Onlangs heeft een onderzoeksteam van het State Key Laboratory of Strong-Field Laser Physics,Shanghai Instituut voor Optica en Precisiemachines, Chinese Academie van Wetenschappen, ontdekte het fenomeen dat hoe hoger de laserherhalingsfrequentie, hoe hoger de optische intensiteit van de gloeidraad in het proces van hoogfrequente mJ-schaal femtoseconde laserfilamentatie en atmosferische filamentatie, en stelde een femtoseconde laser atmosferische filamentatie voor pulsaccumulatie-effect op basis van het "gat met lage dichtheid". Er wordt een fysiek beeld gepresenteerd van het accumulatie-effect van atmosferische filamentatiepulsen op basis van "gaten met lage dichtheid". Het bijbehorende artikel is gepubliceerd inKrachtige laserwetenschap en -techniek.
Met de snelle ontwikkeling van kHz en zelfs 100kHz hoogfrequente femtoseconde lasers, biedt hoogfrequente femtoseconde laser atmosferische filamentatie ongekende mogelijkheden voor laserverwerking, mistdoordringende communicatie, laserwolkregengeneratie, laserbliksem en andere toepassingen . Vanwege de fotothermische relaxatie van luchtmoleculen op millisecondeschaal is het pulsaccumulatie-effect tijdens atmosferische filamentatie van hoogfrequente femtosecondelasers onvermijdelijk, en een diepgaand begrip van de impact van het pulsaccumulatie-effect op het proces van hoogfrequente laserstralen. filamentatie is de sleutel tot de verdere ontwikkeling van de nieuwe toepassingen van laser atmosferische filamentatie. Het onderzoeksteam concentreerde zich op de bovenstaande hoofdzaken en voerde atmosferische filamentatie uit met behulp van een femtosecondelaser met een zware frequentie tot 100 kHz en een pulsenergie van 0,4 mJ. Het onderzoeksteam heeft ontdekt dat hoe langer de gloeidraad op de hogere zware frequentie is, hoe zwakker de fluorescentie van een enkele puls is, hoe sterker de derde harmonische die door de gloeidraad wordt geïnduceerd, en de drempel van de geïnduceerde doorslag van hoogspanningsontlading. verminderd, en het fysieke mechanisme van het hoog-zware-frequentie luchtkanaal met een lage dichtheid wordt in eerste instantie voorgesteld door het cumulatieve effect van de puls［(A). Advanced Photonics Research 4, 2200338 (2023)].
In dit werk berekenden de onderzoekers het filamentatieproces van een enkele femtoseconde laserpuls door numerieke simulatie, verkregen ze de ruimtelijke verdeling van de plasmadichtheid van de gloeidraad, berekenden ze de complexiteitswarmte van het plasma op basis van de plasmadichtheid en gecombineerd met de warmtegeleiding vergelijking om de "gaten met lage dichtheid" te verkrijgen die door het filament worden geïnduceerd bij verschillende herhalingsfrequenties. De correlatiecoëfficiënten van de numerieke simulatievergelijking voor niet-lineaire transmissie van femtoseconde laserpulsen worden gecorrigeerd door de "low-density holes" om de filamentvormende resultaten van laserpulsen met verschillende herhalingsfrequenties te verkrijgen, en het fenomeen dat de filamentvormende intensiteit van femtoseconde intense laseratmosferen neemt toe met de toename van de herhalingsfrequentie. Door de fluorescentie van stikstofmoleculen en stikstofionen te meten die door de gloeidraad worden geïnduceerd om de lichtintensiteit in de gloeidraad te karakteriseren, bevestigden de experimenten de theoretische verwachting en legden ze met succes de variatieregel uit van de lichtintensiteit in de atmosferische gloeidraad die werd veroorzaakt door femtoseconde laserpulsen met verschillende herhalingen. frequenties, die een betrouwbare wetenschappelijke basis vormden voor een diepgaand begrip van de atmosferische filamentatie van hoogfrequente femtosecondelasers en de ontwikkeling van hun nieuwe toepassingen.
Dit werk wordt ondersteund door de National Natural Science Foundation of China, het Key Program of International Cooperation van de Chinese Academy of Sciences en het Science and Technology Program van de gemeente Shanghai.
Fig. 1 Theoretische berekeningen van de ruimtelijke evolutie van de atmosferische filamentvormende intensiteit van de hoogfrequente femtosecondelaser bij 100 Hz en 1000 Hz voor verschillende pulsenergieën: (a) 0,1 mJ, (b) 0,2 mJ, (c) 0,7 mJ en (d) 1,2 mJ.
Fig. 2 Experimentele resultaten van 100 Hz en 1000 Hz zwaarfrequente laser niet-lineaire transmissie gemiddelde intensiteitsvariatie met laserpulsenergie (a) en lichtintensiteitsvariatie binnen het filament met laserzware frequentie bij een laserpulsenergie van 1,2 mJ (b) . (c) en (d) zijn de overeenkomstige numerieke simulatieresultaten. (e) Dichtheidsverdeling van luchtmoleculen in het gebied met lage dichtheid bij verschillende herhalingsfrequenties.
