Πρόσφατα, μια ερευνητική ομάδα από το State Key Laboratory of Strong-Field Laser Physics,Ινστιτούτο Οπτικής και Μηχανημάτων Ακριβείας της Σαγκάης, Κινεζική Ακαδημία Επιστημών, ανακάλυψε το φαινόμενο ότι όσο υψηλότερη είναι η συχνότητα επανάληψης λέιζερ, τόσο υψηλότερη είναι η οπτική ένταση του νήματος στη διαδικασία νηματοποίησης λέιζερ υψηλής συχνότητας σε κλίμακα mJ και ατμοσφαιρικής νηματοποίησης, και πρότεινε ένα ατμοσφαιρικό νήμα λέιζερ femtosecond εφέ συσσώρευσης παλμού με βάση την «τρύπα χαμηλής πυκνότητας». Παρουσιάζεται μια φυσική εικόνα του φαινομένου συσσώρευσης παλμού της ατμοσφαιρικής νηματοποίησης που βασίζεται σε "τρύπες χαμηλής πυκνότητας". Η σχετική εργασία δημοσιεύτηκε στοΕπιστήμη και μηχανική λέιζερ υψηλής ισχύος.
Με την ταχεία ανάπτυξη των λέιζερ υψηλής συχνότητας kHz και ακόμη και 100kHz femtosecond υψηλής συχνότητας, το ατμοσφαιρικό νήμα λέιζερ υψηλής συχνότητας femtosecond παρέχει πρωτοφανείς ευκαιρίες για επεξεργασία λέιζερ, επικοινωνία διάτρησης ομίχλης, δημιουργία βροχής με λέιζερ, κεραυνούς λέιζερ και άλλες εφαρμογές . Λόγω της φωτοθερμικής χαλάρωσης κλίμακας χιλιοστού του δευτερολέπτου των μορίων αέρα, το φαινόμενο συσσώρευσης παλμών κατά τη διάρκεια της ατμοσφαιρικής νηματοποίησης λέιζερ υψηλής συχνότητας femtosecond είναι αναπόφευκτο και μια εις βάθος κατανόηση της επίδρασης της συσσώρευσης παλμών στη διαδικασία λέιζερ υψηλής συχνότητας Το νήμα είναι το κλειδί για την περαιτέρω ανάπτυξη των νέων εφαρμογών της ατμοσφαιρικής νηματοποίησης με λέιζερ. Εστιάζοντας στα παραπάνω βασικά ζητήματα, η ερευνητική ομάδα πραγματοποίησε ατμοσφαιρική νηματοποίηση χρησιμοποιώντας λέιζερ femtosecond με βαριά συχνότητα έως 100 kHz και ενέργεια παλμού 0,4 mJ. Η ερευνητική ομάδα ανακάλυψε ότι όσο μεγαλύτερο είναι το νήμα σε υψηλότερη βαριά συχνότητα, τόσο πιο αδύναμος είναι ο φθορισμός ενός μεμονωμένου παλμού, τόσο ισχυρότερη είναι η τρίτη αρμονική που προκαλείται από το νήμα και το όριο της επαγόμενης διάσπασης εκφόρτισης υψηλής τάσης είναι μειώνεται και ο φυσικός μηχανισμός του καναλιού αέρα υψηλής βαριάς συχνότητας σε χαμηλή πυκνότητα προτείνεται αρχικά μέσω του αθροιστικού παλμού ［(Α). Advanced Photonics Research 4, 2200338 (2023)].
Σε αυτή την εργασία, οι ερευνητές υπολόγισαν τη διαδικασία νηματοποίησης ενός μεμονωμένου παλμού λέιζερ femtosecond με αριθμητική προσομοίωση, έλαβαν τη χωρική κατανομή της πυκνότητας πλάσματος του νήματος, υπολόγισαν τη θερμότητα της πολυπλοκότητας του πλάσματος με βάση την πυκνότητα του πλάσματος και συνδυάστηκαν με την αγωγιμότητα της θερμότητας εξίσωση για να ληφθούν οι "τρύπες χαμηλής πυκνότητας" που προκαλούνται από το νήμα σε διαφορετικές συχνότητες επανάληψης. Οι συντελεστές συσχέτισης της εξίσωσης αριθμητικής προσομοίωσης για τη μη γραμμική μετάδοση παλμών λέιζερ femtosecond διορθώνονται από τις "τρύπες χαμηλής πυκνότητας" για να ληφθούν τα αποτελέσματα σχηματισμού νήματος παλμών λέιζερ με διαφορετικές συχνότητες επανάληψης και το φαινόμενο ότι η ένταση σχηματισμού νήματος Οι έντονες ατμόσφαιρες λέιζερ femtosecond αυξάνονται με την αύξηση της συχνότητας επανάληψης. Με τη μέτρηση του φθορισμού των μορίων αζώτου και των ιόντων αζώτου που προκαλείται από το νήμα για να χαρακτηριστεί η ένταση φωτός μέσα στο νήμα, τα πειράματα επιβεβαίωσαν τη θεωρητική προσδοκία και εξήγησαν επιτυχώς τον κανόνα μεταβολής της έντασης φωτός μέσα στο ατμοσφαιρικό νήμα που προκαλείται από επαναπαλμική παλμική δευτερόλεπτο με διαφορετικό λέιζερ. συχνότητες, οι οποίες παρείχαν μια αξιόπιστη επιστημονική βάση για τη σε βάθος κατανόηση της ατμοσφαιρικής νηματοποίησης των λέιζερ femtosecond υψηλής επανάληψης και την ανάπτυξη των νέων εφαρμογών τους.
Αυτή η εργασία υποστηρίζεται από το Εθνικό Ίδρυμα Φυσικών Επιστημών της Κίνας, το Βασικό Πρόγραμμα Διεθνούς Συνεργασίας της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών και το Πρόγραμμα Επιστήμης και Τεχνολογίας του Δήμου της Σαγκάης.
Εικ. 1 Θεωρητικοί υπολογισμοί της χωρικής εξέλιξης της έντασης σχηματισμού νήματος της ατμόσφαιρας του λέιζερ femtosecond βαριάς συχνότητας στα 100 Hz και 1000 Hz για διαφορετικές ενέργειες παλμών: (α) 0,1 mJ, (β) 0,2 mJ, (γ) 0,7 mJ και (δ) 1,2 mJ.
Εικ. 2 Πειραματικά αποτελέσματα μη γραμμικής μετάδοσης λέιζερ βαρέων συχνοτήτων 100 Hz και 1000 Hz μέσης διακύμανσης έντασης με ενέργεια παλμού λέιζερ (a) και μεταβολής έντασης φωτός μέσα στο νήμα με βαριά συχνότητα λέιζερ σε ενέργεια παλμού λέιζερ 1,2 mJ (b) . Τα (γ) και (δ) είναι τα αντίστοιχα αποτελέσματα αριθμητικής προσομοίωσης. (ε) Κατανομή πυκνότητας μορίων αέρα στην περιοχή χαμηλής πυκνότητας σε διαφορετικές συχνότητες επανάληψης.
