Recientemente, un equipo de investigación del State Key Laboratory of Strong-Field Laser Physics,Instituto de Óptica y Maquinaria de Precisión de Shanghai, Academia de Ciencias de China, descubrió el fenómeno de que cuanto mayor es la frecuencia de repetición del láser, mayor es la intensidad óptica del filamento en el proceso de filamentación láser de femtosegundo de escala mJ de alta frecuencia y filamentación atmosférica, y presentó una filamentación atmosférica de láser de femtosegundo efecto de acumulación de pulso basado en el "agujero de baja densidad". Se presenta una imagen física del efecto de acumulación de pulsos de filamentación atmosférica basada en "agujeros de baja densidad". El artículo relacionado fue publicado enCiencia e ingeniería láser de alta potencia.
Con el rápido desarrollo de los láseres de femtosegundo de alta frecuencia de kHz e incluso de 100kHz, la filamentación atmosférica con láser de femtosegundo de alta frecuencia brinda oportunidades sin precedentes para el procesamiento láser, la comunicación que perfora la niebla, la generación de lluvia de nubes láser, los rayos láser y otras aplicaciones. . Debido a la relajación fototérmica de escala de milisegundos de las moléculas de aire, el efecto de acumulación de pulsos durante la filamentación atmosférica de los láseres de femtosegundos de alta frecuencia es inevitable, y una comprensión profunda del impacto del efecto de acumulación de pulsos en el proceso de láser de alta frecuencia La filamentación es la clave para un mayor desarrollo de las nuevas aplicaciones de la filamentación atmosférica por láser. Centrándose en las cuestiones clave anteriores, el equipo de investigación ha llevado a cabo la filamentación atmosférica utilizando un láser de femtosegundo con una frecuencia intensa de hasta 100 kHz y una energía de pulso de 0,4 mJ. El equipo de investigación descubrió que cuanto más largo es el filamento a la frecuencia pesada más alta, más débil es la fluorescencia de un solo pulso, más fuerte es el tercer armónico inducido por el filamento y el umbral de la ruptura de descarga de alto voltaje inducida es reducido, y el mecanismo físico del canal de aire de alta frecuencia y baja densidad se propone inicialmente a través del efecto acumulativo de pulso ［(A). Investigación de fotónica avanzada 4, 2200338 (2023)].
En este trabajo, los investigadores calcularon el proceso de filamentación de un solo pulso láser de femtosegundo mediante simulación numérica, obtuvieron la distribución espacial de la densidad del plasma del filamento, calcularon el calor de complejidad del plasma en función de la densidad del plasma y lo combinaron con la conducción de calor. ecuación para obtener los "agujeros de baja densidad" inducidos por el filamento a diferentes frecuencias de repetición. Los coeficientes de correlación de la ecuación de simulación numérica para la transmisión no lineal de pulsos láser de femtosegundos se corrigen mediante los "agujeros de baja densidad" para obtener los resultados de formación de filamentos de pulsos láser con diferentes frecuencias de repetición, y el fenómeno de que la intensidad de formación de filamentos de Se encuentra que las atmósferas láser intensas de femtosegundos aumentan con el aumento de la frecuencia de repetición. Al medir la fluorescencia de las moléculas de nitrógeno y los iones de nitrógeno inducidos por el filamento para caracterizar la intensidad de la luz dentro del filamento, los experimentos confirmaron la expectativa teórica y explicaron con éxito la regla de variación de la intensidad de la luz dentro del filamento atmosférico inducida por pulsos de láser de femtosegundos con diferente repetición. frecuencias, que proporcionaron una base científica fiable para comprender en profundidad la filamentación atmosférica de los láseres de femtosegundos de alta frecuencia de repetición y el desarrollo de sus nuevas aplicaciones.
Este trabajo cuenta con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, el Programa Clave de Cooperación Internacional de la Academia de Ciencias de China y el Programa de Ciencia y Tecnología del Municipio de Shanghai.
Fig. 1 Cálculos teóricos de la evolución espacial de la intensidad de formación de filamentos atmosféricos del láser de femtosegundos de alta frecuencia a 100 Hz y 1000 Hz para diferentes energías de pulso: (a) 0,1 mJ, (b) 0,2 mJ, (c) 0,7 mJ y (d) 1,2 mJ.
Fig. 2 Resultados experimentales de la variación de intensidad promedio de transmisión no lineal de láser de alta frecuencia de 100 Hz y 1000 Hz con energía de pulso láser (a) y la variación de la intensidad de la luz dentro del filamento con láser de alta frecuencia a una energía de pulso láser de 1,2 mJ (b) . (c) y (d) son los resultados de simulación numérica correspondientes. ( e ) Distribución de la densidad de las moléculas de aire en la región de baja densidad a diferentes frecuencias de repetición.
