Российский университет транспорта
УДК 530.182 Нелинейные явления
УДК 535-15 Инфракрасные лучи
ГРНТИ 29.33 Лазерная физика
ОКСО 03.03.02 Физика
ББК 223 Физика
ТБК 6135 Оптика
BISAC TEC019000 Lasers & Photonics
Представлены результаты численных исследований распространения мощных фемтосекундных лазерных импульсов в режимах самофокусировки и филаментации в газах при варьировании давления среды. Такой подход позволяет использовать результаты, полученные в лабораторных условиях с аномально высоким давлением на расстояниях в несколько метров, для масштабирования на реальные атмосферные трассы протяженностью в сотни метром при нормальном давлении. Практическая значимость этих исследований связана с дистанционной диагностикой компонент атмосферы и доставкой энергии на протяженных трассах в атмосфере. С точки зрения проведения численных расчетов этот подход также имеет свои достоинства, поскольку позволяет сократить время проведения вычислений и уменьшить требуемые вычислительные мощности. Численное моделирование проводилось для случаев распространения мощных фемтосекундных импульсов титан-сапфирового лазера в режимах самофокусировки и филаментации в условиях 64-кратного увеличения давления воздуха. Детально рассмотрено формирование многофокусной структуры области филаментации, которое особенно наглядно проявляется в этих условиях.
фемтосекундный лазерный импульс, нелинейный фокус, самофокусировка, филаментация, газ повышенного давления, структура лазерного пучка.
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. Braun A., Korn G., Liu X., Du D., Squier J., Mourou G. Self-channeling of high-peak-power femtosecond laser pulses in air // Optics Letters. 1995. V. 20. Iss. 1. P. 73-75.
3. Nibbering E.T.J., Curley P.F., Grillon G., Prade B.S., Franco M.A., Salin F., Mysyrowicz A. Conical emission from self-guided femtosecond pulses in air// Opt. Lett. 1996. V. 21. Iss. 1. P. 62-64.
4. Brodeur A., Chien C.Y., Ilkov F.A., Chin S.L., Kosareva O.G., Kandidov V.P. Moving focus in the propagation of ultrashort laser pulses in air // Optics Letters. 1997. V. 22. Iss. 5. P. 304-306.
5. Mlejnek M., Wright E.M., Moloney J.V. Dynamic spatial replenishment of femtosecond pulses propagating in air // Opt. Lett. 1998. V. 23. P. 382-384.
6. Kompanets V.O., Shipilo D.E., Nikolaeva I.A., Panov N.A., Kosareva O.G., Chekalin S.V. Nonlinear Enhancement of Resonance Absorption at the Filamentation of a Mid-Infrared Pulse in High-Pressure Gases // JETP LETT. 2020. V. 111. P. 31-35.
7. Li S., Yu M., Cai X., Zhang H., Jin M., Wu J. Energy transmittance of focused femtosecond pulses at different air pressures // Optoelectron. Lett. 2023. V. 19. No. 10. P. 605-613.
8. Geints Y.E. Pressure scaling of femtosecond laser filamentation in air: Prospects for long-range atmospheric propagation // Optics Communications. V. 573. 2024. P.131007.
9. 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.
10. 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.
11. Geints Yu.E., Minina O.V., Zemlyanov A.A. Self-channeling of spatially modulated femtosecond laser beams in the post-filamentation region // Journal of the Optical Society of America B. 2022. V. 39, N 6. P. 1549-1556.
12. Гейнц Ю.Э., Землянов А.А., Минина О.В. Распространение фазомодулированных мощных фемтосекундных лазерных импульсов в воздухе в режимах самоканалирования и филаментации // Оптика атмосферы и океана. 2022. Т. 35. № 5. С. 345-355.
13. Geints Yu.E., Minina O.V. Structured Filamentation of High-Power Femtosecond Laser Radiation Modulated by Amplitude Mesh Masks // Atmospheric and Oceanic Optics. 2024. V. 37. No. 2. Р. 183–191.
14. Couairon A., Mysyrowicz A. Femtosecond filamentation in transparent media // Physics Reports. 2007. V. 441. P. 47-189.
15. Кандидов В.П., Шленов С.А., Косарева О.Г. Филаментация мощного фемтосекундного лазерного излучения // Квантовая электроника. 2009. Т. 39. № 3. С. 205-228.
16. Гейнц Ю.Э., Землянов А.А., Минина О.В. Дифракционно-лучевая оптика филаментации: I. Формализм дифракционных лучей и световых трубок // Оптика атмосф. и океана. 2018. Т. 31. № 5. С. 364-371.
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. N 3. P. 379 382.
18. 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 // Optics Communications. 2011. V. 284. № 14. P. 3601-3606.
19. Апексимов Д.В., Гейнц Ю.Э., Землянов А.А., Кабанов А.М., Матвиенко Г.Г., Ошлаков В.К. Управление характеристиками множественной филаментации фемтосекундных лазерных импульсов в воздухе // Оптика атмосферы и океана. 2019. Т. 32. № 09. С. 717-725.
20. Землянов А.А., Булыгин А.Д., Гейнц Ю.Э., Минина О.В. Динамика световых структур при филаментации фемтосекундных лазерных импульсов в воздухе // Оптика атмосферы и океана. 2016. Т. 29. № 5. С. 359-368.
