Recentemente, un gruppo di ricerca dello State Key Laboratory of Strong-Field Laser Physics,Istituto di ottica e macchinari di precisione di Shanghai, Accademia cinese delle scienze, ha scoperto il fenomeno secondo cui maggiore è la frequenza di ripetizione del laser, maggiore è l'intensità ottica del filamento nel processo di filamentazione laser a femtosecondi su scala mJ ad alta frequenza e filamentazione atmosferica, e ha proposto una filamentazione atmosferica laser a femtosecondi effetto di accumulo di impulsi basato sul "buco a bassa densità". Viene presentata un'immagine fisica dell'effetto di accumulazione dell'impulso di filamentazione atmosferica basato su "buchi a bassa densità". Il documento relativo è stato pubblicato inScienza e ingegneria dei laser ad alta potenza.
Con il rapido sviluppo di laser a femtosecondi ad alta frequenza kHz e persino 100kHz, la filamentazione atmosferica laser a femtosecondi ad alta frequenza offre opportunità senza precedenti per l'elaborazione laser, la comunicazione che perfora la nebbia, la generazione di pioggia di nuvole laser, fulmini laser e altre applicazioni . A causa del rilassamento fototermico su scala di millisecondi delle molecole d'aria, l'effetto di accumulo di impulsi durante la filamentazione atmosferica dei laser a femtosecondi ad alta frequenza è inevitabile e una comprensione approfondita dell'impatto dell'effetto di accumulo di impulsi sul processo del laser ad alta frequenza la filamentazione è la chiave per l'ulteriore sviluppo delle nuove applicazioni della filamentazione atmosferica laser. Concentrandosi sulle questioni chiave di cui sopra, il team di ricerca ha effettuato la filamentazione atmosferica utilizzando un laser a femtosecondi con una frequenza pesante fino a 100 kHz e un'energia di impulso di 0,4 mJ. Il team di ricerca ha scoperto che più lungo è il filamento alla frequenza più alta, più debole è la fluorescenza di un singolo impulso, più forte è la terza armonica indotta dal filamento e la soglia della rottura della scarica ad alta tensione indotta è ridotto, e il meccanismo fisico del canale d'aria ad alta frequenza a bassa densità viene inizialmente proposto attraverso l'effetto cumulativo dell'impulso ［(A). Advanced Photonics Research 4, 2200338 (2023)].
In questo lavoro, i ricercatori hanno calcolato il processo di filamentazione di un singolo impulso laser a femtosecondi mediante simulazione numerica, ottenuto la distribuzione spaziale della densità del plasma del filamento, calcolato il calore di complessità del plasma in base alla densità del plasma e combinato con la conduzione del calore equazione per ottenere i "buchi a bassa densità" indotti dal filamento a diverse frequenze di ripetizione. I coefficienti di correlazione dell'equazione di simulazione numerica per la trasmissione non lineare di impulsi laser a femtosecondi vengono corretti dai "buchi a bassa densità" per ottenere i risultati di formazione del filamento di impulsi laser con diverse frequenze di ripetizione e il fenomeno che l'intensità di formazione del filamento di le atmosfere laser intense al femtosecondo aumentano con l'aumentare della frequenza di ripetizione. Misurando la fluorescenza delle molecole di azoto e degli ioni di azoto indotti dal filamento per caratterizzare l'intensità della luce all'interno del filamento, gli esperimenti hanno confermato l'aspettativa teorica e spiegato con successo la regola di variazione dell'intensità della luce all'interno del filamento atmosferico indotta da impulsi laser a femtosecondi con diversa ripetizione frequenze, che hanno fornito una base scientifica affidabile per la comprensione approfondita della filamentazione atmosferica dei laser a femtosecondi ad alta frequenza di ripetizione e lo sviluppo delle loro nuove applicazioni.
Questo lavoro è supportato dalla National Natural Science Foundation of China, dal Programma chiave di cooperazione internazionale dell'Accademia cinese delle scienze e dal Programma di scienza e tecnologia della municipalità di Shanghai.
Fig. 1 Calcoli teorici dell'evoluzione spaziale dell'intensità di formazione del filamento atmosferico del laser a femtosecondi ad alta frequenza a 100 Hz e 1000 Hz per diverse energie di impulso: (a) 0,1 mJ, (b) 0,2 mJ, (c) 0,7 mJ e (d) 1,2 mJ.
Fig. 2 Risultati sperimentali della variazione dell'intensità media della trasmissione non lineare del laser a frequenza elevata di 100 Hz e 1000 Hz con l'energia dell'impulso laser (a) e della variazione dell'intensità della luce all'interno del filamento con la frequenza elevata del laser a un'energia dell'impulso laser di 1,2 mJ (b) . (c) e (d) sono i corrispondenti risultati della simulazione numerica. (e) Distribuzione della densità delle molecole d'aria nella regione a bassa densità a diverse frequenze di ripetizione.
