Recent, o echipă de cercetare de la Laboratorul cheie de stat de fizică laser cu câmp puternic,Institutul de Optică și Mașini de Precizie din Shanghai, Academia Chineză de Științe, a descoperit fenomenul că, cu cât frecvența de repetiție a laserului este mai mare, cu atât este mai mare intensitatea optică a filamentului în procesul de filamentare laser femtosecundă la scară mJ de înaltă frecvență și filamentare atmosferică și a propus o filamentare atmosferică laser femtosecundă. efect de acumulare a pulsului bazat pe „gaura de densitate scăzută”. Este prezentată o imagine fizică a efectului de acumulare a pulsului de filamentare atmosferică bazată pe „găuri de densitate scăzută”. Lucrarea aferentă a fost publicată înȘtiință și inginerie laser de mare putere.
Odată cu dezvoltarea rapidă a laserelor femtosecunde de înaltă frecvență kHz și chiar de 100kHz, filamentarea atmosferică cu laser de femtosecundă de înaltă frecvență oferă oportunități fără precedent pentru procesarea laser, comunicarea străpungătoare de ceață, generarea de ploaie cu nori laser, fulgere cu laser și alte aplicații . Datorită relaxării fototermale la scară de milisecunde a moleculelor de aer, efectul de acumulare a pulsului în timpul filamentării atmosferice a laserelor femtosecunde de înaltă frecvență este inevitabil și o înțelegere aprofundată a impactului efectului de acumulare a pulsului asupra procesului de laser de înaltă frecvență. filamentarea este cheia dezvoltării ulterioare a noilor aplicații ale filamentării atmosferice cu laser. Concentrându-se pe problemele cheie de mai sus, echipa de cercetare a efectuat filamentarea atmosferică folosind un laser femtosecundă cu o frecvență mare de până la 100 kHz și o energie a impulsului de 0,4 mJ. Echipa de cercetare a descoperit că, cu cât filamentul este mai lung la frecvența grea mai mare, cu atât fluorescența unui singur impuls este mai slabă, cu atât a treia armonică indusă de filament este mai puternică, iar pragul de defalcare indusă de înaltă tensiune este mai mare. redus, iar mecanismul fizic al canalului de aer de înaltă frecvență grea la o densitate scăzută este propus inițial prin efectul cumulativ al impulsului ［(A). Advanced Photonics Research 4, 2200338 (2023)].
În această lucrare, cercetătorii au calculat prin simulare numerică procesul de filamentare a unui singur impuls laser de femtosecundă, au obținut distribuția spațială a densității plasmei filamentului, au calculat căldura de complexitate a plasmei pe baza densității plasmei și combinată cu conducerea căldurii. ecuație pentru a obține „găurile de densitate scăzută” induse de filament la frecvențe de repetiție diferite. Coeficienții de corelație ai ecuației de simulare numerică pentru transmisia neliniară a impulsurilor laser de femtosecunde sunt corectați de „găurile de densitate scăzută” pentru a obține rezultatele de formare a filamentului ale impulsurilor laser cu frecvențe de repetiție diferite și fenomenul că intensitatea de formare a filamentului a atmosferele laser intense de femtosecundă crește odată cu creșterea frecvenței de repetare. Măsurând fluorescența moleculelor de azot și a ionilor de azot induși de filament pentru a caracteriza intensitatea luminii din interiorul filamentului, experimentele au confirmat așteptările teoretice și au explicat cu succes regula de variație a intensității luminii în interiorul filamentului atmosferic indusă de impulsurile laser de femtosecundă cu repetare diferită. frecvențe, care au oferit o bază științifică de încredere pentru înțelegerea aprofundată a filamentării atmosferice a laserelor femtosecunde cu frecvență înaltă de repetare și pentru dezvoltarea noilor lor aplicații.
Această lucrare este susținută de Fundația Națională de Științe Naturale din China, Programul Cheie de Cooperare Internațională al Academiei Chineze de Științe și Programul de Știință și Tehnologie al Municipalității Shanghai.
Fig. 1 Calcule teoretice ale evoluției spațiale a intensității atmosferice de formare a filamentului a laserului femtosecunde de frecvență mare la 100 Hz și 1000 Hz pentru diferite energii de impuls: (a) 0,1 mJ, (b) 0,2 mJ, (c) 0,7 mJ și (d) 1,2 mJ.
Fig. 2 Rezultate experimentale ale variației medii a intensității transmisiei neliniare cu laser cu frecvență mare de 100 Hz și 1000 Hz cu energia pulsului laser (a) și variația intensității luminii în interiorul filamentului cu frecvență grea laser la o energie a impulsului laser de 1,2 mJ (b) . (c) și (d) sunt rezultatele simulare numerice corespunzătoare. (e) Distribuția densității moleculelor de aer în regiunea cu densitate scăzută la diferite frecvențe de repetiție.
