Недавно группа исследователей из Государственной ключевой лаборатории лазерной физики сильного поля,Шанхайский институт оптики и точного машиностроения, Китайская академия наук, обнаружила явление, заключающееся в том, что чем выше частота повторения лазера, тем выше оптическая интенсивность нити в процессе высокочастотной фемтосекундной лазерной филаментации масштаба мДж и атмосферной филаментации, и выдвинула идею фемтосекундной лазерной филаментации в атмосфере. эффект накопления импульсов на основе «дыры низкой плотности». Представлен физический образ эффекта накопления импульсов атмосферной филаментации на основе «дырок низкой плотности». Соответствующая статья была опубликована вЛазерная наука и техника высокой мощности.
Благодаря быстрому развитию высокочастотных фемтосекундных лазеров с частотой 100 кГц, высокочастотная фемтосекундная лазерная филаментация в атмосфере открывает беспрецедентные возможности для лазерной обработки, противотуманной связи, создания лазерного облачного дождя, лазерной молнии и других приложений. . Из-за миллисекундной фототермической релаксации молекул воздуха эффект накопления импульсов при атмосферной филаментации высокочастотных фемтосекундных лазеров неизбежен, и глубокое понимание влияния эффекта накопления импульсов на процесс высокочастотного лазера филаментация является ключом к дальнейшему развитию новых приложений лазерной атмосферной филаментации. Сосредоточившись на вышеуказанных ключевых проблемах, исследовательская группа провела филаментацию атмосферы с помощью фемтосекундного лазера с высокой частотой до 100 кГц и энергией в импульсе 0,4 мДж. Исследовательская группа обнаружила, что чем дольше нить находится на более высокой тяжелой частоте, тем слабее флуоресценция одиночного импульса, тем сильнее третья гармоника, индуцируемая нитью, и тем выше порог индуцированного пробоя высоковольтного разряда. уменьшены, а физический механизм высокочастотного воздушного канала при малой плотности первоначально предлагается через импульсный кумулятивный эффект ［(А). Advanced Photonics Research 4, 2200338 (2023)].
В этой работе исследователи рассчитали процесс филаментации одиночного фемтосекундного лазерного импульса с помощью численного моделирования, получили пространственное распределение плотности плазмы филамента, рассчитали теплоту сложности плазмы на основе плотности плазмы и в сочетании с теплопроводностью. уравнение для получения «дырок с низкой плотностью», индуцированных нитью на разных частотах повторения. Корреляционные коэффициенты уравнения численного моделирования для нелинейной передачи фемтосекундных лазерных импульсов корректируются с помощью «дырок с низкой плотностью» для получения результатов формирования филамента лазерных импульсов с различными частотами повторения и явления, заключающегося в том, что интенсивность формирования филамента Установлено, что фемтосекундные интенсивные лазерные атмосферы увеличиваются с увеличением частоты повторения. Измеряя индуцированную нитью флуоресценцию молекул азота и ионов азота для характеристики интенсивности света внутри нити, эксперименты подтвердили теоретическое ожидание и успешно объяснили закон изменения интенсивности света внутри атмосферной нити, индуцированной фемтосекундными лазерными импульсами с различной периодичностью. частотах, что обеспечило надежную научную основу для глубокого понимания атмосферной филаментации высокочастотных фемтосекундных лазеров и разработки их новых приложений.
Эта работа поддерживается Национальным фондом естественных наук Китая, Ключевой программой международного сотрудничества Китайской академии наук и Научно-технической программой муниципалитета Шанхая.
Рис. 1. Теоретические расчеты пространственной эволюции атмосферной филаментообразующей интенсивности высокочастотного фемтосекундного лазера на частотах 1{5}}0 Гц и 1000 Гц для различных энергий импульса: (а) 0,1 мДж, (б) 0,2 мДж, (в) 0,7 мДж и (г) 1,2 мДж.
Рис. 2 Экспериментальные результаты изменения средней интенсивности нелинейного пропускания высокочастотного лазера 100 Гц и 1000 Гц в зависимости от энергии лазерного импульса (а) и изменения интенсивности света внутри нити накаливания лазером высокой частоты при энергии лазерного импульса 1,2 мДж (б) . (c) и (d) – соответствующие результаты численного моделирования. (e) Распределение плотности молекул воздуха в области пониженной плотности при различных частотах повторения.
