Диссертация (1105134)
Текст из файла
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.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
