Лазерный мир

Минина О.В., Булыгин А.Д. // Журнал: Теоретические и прикладные аспекты современной науки, Номер: 8-1, Год: 2015, Страницы: 17-20

АННОТАЦИЯ:

На основе численного решения нелинейного уравнения Шредингера были получены распределения амплитудных и фазовых характеристик светового поля, которые позволили проанализировать картину филаментации мощного фемтосекундного лазерного излучения.

На сегодняшний день использование явления филаментации мощных фемтосекундных лазерных импульсов в задачах атмосферной оптики [1, 2] ограничивается из-за отсутствия точных количественных моделей, позволяющих прогнозировать распространение излучения в атмосфере.
Для решения этой проблемы в [3] была развита методология усредненных по времени дифракционных лучей. Поскольку дифракционный луч является нормалью к профилю фазы, то его можно считать формой представления фазы, и, следовательно, их использование способствует полноценному описанию картины филаментации (по сравнению только с амплитудным подходом).
Для моделирования распространения ультракороткого лазерного излучения в прозрачной среде использовалось нелинейное уравнение Шредингера (НУШ).

Для всех графиков прослеживается один и тот же характер взаимодействия частей пучка при распространении лазерного излучения. После первой фокусировки все лучи начинают расходиться, но лучи внешней части пучка поджимают лучи внутренней части к оси, что приводит к рефокусировке излучения и образованию второго фокуса. Однако к этому моменту внешняя часть пучка имеет слишком большую угловую расходимость и не может обеспечить следующую рефокусировку внутренней части пучка. В результате образование следующего фокуса не происходит, плазменный канал прекращает свое существование, а вдоль оси пучка распространяется высокоинтенсивный светового канал с малой угловой расходимостью. Важно от-метить, что энергия поступает в филамент не из всего пучка, а в основном из энергетически-пополняющей дифракционно-лучевой трубки или энергетического резервуара. А периферия пучка, слабее участвующая в энергообмене с филаментом, обеспечивает локализацию энергетического резервуара.
Кроме того во всех трех случаях на рисунке 1 на оси лазерного пучка формируются два фокуса. И хотя количество фокусов сохраняется, но расстояние между ними изменяется, что при рассмотрении их временной динамики позволяет говорить о движущихся фокусах.

Во всех случаях из каждого временного среза реализуется до трех фо-кусов, но из-за возможного низкого значения интенсивности не все эти максимумы интенсивности являются плазмообразующими. Существенное значение уровня плазмы на больших дистанциях (даже при большой максимальной интенсивности) также не всегда реализуется (рис. 2а,б).
Из анализа рисунка 2 можно сделать вывод, что дисперсия вместе с дифракцией ограничивает скорость роста интенсивности, обусловленную не-линейными механизмами, приводит к уменьшению максимальной интенсивности и длины области филаментации. При отсутствии дисперсии, но при учѐте инерционности (рис. 2б) из каждого среза по времени один лишь первый фокус дает существенный вклад в плазмообразование. Наличие же дисперсии (рис. 2в,г) разрушает этот сценарий, поскольку она приводит к дроблению профиля интенсивности по временной координате, и вклад в плазмообразование начинают вносить уже повторные фокусы из временных срезов, расположенных вблизи центрального среза.
Таким образом, амплитудно-фазовая картина филаментации мощного фемтосекундного лазерного излучения способствует пониманию физики процесса, а в дальнейшем позволит сделать и количественные оценки.

Полное содержание статьи: http://elibrary.ru/item.asp?id=23091171