Hiljuti osales tugeva väljaga laserfüüsika riikliku võtmelabori uurimisrühm,Shanghai optika- ja täppismasinate instituut, Hiina Teaduste Akadeemia, avastas nähtuse, et mida kõrgem on laseri kordussagedus, seda suurem on hõõgniidi optiline intensiivsus kõrgsagedusliku mJ-skaala femtosekundilise laserfilamentatsiooni ja atmosfääri filamentatsiooni protsessis, ning pakkus välja femtosekundilise laseri atmosfääri filamentatsiooni. impulsi akumulatsiooniefekt, mis põhineb "madala tihedusega augul". Esitatakse "madala tihedusega aukudel" põhineva atmosfääri filamentatsiooniimpulsi akumulatsiooniefekti füüsiline pilt. Seotud artikkel avaldati aastalSuure võimsusega laseriteadus ja tehnika.
Tänu kHz ja isegi 100 kHz kõrgsageduslike femtosekundiliste laserite kiirele arengule pakub kõrgsageduslik femtosekundiline laseri atmosfäärifilamentatsioon enneolematuid võimalusi lasertöötluseks, udu läbistavaks sideks, laserpilvede genereerimiseks, laservälgutamiseks ja muudeks rakendusteks. . Õhumolekulide millisekunditelise fototermilise lõdvestuse tõttu on kõrgsageduslike femtosekundiliste laserite atmosfääri filamentatsiooni ajal vältimatu impulsi akumulatsiooni efekt ja põhjalik mõistmine impulsi akumuleerumisefekti mõjust kõrgsageduslaseri protsessile. hõõgniit on laseratmosfääri filamentatsiooni uute rakenduste edasiarendamise võti. Ülaltoodud võtmeküsimustele keskendudes on uurimisrühm läbi viinud atmosfääri filamentatsiooni, kasutades femtosekundilist laserit, mille sagedus on kuni 100 kHz ja impulsienergia 0,4 mJ. Uurimisrühm on leidnud, et mida pikem on hõõgniit kõrgemal raskel sagedusel, seda nõrgem on üksiku impulsi fluorestsents, seda tugevam on hõõgniidi poolt indutseeritud kolmas harmooniline ja indutseeritud kõrgepingelahenduse katkemise lävi on vähenenud ja madala tihedusega kõrgsagedusliku õhukanali füüsikalist mehhanismi pakutakse esialgu impulsi kumulatiivse efekti ［(A) kaudu. Advanced Photonics Research 4, 2200338 (2023)].
Selles töös arvutasid teadlased numbrilise simulatsiooni abil ühe femtosekundilise laserimpulsi filamentatsiooniprotsessi, leidsid hõõgniidi plasmatiheduse ruumilise jaotuse, arvutasid plasma keerukuse soojuse plasma tiheduse põhjal ja kombineerisid soojusjuhtivusega. võrrand, et saada hõõgniidi poolt erinevatel kordussagedustel tekitatud "madala tihedusega augud". Femtosekundiliste laserimpulsside mittelineaarse ülekande arvulise simulatsiooni võrrandi korrelatsioonikoefitsiente korrigeeritakse "madala tihedusega aukude" abil, et saada erineva kordussagedusega laserimpulsside filamenti moodustamise tulemused ja nähtus, et filamenti moodustav intensiivsus femtosekundi intensiivne laseri atmosfäär suureneb koos korduste sageduse suurenemisega. Mõõtes hõõgniidi poolt indutseeritud lämmastikumolekulide ja lämmastikuioonide fluorestsentsi, et iseloomustada hõõgniidi sees valguse intensiivsust, kinnitasid katsed teoreetilist ootust ja selgitasid edukalt erinevate femtosekundiliste laserimpulssidega indutseeritud valguse intensiivsuse variatsioonireeglit atmosfäärihõõgniidi sees. sagedused, mis andsid usaldusväärse teadusliku aluse kõrgsageduslike femtosekundiliste laserite atmosfääri filamentatsiooni põhjalikuks mõistmiseks ja nende uute rakenduste väljatöötamiseks.
Seda tööd toetavad Hiina Riiklik Loodusteaduste Fond, Hiina Teaduste Akadeemia rahvusvahelise koostöö põhiprogramm ning Shanghai omavalitsuse teadus- ja tehnoloogiaprogramm.
Joonis 1. Raske sagedusega femtosekundilise laseri atmosfääri filamentide moodustamise intensiivsuse ruumilise arengu teoreetilised arvutused sagedustel 100 Hz ja 1000 Hz erinevate impulsienergiate korral: (a) 0,1 mJ, (b) 0,2 mJ, (c) 0,7 mJ ja (d) 1,2 mJ.
Joonis 2 100 Hz ja 1000 Hz raskesagedusliku laseri mittelineaarse ülekande keskmise intensiivsuse varieerumise katsetulemused laserimpulsi energiaga (a) ja hõõgniidi sees valguse intensiivsuse kõikumisega laseri raskesagedusega laserimpulsi energial 1,2 mJ (b) . (c) ja (d) on vastavad numbrilise simulatsiooni tulemused. (e) Õhumolekulide tiheduse jaotus madala tihedusega piirkonnas erinevatel kordussagedustel.
