Baru-baru ini, pasukan penyelidik dari Makmal Utama Negeri bagi Fizik Laser Medan Kuat,Institut Optik dan Jentera Ketepatan Shanghai, Akademi Sains China, menemui fenomena bahawa semakin tinggi kekerapan pengulangan laser, semakin tinggi keamatan optik filamen dalam proses filamentasi laser femtosaat skala mJ dan filamentasi atmosfera berskala tinggi frekuensi tinggi, dan mengemukakan filamentasi atmosfera laser femtosaat. kesan pengumpulan nadi berdasarkan "lubang berketumpatan rendah". Imej fizikal kesan pengumpulan nadi filamentasi atmosfera berdasarkan "lubang berketumpatan rendah" dibentangkan. Kertas kerja berkaitan diterbitkan dalamSains dan Kejuruteraan Laser Kuasa Tinggi.
Dengan perkembangan pesat laser femtosaat frekuensi tinggi kHz malah 1{9}}0kHz, filamentasi atmosfera laser femtosaat frekuensi tinggi menyediakan peluang yang belum pernah berlaku sebelum ini untuk pemprosesan laser, komunikasi menembusi kabus, penjanaan hujan awan laser, kilat laser dan aplikasi lain . Disebabkan oleh kelonggaran fototerma skala milisaat molekul udara, kesan pengumpulan nadi semasa filamentasi atmosfera laser femtosaat frekuensi tinggi tidak dapat dielakkan, dan pemahaman yang mendalam tentang kesan kesan pengumpulan nadi pada proses laser frekuensi tinggi filamentasi adalah kunci kepada pembangunan selanjutnya aplikasi baru filamentasi atmosfera laser. Memfokuskan pada isu utama di atas, pasukan penyelidik telah menjalankan filamentasi atmosfera menggunakan laser femtosaat dengan frekuensi berat sehingga 100 kHz dan tenaga nadi 0.4 mJ. Pasukan penyelidik telah mendapati bahawa semakin panjang filamen berada pada frekuensi berat yang lebih tinggi, semakin lemah pendarfluor nadi tunggal, semakin kuat harmonik ketiga yang disebabkan oleh filamen, dan ambang pecahan nyahcas voltan tinggi yang disebabkan adalah. dikurangkan, dan mekanisme fizikal saluran udara frekuensi berat tinggi pada ketumpatan rendah pada mulanya dicadangkan melalui kesan kumulatif nadi ［(A). Penyelidikan Fotonik Lanjutan 4, 2200338 (2023)].
Dalam kerja ini, penyelidik mengira proses filamentasi nadi laser femtosaat tunggal melalui simulasi berangka, memperoleh taburan ruang ketumpatan plasma filamen, mengira haba kerumitan plasma berdasarkan kepadatan plasma, dan digabungkan dengan pengaliran haba persamaan untuk mendapatkan "lubang berketumpatan rendah" yang disebabkan oleh filamen pada frekuensi pengulangan yang berbeza. Pekali korelasi persamaan simulasi berangka untuk penghantaran tak linear bagi denyutan laser femtosaat dibetulkan oleh "lubang berketumpatan rendah" untuk mendapatkan hasil pembentuk filamen bagi denyutan laser dengan frekuensi ulangan yang berbeza, dan fenomena bahawa intensiti pembentukan filamen atmosfera laser sengit femtosaat meningkat dengan peningkatan kekerapan pengulangan didapati. Dengan mengukur pendarfluor molekul nitrogen dan ion nitrogen yang disebabkan oleh filamen untuk mencirikan keamatan cahaya di dalam filamen, eksperimen mengesahkan jangkaan teori dan berjaya menjelaskan peraturan variasi keamatan cahaya di dalam filamen atmosfera yang disebabkan oleh denyutan laser femtosaat dengan pengulangan yang berbeza. frekuensi, yang menyediakan asas saintifik yang boleh dipercayai untuk pemahaman mendalam tentang filamentasi atmosfera laser femtosaat frekuensi ulangan tinggi dan pembangunan aplikasi baharu mereka.
Kerja ini disokong oleh Yayasan Sains Semula Jadi Kebangsaan China, Program Utama Kerjasama Antarabangsa Akademi Sains China, dan Program Sains dan Teknologi Perbandaran Shanghai.
Rajah 1 Pengiraan teori evolusi spatial keamatan membentuk filamen atmosfera laser femtosaat frekuensi berat pada 100 Hz dan 1000 Hz untuk tenaga nadi yang berbeza: (a) 0.1 mJ, (b) 0.2 mJ, (c) 0.7 mJ dan (d) 1.2 mJ.
Rajah 2 Keputusan eksperimen 100 Hz dan 1000 Hz laser frekuensi berat transmisi tak linear variasi keamatan purata dengan tenaga nadi laser (a) dan variasi keamatan cahaya di dalam filamen dengan frekuensi berat laser pada tenaga nadi laser 1.2 mJ (b) . (c) dan (d) ialah hasil simulasi berangka yang sepadan. (e) Taburan ketumpatan molekul udara di kawasan berketumpatan rendah pada frekuensi ulangan yang berbeza.
