«Оптика атмосферы и океана», 24, № 5 (2011)
РАСПРОСТРАНЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛН
УДК 621.378.33, 535.621.33
Филаментация остросфокусированного
ультракороткого лазерного излучения на 800 и 400 нм. <...> Получены зависимости положения и размеров плазменного канала, формирующегося в зоне нелинейного фокуса
пучка, от мощности в лазерном импульсе. <...> Из обработки данных зависимостей в рамках теории самофокусировки лазерного излучения определено эффективное значение нелинейного коэффициента преломления воздуха, связанного с оптическим эффектом Керра, для двух длин волн лазера. <...> Ключевые слова: ультракороткое лазерное излучение, филаментация, острая фокусировка, плазменный
канал, эффект Керра, нелинейный коэффициент преломления; ultrashort laser radiation, filamentation, sharp
focusing, plasma channel, Kerr-effect, nonlinear index of refraction. <...> Введение
Самофокусировка мощных ультракоротких импульсов лазерного излучения относится к числу физических явлений, в которых наиболее ярко проявляется оптическая нелинейность среды, и приводит
к целой гамме эффектов, таких как филаментация
пучка [1, 2], плазмообразование [3], коническая
эмиссия [4], генерация суперконтинуума [5], эмиссия волн в сантиметровом диапазоне [6]. <...> Физической причиной самофокусировки является кубичная оптическая поляризуемость среды (3)
(нелинейность керровского типа), вызывающая самонаведенное увеличение показателя преломления
______________ <...> Особенностью филаментации острофокусированного ультракороткого излучения в отличие от
параллельного (коллимированного) пучка является
то, что филаментация реализуется в малом объеме
фокальной перетяжки. <...> При этом в нелинейном фокусе могут быть достигнуты экстремальные плотности мощности световой волны [1315], близкие по
порядку к внутриатомным величинам, радиус плазменной колонки может доходить всего до нескольких
микрометров при характерной длине несколько миллиметров [15]. <...> Создание таких микромасштабных
Филаментация остросфокусированного ультракороткого лазерного <...>
Оптика_атмосферы_и_океана_№5_2011.pdf
«Îïòèêà атмосферы и îêåàíà», 24, ¹ 5 (2011)
РАСПРОСТРАНЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛН
УДК 621.378.33, 535.621.33
Филаментация остросфокусированного
ультракороткого лазерного излучения на 800 и 400 нм.
Измерения нелинейного коэффициента
преломления воздуха
Î.À. Áóêèí2, Å.Å. Áûêîâà1, Þ.Ý. Ãåéíö1, Ñ.Ñ. Ãîëèê3,
À.À. Çåìëÿíîâ1, À.À. Èëüèí3, À.Ì. Êàáàíîâ1,
Ã.Ã. Ìàòâèåíêî1, Â.Ê. Îøëàêîâ1, Å.Á. Ñîêîëîâà3
*
2Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН
690041, ã. Владивосток, óë. Ðàäèî, 5
1Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН
634021, ã. Òîìñê, ïë. Академика Çóåâà, 1
3Дальневосточный государственный университет
690950, ã. Владивосток, óë. Ñóõàíîâà, 8
Поступила в редакцию 26.12.2010 ã.
Представлены результаты экспериментальных исследований динамики филаментации мощных ультракоротких
импульсов Ti:Sa-лазера с длиной волны 800 и 400 нм при их острой фокусировке в воздухе. Получены
зависимости положения и размеров плазменного канала, формирующегося в зоне нелинейного фокуса
пучка, от мощности в лазерном импульсе. Из обработки данных зависимостей в рамках теории самофокусировки
лазерного излучения определено эффективное значение нелинейного коэффициента преломления воздуха,
связанного с оптическим эффектом Керра, для двух длин волн лазера.
Ключевые слова: ультракороткое лазерное излучение, филаментация, острая фокусировка, плазменный
êàíàë, эффект Êåððà, нелинейный коэффициент преломления; ultrashort laser radiation, filamentation, sharp
focusing, plasma channel, Kerr-effect, nonlinear index of refraction.
Введение
Самофокусировка мощных ультракоротких импульсов
лазерного излучения относится к числу физических
явлений, в которых наиболее ярко проявляется
оптическая нелинейность среды, и приводит
к целой гамме эффектов, таких как филаментация
пучка [1, 2], плазмообразование [3], коническая
эмиссия [4], генерация суперконтинуума [5], эмиссия
волн в сантиметровом диапазоне [6]. Наиболее
полно современное состояние проблемы представлено
в обзорах [7–9] и монографиях [10–12].
Физической причиной самофокусировки является
кубичная оптическая поляризуемость среды χ(3)
(нелинейность керровского типа), вызывающая самонаведенное
увеличение показателя преломления
______________
* Олег Алексеевич Букин (o_bukin@mail.ru); Елена
Евгеньевна Быкова (bee@iao.ru); Юрий Эльмарович Гейнц
(ygeints@iao.ru); Сергей Сергеевич Голик (golic_s@mail.ru);
Александр Анатольевич Землянов (zaa@iao.ru); Алексей
Анатольевич Ильин (triplecks@mail.ru); Андрей Михайлович
Кабанов (kam@iao.ru); Геннадий Григорьевич Матвиенко
(mgg@iao.ru); Виктор Константинович Ошлаков (ovk@iao.ru);
Екатерина Борисовна Соколова (mastapes@mail.ru).
в областях повышенной интенсивности излучения
и последующее прогрессирующее сжатие лазерного
пучка в поперечном направлении. В газах коллапсу
пучка препятствует возникающая в результате фотоионизации
молекул плазма. Внутри лазерного пучка
формируются динамические высокоинтенсивные структуры,
устойчивые к возмущениям на достаточно протяженном
участке трассы – так называемые световые
филаменты. В экспериментах по филаментации
фемтосекундного излучения, как правило, регистрируется
след филаментов в виде светящихся в видимой
области каналов, излучение которых обусловлено
сплошным спектром, полосами молекулярного
азота, линиями атомов и ионов азота и кислорода.
Особенностью филаментации острофокусированного
ультракороткого излучения в отличие от
параллельного (коллимированного) пучка является
то, что филаментация реализуется в малом объеме
фокальной перетяжки. При этом в нелинейном фокусе
могут быть достигнуты экстремальные плотности
мощности световой волны [13–15], близкие по
порядку к внутриатомным величинам, радиус плазменной
колонки может доходить всего до нескольких
микрометров при характерной длине несколько миллиметров
[15]. Создание таких микромасштабных
Филаментация остросфокусированного ультракороткого лазерного излучения…
351
Стр.1