iao_yegeints_202212.pdf

• Гейнц Юрий Эльмарович, д.ф.-м.н., г.н.с. ИОА СО РАН;
• Землянов Александр Анатольевич, д.ф.-м.н., г.н.с. ИОА СО РАН;
• Булыгин Андрей Дмитриевич, к.ф.-м.н., н.с. ИОА СО РАН;
• Минина Ольга Владимировна, м.н.с. ИОА СО РАН

Проведены натурные и численные эксперименты по созданию контролируемых пространственных зон повышенной оптической интенсивности в форме лазерных филаментов, или постфиламентационных световых каналов (постфиламентов), при распространении пространственно-профилированного фемтосекундного излучения на протяженной воздушной трассе. Показана возможность эффективного управления фемтосекундной лазерной филаментацией на трассе до 100 м с помощью специфической амплитудной модуляции оптического излучения посредством введения в пучок металлической сетки. В случае ячейки сетки малых размеров (до 2 мм в экспериментах с импульсами энергией до 6 мДж и диаметром пучка 7.8 мм) удалось существенно удалить и в ряде случаев подавить лазерную филаментацию. Использование сеток с ячейками большего размера (от 3 мм до 5 мм) позволило манипулировать началом филаментации импульса излучения в широких пределах от 20 м до более чем 120 м (моделирование). Установлено, что внесение сеток в пучок приводит к некоторому росту поперечной нестабильности его пространственного положения. Пространственная модуляция лазерного пучка с помощью металлических сеток оказывает значительно более сильное влияние на положение нелинейного фокуса, чем изменение энергии импульса, и может быть использована как эффективный способ управления положением начала и протяженностью области филаментации фемтосекундного излучения в воздухе.

В рамках данных исследований проведено численное моделирование филаментации в воздухе лазерного импульса с регулярной пространственной модуляцией и параметрами, соответствующими эксперименту. Для этого использовались две различных модели филаментации излучения, одна из которых основана на численной реализации однонаправленного уравнения Максвелла для полного четырехмерного поля (с учетом высокочастотной несущей), а другая использует 3D-версию нелинейного уравнения Шредингера для усредненной по времени огибающей. В рамках обоих подходов нами обнаружено восстановление пространственной осевой симметрии филамента, сформировавшегося в сегментированном квадратной сеткой пучке, что может быть следствием известного эффекта «очистки пространственной моды» пучка при его филаментации. При этом для умеренной энергии оптического импульса на определенных дистанциях до филаментации (зависящих от размера модулирующей сетки) профиль пучка демонстрирует характерную дифракционную картину Талбота, являющуюся конформным отображением исходной сетки.

• Грант РНФ №16-17-10128 «Дальнее распространение мощного лазерного излучения ультракороткой длительности в атмосфере в режиме множественной филаментации», руководитель Ю.Э. Гейнц (ИОА), 2016-2018.

• Yu.E. Geints, A.A. Zemlyanov. Diffraction-ray optics of laser-pulse filamentation // Phys. Rev.A. 2018. V.98. № 023846. P.023846-1 – 023846-12. DOI:10.1103/PHYSREVA.98.023846. Импакт-фактор журнала SJR 2022 = 1.29.
• D.V. Apeksimov, Yu.E. Geints, A.A. Zemlynov, A.M. Kabanov, V.K. Oshlakov, A.V. Petrov, G.G. Matvienko. Controlling TW-laser pulse long-range filamentation in air by a deformable mirror // Applied Optics. 2018. V.57. №34. 10 p. DOI: 10.1364/AO.57.009760. Импакт-фактор журнала SJR 2022 = 0.58.
• Geints Yu. E., Zemlyanov A. A., Minina O. V. Propagation of phase-modulated high-power femtosecond laser pulses in the self-channeling and filamentation mode in air. // Atmospheric and Oceanic Optics. 2022. V. 35. No. 05. P. 475–484. Импакт-фактор журнала SJR 2022 = 0.452.
• D. V. Apeksimov, Yu. E. Geints, G. G. Matvienko, V. K. Oshlakov, and A. A. Zemlyanov, Experimental study of high-intensity light channels produced on an extended air path by phase and amplitude modulated femtosecond laser pulses // Appl. Opt. 2022. V. 61, No. 6. P. 1300-1306. Импакт-фактор журнала SJR 2022 = 0.58.
• Y. Geints, O. Minina, and A. Zemlyanov, Self-channeling of spatially modulated femtosecond laser beams in the post-filamentation region // J. Opt. Soc. Am. 2022. V. B39, No. 6. P. 1549-1556. Импакт-фактор журнала SJR 2022 = 0.59.
• Апексимов Д. В., Гейнц Ю. Э., Кабанов А. М., Петров А. В., Хорошаева Е. Е. Закономерности филаментации фемтосекундного лазерного излучения в воздухе в режиме аберрационной фокусировки // Оптика атмосферы и океана. 2022. Т. 35. № 04. С. 298–306. Импакт-фактор журнала SJR 2022 = 0.452.