A közelmúltban a State Key Laboratory of Strong-Field Laser Physics kutatócsoportja,Shanghai Optikai és Precíziós Gépészeti Intézet, a Kínai Tudományos Akadémia felfedezte azt a jelenséget, hogy minél magasabb a lézer ismétlési frekvenciája, annál nagyobb az izzószál optikai intenzitása a nagyfrekvenciás mJ-skálájú femtoszekundumos lézerszálképzés és atmoszférikus filamentáció folyamatában, és előterjesztett egy femtoszekundumos lézer atmoszférikus filamentációt. impulzus-akkumulációs hatás az "alacsony sűrűségű lyukon" alapul. Az atmoszférikus filamentációs impulzus-akkumulációs hatás fizikai képe az "alacsony sűrűségű lyukakon" alapul. A kapcsolódó cikk ben jelent megNagy teljesítményű lézertudomány és mérnöki tudomány.
A kHz-es, sőt az 100kHz-es nagyfrekvenciás femtoszekundumos lézerek gyors fejlődésével a nagyfrekvenciás femtoszekundumos lézeres atmoszférikus filamentáció példátlan lehetőségeket kínál a lézeres feldolgozáshoz, a köd-átszúró kommunikációhoz, a lézeres felhőgeneráláshoz, a lézervillámhoz és más alkalmazásokhoz. . A levegőmolekulák ezredmásodperces fototermikus relaxációja miatt a nagyfrekvenciás femtoszekundumos lézerek légköri filamentációja során elkerülhetetlen az impulzus-akkumulációs hatás, valamint az impulzusakkumulációs hatás nagyfrekvenciás lézeres folyamatra gyakorolt hatásának mélyreható megértése. a filamentáció a kulcsa a lézeres atmoszférikus filamentáció új alkalmazásainak továbbfejlesztésének. A fenti kulcsfontosságú kérdésekre összpontosítva a kutatócsoport atmoszférikus filamentációt hajtott végre femtoszekundumos lézerrel, akár 100 kHz-ig terjedő nagyfrekvenciával és 0,4 mJ impulzusenergiával. A kutatócsoport azt találta, hogy minél hosszabb az izzószál a nagyobb nehézfrekvencián, annál gyengébb az egyetlen impulzus fluoreszcenciája, annál erősebb az izzószál által indukált harmadik harmonikus, és annál nagyobb az indukált nagyfeszültségű kisülési meghibásodás küszöbe. csökkent, és a nagy-nehézfrekvenciás légcsatorna fizikai mechanizmusát alacsony sűrűségnél kezdetben az impulzus kumulatív effektus ［(A) javasolja. Advanced Photonics Research 4, 2200338 (2023)].
Ebben a munkában a kutatók numerikus szimulációval kiszámították egyetlen femtoszekundumos lézerimpulzus filamentációs folyamatát, meghatározták az izzószál plazmasűrűségének térbeli eloszlását, a plazmasűrűség alapján kiszámították a plazma komplexitáshőjét, és kombinálták a hővezetéssel. egyenlet, hogy megkapjuk az izzószál által különböző ismétlési frekvenciákon előidézett "kis sűrűségű lyukakat". A femtoszekundumos lézerimpulzusok nemlineáris átvitelére vonatkozó numerikus szimulációs egyenlet korrelációs együtthatóit az "alacsony sűrűségű lyukak" korrigálják, hogy megkapják a különböző ismétlési frekvenciájú lézerimpulzusok filamentumképző eredményeit, valamint azt a jelenséget, hogy a filamentumképző intenzitás A femtoszekundumos intenzív lézer atmoszféra az ismétlési gyakoriság növekedésével nő. Az izzószál által indukált nitrogénmolekulák és nitrogén-ionok fluoreszcenciájának mérésével az izzószálon belüli fényintenzitás jellemzésére a kísérletek megerősítették az elméleti várakozást, és sikeresen megmagyarázták a femtoszekundumos lézerimpulzusok által indukált atmoszférikus filamenten belüli fényintenzitás változási szabályát. frekvenciák, amelyek megbízható tudományos alapot nyújtottak a nagy ismétlődő frekvenciájú femtoszekundumos lézerek atmoszférikus filamentációjának mélyreható megértéséhez és új alkalmazásaik fejlesztéséhez.
Ezt a munkát a Kínai Nemzeti Természettudományi Alapítvány, a Kínai Tudományos Akadémia kulcsfontosságú nemzetközi együttműködési programja és a sanghaji önkormányzat tudományos és technológiai programja támogatja.
1. ábra A nagyfrekvenciás femtoszekundumos lézer atmoszférikus filamentumképző intenzitásának térbeli alakulásának elméleti számításai 100 Hz-en és 1000 Hz-en különböző impulzusenergiák esetén: (a) 0,1 mJ, (b) 0,2 mJ, (c) 0,7 mJ és (d) 1,2 mJ.
2. ábra A 100 Hz-es és 1000 Hz-es nagyfrekvenciás lézeres nemlineáris átvitel átlagos intenzitásváltozásának kísérleti eredményei lézerimpulzus-energiával (a) és az izzószálon belüli fényintenzitás-változással nagyfrekvenciás lézerrel 1,2 mJ lézerimpulzus-energiánál (b) . (c) és (d) a megfelelő numerikus szimulációs eredmények. (e) A levegőmolekulák sűrűségeloszlása az alacsony sűrűségű régióban különböző ismétlési frekvenciákon.
