Récemment, une équipe de recherche du State Key Laboratory of Strong-Field Laser Physics,Institut d'optique et de machines de précision de Shanghai, Académie chinoise des sciences, a découvert le phénomène selon lequel plus la fréquence de répétition du laser est élevée, plus l'intensité optique du filament est élevée dans le processus de filamentation laser femtoseconde à haute fréquence à l'échelle mJ et de filamentation atmosphérique, et a proposé une filamentation atmosphérique laser femtoseconde effet d'accumulation d'impulsions basé sur le "trou à faible densité". Une image physique de l'effet d'accumulation d'impulsions de filamentation atmosphérique basée sur des "trous à faible densité" est présentée. L'article connexe a été publié dansScience et ingénierie des lasers à haute puissance.
Avec le développement rapide des lasers femtosecondes haute fréquence kHz et même 100kHz, la filamentation atmosphérique laser femtoseconde haute fréquence offre des opportunités sans précédent pour le traitement laser, la communication anti-buée, la génération de pluie laser nuageuse, la foudre laser et d'autres applications . En raison de la relaxation photothermique à l'échelle de la milliseconde des molécules d'air, l'effet d'accumulation d'impulsions lors de la filamentation atmosphérique des lasers femtosecondes haute fréquence est inévitable, et une compréhension approfondie de l'impact de l'effet d'accumulation d'impulsions sur le processus de laser haute fréquence la filamentation est la clé du développement ultérieur des nouvelles applications de la filamentation atmosphérique laser. En se concentrant sur les questions clés ci-dessus, l'équipe de recherche a réalisé une filamentation atmosphérique à l'aide d'un laser femtoseconde avec une fréquence élevée allant jusqu'à 100 kHz et une énergie d'impulsion de 0,4 mJ. L'équipe de recherche a découvert que plus le filament est long à la haute fréquence élevée, plus la fluorescence d'une seule impulsion est faible, plus la troisième harmonique induite par le filament est forte et le seuil de claquage de décharge haute tension induit est réduit, et le mécanisme physique du canal d'air à haute fréquence à faible densité est initialement proposé par l'effet cumulatif des impulsions ［(A). Advanced Photonics Research 4, 2200338 (2023)].
Dans ce travail, les chercheurs ont calculé le processus de filamentation d'une seule impulsion laser femtoseconde par simulation numérique, obtenu la distribution spatiale de la densité du plasma du filament, calculé la chaleur de complexité du plasma en fonction de la densité du plasma et combiné avec la conduction thermique équation pour obtenir les "trous de faible densité" induits par le filament à différentes fréquences de répétition. Les coefficients de corrélation de l'équation de simulation numérique pour la transmission non linéaire des impulsions laser femtosecondes sont corrigés par les "trous à faible densité" pour obtenir les résultats de formation de filaments d'impulsions laser avec différentes fréquences de répétition, et le phénomène selon lequel l'intensité de formation de filaments de atmosphères laser femtoseconde intense augmente avec l'augmentation de la fréquence de répétition se trouve. En mesurant la fluorescence des molécules d'azote et des ions d'azote induite par le filament pour caractériser l'intensité lumineuse à l'intérieur du filament, les expériences ont confirmé l'attente théorique et expliqué avec succès la règle de variation de l'intensité lumineuse à l'intérieur du filament atmosphérique induite par des impulsions laser femtoseconde avec différentes répétitions. fréquences, qui ont fourni une base scientifique fiable pour la compréhension approfondie de la filamentation atmosphérique des lasers femtosecondes à haute fréquence de répétition et le développement de leurs nouvelles applications.
Ce travail est soutenu par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine, le programme clé de coopération internationale de l'Académie chinoise des sciences et le programme scientifique et technologique de la municipalité de Shanghai.
Fig. 1 Calculs théoriques de l'évolution spatiale de l'intensité de formation de filaments atmosphériques du laser femtoseconde haute fréquence à 100 Hz et 1000 Hz pour différentes énergies d'impulsion : (a) 0,1 mJ, (b) 0,2 mJ, (c) 0,7 mJ et (d) 1,2 mJ.
Fig. 2 Résultats expérimentaux de la variation d'intensité moyenne de transmission non linéaire de laser à haute fréquence de 100 Hz et 1000 Hz avec une énergie d'impulsion laser (a) et une variation d'intensité lumineuse à l'intérieur du filament avec une haute fréquence laser à une énergie d'impulsion laser de 1,2 mJ (b) . (c) et (d) sont les résultats de simulation numérique correspondants. (e) Distribution de la densité des molécules d'air dans la région de faible densité à différentes fréquences de répétition.
