Nedávno výzkumný tým ze Státní klíčové laboratoře fyziky silného laseru,Šanghajský institut optiky a přesných strojů, Čínská akademie věd objevil fenomén, že čím vyšší je opakovací frekvence laseru, tím vyšší je optická intenzita vlákna v procesu vysokofrekvenční filamentace femtosekundovým laserem a atmosférické filamentace v měřítku mJ, a navrhla atmosferickou filamentaci femtosekundového laseru. efekt akumulace pulsů založený na „díře s nízkou hustotou“. Je prezentován fyzický obraz efektu akumulace pulzů atmosférické filamentace založeného na "díry s nízkou hustotou". Související článek byl zveřejněn vVěda a inženýrství vysoce výkonného laseru.
S rychlým rozvojem kHz a dokonce 1{9}}0kHz vysokofrekvenčních femtosekundových laserů poskytuje vysokofrekvenční femtosekundová laserová atmosferická filamentace bezprecedentní příležitosti pro laserové zpracování, komunikaci prorážející mlhu, generování laserového deště, laserové blesky a další aplikace . Vzhledem k fototermální relaxaci molekul vzduchu v milisekundovém měřítku je efekt akumulace pulsů během atmosférické filamentace vysokofrekvenčních femtosekundových laserů nevyhnutelný a důkladné pochopení dopadu efektu akumulace pulsů na proces vysokofrekvenčního laseru. filamentace je klíčem k dalšímu rozvoji nových aplikací laserové atmosférické filamentace. Výzkumný tým se zaměřil na výše uvedené klíčové problémy a provedl atmosférickou filamentaci pomocí femtosekundového laseru s vysokou frekvencí až 100 kHz a energií pulsu 0,4 mJ. Výzkumný tým zjistil, že čím delší je vlákno na vyšší vysoké frekvenci, tím slabší je fluorescence jednotlivého pulzu, tím silnější je třetí harmonická indukovaná vláknem a práh indukovaného průrazu vysokonapěťovým výbojem je vyšší. snížena a fyzikální mechanismus vysokofrekvenčního vzduchového kanálu při nízké hustotě je zpočátku navržen prostřednictvím pulzního kumulativního efektu ［(A). Advanced Photonics Research 4, 2200338 (2023)].
V této práci výzkumníci vypočítali proces filamentace jednoho femtosekundového laserového pulzu pomocí numerické simulace, získali prostorovou distribuci hustoty plazmatu vlákna, vypočítali teplo složitosti plazmatu na základě hustoty plazmatu a kombinovali s vedením tepla rovnice pro získání "děr s nízkou hustotou" indukovaných vláknem při různých opakovacích frekvencích. Korelační koeficienty numerické simulační rovnice pro nelineární přenos femtosekundových laserových pulsů jsou korigovány „otvory s nízkou hustotou“, aby se získaly výsledky tvorby vláken laserových pulzů s různými opakovacími frekvencemi a jev, že intenzita tvorby vlákna Femtosekundová intenzivní laserová atmosféra se zvyšuje se zvýšením opakovací frekvence. Měřením fluorescence molekul dusíku a dusíkových iontů indukovaných vláknem pro charakterizaci intenzity světla uvnitř vlákna experimenty potvrdily teoretická očekávání a úspěšně vysvětlily pravidlo variace intenzity světla uvnitř atmosférického vlákna indukované pulzy femtosekundového laseru s různým opakováním. frekvencí, které poskytly spolehlivý vědecký základ pro hloubkové pochopení atmosférické filamentace vysokofrekvenčních femtosekundových laserů a vývoj jejich nových aplikací.
Tato práce je podporována Národní nadací pro přírodní vědy Číny, Klíčovým programem mezinárodní spolupráce Čínské akademie věd a Programem vědy a technologie magistrátu Šanghaje.
Obr. 1 Teoretické výpočty prostorového vývoje intenzity atmosférického vlákna tvořícího vlákna vysokofrekvenčního femtosekundového laseru při 100 Hz a 10}00 Hz pro různé energie pulzu: Obr. (a) 0,1 mJ, (b) 0,2 mJ, (c) 0,7 mJ a (d) 1,2 mJ.
Obr. 2 Experimentální výsledky změn průměrné intenzity nelineárního přenosu vysokofrekvenčního laseru 100 Hz a 1000 Hz s energií laserového pulsu (a) a změnou intenzity světla uvnitř vlákna s vysokou frekvencí laseru při energii laserového pulsu 1,2 mJ (b) Obr. . (c) ad) jsou odpovídající výsledky numerické simulace. (e) Rozložení hustoty molekul vzduchu v oblasti s nízkou hustotou při různých opakovacích frekvencích.
