Многофокусная филаментация мощных фемтосекундных лазерных импульсов в сжатых газах. Численное моделирование

Аннотация: Представлены результаты численного моделирования распространения мощного ультракороткого лазерного излучения в режимах самофокусировки, филаментации и постфиламентационного каналирования в воздухе при варьировании давления в среде распространения. Последний из перечисленных режимов интересен с точки зрения образования высокоинтенсивных слаборасходящихся световых каналов – постфиламентов. Моделирование проводилось на основе редуцированного (интегрированного по времени) нелинейного уравнения Шредингера для огибающей оптического поля. Рассматривалось распространение мощных фемтосекундных импульсов титан-сапфирового лазера в условиях изменения давления воздуха. При проведении исследований использовались законы масштабирования, которые устанавливают связь между давлением в среде распространения и начальными параметрами мощных ультракоротких лазерных импульсов. В ходе работы были рассмотрены условия формирования нелинейного фокуса при самофокусировке фемтосекундных лазерных импульсов и образование области филаментации на реальных атмосферных трассах протяженностью в сотни метров. Детально изучено формирование многофокусной структуры области филаментации, которое особенно наглядно проявляется в условиях варьирования давления в среде распространения. Полученные результаты расширяют понимание сложной и многофакторной динамики филаментации мощного ультракороткого лазерного излучения на протяженных трассах, а также показывают перспективные направления для оптимизации и расширения спектра приложений, основанных на этом явлении. К их числу относятся дистанционная диагностика компонент атмосферы и доставка энергии на протяженных трассах.

Ключевые слова: ультракороткое лазерное излучение, нелинейный фокус, структура лазерного пучка, самофокусировка, филаментация, сжатый газ.