Nylig har et forskerteam fra State Key Laboratory of Strong-Field Laser Physics,Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery, Chinese Academy of Sciences, oppdaget fenomenet at jo høyere laserrepetisjonsfrekvensen er, jo høyere er den optiske intensiteten til glødetråden i prosessen med høyfrekvent mJ-skala femtosekundlaserfilamentering og atmosfærisk glødetråd, og la frem en femtosekund laseratmosfærisk glødetråd. pulsakkumuleringseffekt basert på "low-density hole". Et fysisk bilde av den atmosfæriske filamenteringspulsakkumuleringseffekten basert på "hull med lav tetthet" presenteres. Den relaterte artikkelen ble publisert iHigh Power Laser Science and Engineering.
Med den raske utviklingen av kHz og til og med 100kHz høyfrekvente femtosekundlasere, gir høyfrekvent femtosekundlaser atmosfærisk filamentering enestående muligheter for laserbehandling, tåkegjennomtrengende kommunikasjon, generering av laserskyregn, laserlyn og andre applikasjoner . På grunn av den fototermiske avslapningen av luftmolekyler i millisekund, er pulsakkumuleringseffekten under atmosfærisk filamentering av høyfrekvente femtosekundlasere uunngåelig, og en grundig forståelse av virkningen av pulsakkumuleringseffekten på prosessen med høyfrekvent laser filamentering er nøkkelen til den videre utviklingen av de nye bruksområdene for laser atmosfærisk filamentering. Med fokus på de ovennevnte nøkkelproblemene har forskerteamet utført atmosfærisk filamentering ved hjelp av en femtosekundlaser med en tung frekvens på opptil 100 kHz og pulsenergi på 0,4 mJ. Forskerteamet har funnet ut at jo lenger glødetråden er ved den høyere tunge frekvensen, jo svakere fluorescensen til en enkelt puls er, desto sterkere er den tredje harmoniske indusert av glødetråden, og terskelen for den induserte høyspentutladningssammenbruddet er redusert, og den fysiske mekanismen til høy-tung-frekvent luftkanal ved lav tetthet er i utgangspunktet foreslått gjennom den kumulative pulseffekten ［(A). Advanced Photonics Research 4, 2200338 (2023)].
I dette arbeidet beregnet forskerne filamenteringsprosessen til en enkelt femtosekund laserpuls ved numerisk simulering, oppnådde den romlige fordelingen av filamentets plasmatetthet, beregnet plasmadensitetens varmen basert på plasmatettheten og kombinert med varmeledningen. ligning for å oppnå "hull med lav tetthet" indusert av filamentet ved forskjellige repetisjonsfrekvenser. Korrelasjonskoeffisientene til den numeriske simuleringsligningen for ikke-lineær overføring av femtosekundlaserpulser korrigeres av "low-density hull" for å oppnå filamentdannende resultater av laserpulser med forskjellige repetisjonsfrekvenser, og fenomenet at den filamentdannende intensiteten av femtosekunds intense laseratmosfære øker med økningen i repetisjonsfrekvensen. Ved å måle fluorescensen til nitrogenmolekyler og nitrogenioner indusert av glødetråden for å karakterisere lysintensiteten inne i glødetråden, bekreftet eksperimentene den teoretiske forventningen og forklarte variasjonsregelen for lysintensitet inne i det atmosfæriske glødetråden indusert av femtosekundlaserpulser med forskjellig repetisjon. frekvenser, som ga et pålitelig vitenskapelig grunnlag for dybdeforståelsen av den atmosfæriske filamenteringen av høy-repetisjonsfrekvente femtosekundlasere og utviklingen av deres nye applikasjoner.
Dette arbeidet er støttet av National Natural Science Foundation of China, nøkkelprogrammet for internasjonalt samarbeid til det kinesiske vitenskapsakademiet og vitenskaps- og teknologiprogrammet til Shanghai kommune.
Fig. 1 Teoretiske beregninger av den romlige utviklingen av den atmosfæriske filamentdannende intensiteten til den tungfrekvente femtosekundlaseren ved 100 Hz og 1000 Hz for forskjellige pulsenergier: (a) 0,1 mJ, (b) 0,2 mJ, (c) 0,7 mJ og (d) 1,2 mJ.
Fig. 2 Eksperimentelle resultater av 100 Hz og 1000 Hz tungfrekvent laser ikke-lineær transmisjonsgjennomsnittlig intensitetsvariasjon med laserpulsenergi (a) og lysintensitetsvariasjon inne i glødetråden med laser tungfrekvens ved en laserpulsenergi på 1,2 mJ (b) . (c) og (d) er de tilsvarende numeriske simuleringsresultatene. (e) Tetthetsfordeling av luftmolekyler i lavtetthetsområdet ved forskjellige repetisjonsfrekvenser.
