерентныйему гауссов пучок радиуса 2 = 60 мкм, распространяющийся под углом = 0.2∘ к вихревому пучку и имеющий фазовый сдвиг Δ = 0, относительно него.
Суммарная энергияимпульсов составляла 2 мкДж, что соответствует пиковой мощности примерно 6 .Полученные в результате численного моделирования распределения энергии в поперечном сечении пучков (рис. 6) позволяют говорить об определяющем характере влиянияразности фаз между взаимодействующими пучками на аксиальное положение образующихся филаментов. В разделе приведены распределения энергии и концентрации свободных электронов при взаимодействии пучков в сапфире и в воздухе для двух разностейфаз между импульсами.В разделе 5.4 сформулированы выводы по пятой главе.В заключении сформулированы основные результаты работы.— 17 —Основные результаты работы1. В результате численного исследования влияния геометрической фокусировки миллиметровых пучков с мощностью в несколько критических мощностей самофокусировки и радиусом фокусировки от 1 м до 20 м на параметры филаментациилазерного импульса было обнаружено качественное отличие для излучения ИК иУФ диапазонов.
Изменение фокусировки слабо сказывается на интенсивности вИК филаменте и поперечном размере его плазменного канала. Для УФ импульсаобострение фокусировки приводит к возрастанию интенсивности и уменьшениюдиаметра плазменного канала.2. Предложена модель динамической кривизны волнового фронта лазерного импульса, связанная с прохождением мощного излучения через прозрачные оптическиеэлементы. Показано, что введение динамической кривизны волнового фронта способно существенно сместить точку старта филамента и за счет этого увеличитьдлину плазменного канала.3. Численно показано, что слабый астигматизм приводит к удлинению плазменногоканала, в то время как сильный астигматизм может привести к его распаду на дваотрезка, расположенных вблизи геометрических фокусов пучка.4.
Установлено, что вероятность развития филаментации в турбулентной атмосферев пучке малой мощности (до 3 критических мощностей самофокусировки) падает с увеличением амплитуды турбулентных флуктуаций показателя преломления.При этом среднее расстояние до старта филамента вначале возрастает, а затем начинает убывать. При большой мощности лазерного пучка (свыше 10 критическихмощностей) филамент образуется во всех импульсах, а расстояние до старта филамента монотонно сокращается при увеличении амплитуды флуктуаций. Такжепоказано, что вероятность развития филаментации падает с увеличением радиусапучка в случае малой мощности излучения.
В случае большой мощности среднееотносительное расстояние до старта филамента и плазменного канала оказываетсяменьше в пучках большего радиуса.5. Предложена модель множественной филаментации излучения в широких пучках,которая качественно описывает основные этапы развития множественной филаментации.
Она позволяет оптимизировать использование вычислительных ресурсов при численном решении задачи множественной филаментации.6. Установлено, что при взаимодействии когерентных лазерных филаментов в скрещенных пучках распределение энергии определяется интерференционной картиной излучения и чувствительно к малому запаздыванию между импульсами. Обнаружено образование дополнительных филаментов вне плоскости распространенияимпульсов в случае когерентной интерференции взаимодействующих пучков.7. Показана возможность управления азимутальным положением фемтосекундныхлазерных филаментов, образующихся в вихревом пучке, с помощью дополнительного слабо неколлинеарного безвихревого пучка.— 18 —Список публикаций по теме диссертацииОсновные результаты диссертации отражены в следующих статьях:1.
Кандидов В.П., Шленов С.А., Силаева Е.П., Дергачев А.А. Филаментация мощного фемтосекундного лазерного излучения в воздухе и ее приложения в атмосферной оптике // Оптика атмосферы и океана. — 2010. — Т. 23, №10. — C. 873–884.2. Дергачев А.А., Силаева Е.П., Шленов С.А. Фемтосекундные лазерные филаменты // В сб. «Суперкомпьютерные технологии в науке, образовании и промышленности», М.: Изд. Московского университета, 2010, с.
100–102.3. Дергачев А.А., Кадан В.Н., Шлёнов С.А. Взаимодействие неколлинеарных фемтосекундных лазерных филаментов в сапфире // Квантовая электроника. — 2012. —Т. 42, №2. — С. 125–129.4. Дергачев А.А., Ионин А.А., Кандидов В.П., Селезнев Л.В., Синицын Д.В., Сунчугашева Е.С., Шлёнов С.А. Филаментация фемтосекундных ИК и УФ импульсовпри фокусировке в воздухе // Квантовая электроника. — 2013. — Т.
43, №1. —С. 29–36.5. Blonskyi I.V., Kadan V.M., Dergachev A.A., Shlenov S.A., Kandidov V.P., Puzikov V.M., Grin’ L.O. Filamentation of femtosecond vortex beam in sapphire // UkranianJournal of Physics. — 2013. — Vol. 58, no. 4. — P. 341–344.6. Дергачев А.А., Ионин А.А., Кандидов В.П., Мокроусова Д.В., Селезнев Л.В.,Синицын Д.В., Сунчугашева Е.С., Шленов С.А., Шустикова А.П. Плазменные каналы при филаментации в воздухе фемтосекундного лазерного излучения с астигматизмом волнового фронта // Квантовая электроника. — 2014.
— Т. 44, №12. —С. 1085–1090.7. Dergachev A.A., Ionin A.A., Kandidov V.P., Mokrousova D.V., Seleznev L.V., Sinitsyn D.V., Sunchugasheva E.S., Shlenov S.A., Shustikova A.P. Effect of nonlinearity inthe pass-through optics on femtosecond laser filament in air // Laser Physics Letters. —2015. —Vol. 12, no. 1. —P. 015403.и докладывались на международных конференциях:1. Дергачев А.А. Параллельный алгоритм с переменным шагом для моделированияфиламентации мощного фемтосекундного лазерного импульса на вычислительномкластере // Труды конф.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
