Recentment, un equip d'investigació del Laboratori Clau Estatal de Física làser de camp fort,Institut d'Òptica i Maquinària de Precisió de Xangai, Acadèmia Xinesa de Ciències, va descobrir el fenomen que com més gran és la freqüència de repetició del làser, més gran és la intensitat òptica del filament en el procés de filamentació làser femtosegon d'escala mJ d'alta freqüència i filamentació atmosfèrica, i va proposar una filamentació atmosfèrica làser de femtosegon. efecte d'acumulació de pols basat en el "forat de baixa densitat". Es presenta una imatge física de l'efecte d'acumulació de pols de filamentació atmosfèrica basat en "forats de baixa densitat". El document relacionat es va publicar aCiència i enginyeria làser d'alta potència.
Amb el ràpid desenvolupament dels làsers de femtosegon d'alta freqüència de kHz i fins i tot d'100kHz, la filamentació atmosfèrica làser de femtosegon d'alta freqüència ofereix oportunitats sense precedents per al processament làser, la comunicació per perforar la boira, la generació de pluja de núvol làser, llamps làser i altres aplicacions. . A causa de la relaxació fototèrmica a escala de mil·lisegons de les molècules d'aire, l'efecte d'acumulació de pols durant la filamentació atmosfèrica dels làsers de femtosegons d'alta freqüència és inevitable, i una comprensió a fons de l'impacte de l'efecte d'acumulació de polsos en el procés del làser d'alta freqüència. La filamentació és la clau per al desenvolupament posterior de les noves aplicacions de la filamentació atmosfèrica làser. Centrant-se en els problemes clau anteriors, l'equip d'investigació ha dut a terme la filamentació atmosfèrica mitjançant un làser de femtosegon amb una freqüència elevada de fins a 100 kHz i una energia de pols de 0,4 mJ. L'equip d'investigació ha descobert que com més temps és el filament a la freqüència més alta, més feble és la fluorescència d'un sol pols, més fort és el tercer harmònic induït pel filament i el llindar de la ruptura de la descàrrega d'alta tensió induïda és reduït, i el mecanisme físic del canal d'aire d'alta freqüència a una densitat baixa es proposa inicialment mitjançant l'efecte acumulatiu de pols ［(A). Advanced Photonics Research 4, 2200338 (2023)].
En aquest treball, els investigadors van calcular el procés de filamentació d'un pols làser de femtosegon únic mitjançant simulació numèrica, van obtenir la distribució espacial de la densitat del plasma del filament, van calcular la calor de complexitat del plasma en funció de la densitat del plasma i es van combinar amb la conducció de calor. equació per obtenir els "forats de baixa densitat" induïts pel filament a diferents freqüències de repetició. Els coeficients de correlació de l'equació de simulació numèrica per a la transmissió no lineal de polsos làser de femtosegons es corregeixen mitjançant els "forats de baixa densitat" per obtenir els resultats de formació de filaments de polsos làser amb diferents freqüències de repetició, i el fenomen que la intensitat de formació de filaments de Les atmosferes làser intenses de femtosegons augmenten amb l'augment de la freqüència de repetició es troba. Mitjançant la mesura de la fluorescència de les molècules de nitrogen i els ions de nitrogen induïts pel filament per caracteritzar la intensitat de la llum dins del filament, els experiments van confirmar l'expectativa teòrica i van explicar amb èxit la regla de variació de la intensitat de la llum dins del filament atmosfèric induïda per polsos làser de femtosegons amb diferents repeticions. freqüències, que van proporcionar una base científica fiable per a la comprensió en profunditat de la filamentació atmosfèrica dels làsers de femtosegons d'alta freqüència de repetició i el desenvolupament de les seves noves aplicacions.
Aquest treball compta amb el suport de la Fundació Nacional de Ciències Naturals de la Xina, el Programa Clau de Cooperació Internacional de l'Acadèmia Xinesa de Ciències i el Programa de Ciència i Tecnologia de la Municipalitat de Xangai.
Fig. 1 Càlculs teòrics de l'evolució espacial de la intensitat atmosfèrica de formació de filaments del làser femtosegon de freqüència pesada a 100 Hz i 1000 Hz per a diferents energies de pols: (a) 0,1 mJ, (b) 0,2 mJ, (c) 0,7 mJ i (d) 1,2 mJ.
Fig. 2 Resultats experimentals de la variació d'intensitat mitjana de transmissió no lineal làser de freqüència pesada de 100 Hz i 1000 Hz amb l'energia del pols làser (a) i la variació de la intensitat de la llum dins del filament amb làser de freqüència pesada a una energia del pols làser d'1,2 mJ (b) . (c) i (d) són els resultats de la simulació numèrica corresponents. ( e ) Distribució de la densitat de les molècules d'aire a la regió de baixa densitat a diferents freqüències de repetició.
