Nesen pētnieku grupa no Valsts galvenās spēcīga lauka lāzerfizikas laboratorijas,Šanhajas Optikas un precīzās tehnikas institūts, Ķīnas Zinātņu akadēmija, atklāja fenomenu, ka jo augstāka ir lāzera atkārtošanās frekvence, jo augstāka ir kvēldiega optiskā intensitāte augstfrekvences mJ mēroga femtosekundes lāzera filamentācijas un atmosfēras filamentācijas procesā, un izvirzīja femtosekundes lāzera atmosfēras filamentāciju. impulsu uzkrāšanas efekts, pamatojoties uz "zema blīvuma caurumu". Tiek parādīts atmosfēras filamentācijas impulsu uzkrāšanās efekta fiziskais attēls, kura pamatā ir "zema blīvuma caurumi". Saistītais raksts tika publicētsLieljaudas lāzera zinātne un inženierija.
Strauji attīstoties kHz un pat 100kHz augstfrekvences femtosekundes lāzeriem, augstfrekvences femtosekundes lāzera atmosfēras filamentācija sniedz vēl nebijušas iespējas lāzera apstrādei, miglas caurduršanas komunikācijai, lāzera mākoņu lietus ģenerēšanai, lāzera zibens un citiem lietojumiem. . Pateicoties gaisa molekulu fototermiskajai relaksācijai milisekundes mērogā, augstfrekvences femtosekundes lāzeru atmosfēras filamentācijas laikā impulsu uzkrāšanās efekts ir neizbēgams, un padziļināta izpratne par impulsu uzkrāšanās efekta ietekmi uz augstfrekvences lāzera procesu. kvēldiegs ir atslēga turpmākai lāzera atmosfēras filamentācijas jauno lietojumu attīstībai. Koncentrējoties uz iepriekšminētajiem galvenajiem jautājumiem, pētnieku grupa ir veikusi atmosfēras filamentāciju, izmantojot femtosekundes lāzeru ar smago frekvenci līdz 100 kHz un impulsa enerģiju 0,4 mJ. Pētnieku grupa ir noskaidrojusi, ka jo ilgāk kvēldiegs ir ar augstāku smago frekvenci, jo vājāka ir viena impulsa fluorescence, jo spēcīgāka ir kvēldiega inducētā trešā harmonika un inducētās augstsprieguma izlādes pārrāvuma slieksnis ir. samazināts, un augstfrekvences gaisa kanāla fiziskais mehānisms zemā blīvumā sākotnēji tiek ierosināts, izmantojot impulsu kumulatīvo efektu ［(A). Advanced Photonics Research 4, 2200338 (2023)].
Šajā darbā pētnieki ar skaitlisku simulāciju aprēķināja viena femtosekundes lāzera impulsa filamentācijas procesu, ieguva kvēldiega plazmas blīvuma telpisko sadalījumu, aprēķināja plazmas sarežģītības siltumu, pamatojoties uz plazmas blīvumu, un apvienoja ar siltuma vadītspēju. vienādojums, lai iegūtu "zema blīvuma caurumus", ko kvēldiegs izraisa dažādās atkārtošanās frekvencēs. Ciparu simulācijas vienādojuma korelācijas koeficienti femtosekundes lāzera impulsu nelineārajai pārraidei tiek koriģēti ar "zema blīvuma caurumiem", lai iegūtu lāzera impulsu pavedienu veidošanas rezultātus ar dažādām atkārtošanās frekvencēm un parādību, ka pavedienu veidojošā intensitāte Tiek konstatēta femtosekundes intensīva lāzera atmosfēras palielināšanās, palielinoties atkārtojumu biežumam. Mērot kvēldiega izraisīto slāpekļa molekulu un slāpekļa jonu fluorescenci, lai raksturotu gaismas intensitāti kvēldiega iekšpusē, eksperimenti apstiprināja teorētiskās cerības un veiksmīgi izskaidroja gaismas intensitātes variācijas likumu atmosfēras kvēldiega iekšienē, ko izraisa dažādi femtosekundes lāzera impulsi. frekvences, kas nodrošināja uzticamu zinātnisku pamatu padziļinātai izpratnei par augstfrekvences femtosekundes lāzeru atmosfēras filamentāciju un to jaunu lietojumu izstrādi.
Šo darbu atbalsta Ķīnas Nacionālais dabaszinātņu fonds, Ķīnas Zinātņu akadēmijas galvenā starptautiskās sadarbības programma un Šanhajas pašvaldības Zinātnes un tehnoloģiju programma.
1. att. Augstas frekvences femtosekundes lāzera atmosfēras pavedienu veidojošās intensitātes telpiskās attīstības teorētiskie aprēķini pie 100 Hz un 1000 Hz dažādām impulsu enerģijām: (a) 0,1 mJ, (b) 0,2 mJ, (c) 0,7 mJ un (d) 1,2 mJ.
2. att. Eksperimentālie rezultāti par 100 Hz un 1000 Hz smagfrekvences lāzera nelineārās pārraides vidējās intensitātes variāciju ar lāzera impulsa enerģiju (a) un gaismas intensitātes izmaiņām kvēldiega iekšpusē ar lāzera smago frekvenci pie lāzera impulsa enerģijas 1,2 mJ (b) . (c) un (d) ir atbilstošie skaitliskās simulācijas rezultāti. (e) Gaisa molekulu blīvuma sadalījums zema blīvuma reģionā dažādās atkārtošanās frekvencēs.
