Izzószál terjedése

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2020. február 12-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzéshez 1 szerkesztés szükséges .

Izzószál terjedése – a nemlineáris optikában ez egy fénysugár terjedése diffrakciómentes közegben . Ez a Kerr-effektus miatt lehetséges, amely megváltoztatja a törésmutatót a közegben, ami a sugár önfókuszálását eredményezi. [egy]

A lézerimpulzusok által okozott üvegszálas károsodás nyomait először M. Gerscher fedezte fel 1964-ben. [2] A lézerimpulzusok terjedését izzó atmoszférában 1994-ben figyelte meg Gérard Mouroux és csapata a Michigani Egyetemen . Az önfókuszáló fénytörés és az önelnyelő diffrakció közötti egyensúly egy terawatt-intenzitású lézersugár ionizációjában és ritkításában, amelyet csiripelt impulzuserősítéssel állítanak elő a légkörben, "szálakat" hoz létre, amelyek a sugár hullámvezetőjeként működnek, így megakadályozzák a divergenciát. A Los Alamos National Laboratory munkatársai 1997-ben cáfolták azokat az alternatív elméleteket, amelyek szerint a megfigyelt világítószál valójában egy axikonális (Bessel) vagy mozgó fókusz által keltett illúzió volt az optikai energia "hullámvezető" koncentrációja helyett. [3] Bár a filamentációs folyamat leírására komplex modelleket fejlesztettek ki, az Akozbek et al. [4] félanalitikus és könnyen érthető megoldást kínál erős lézerimpulzusok levegőben történő terjedésére.

Az izzószál terjedése félvezető közegben nagy apertúrájú függőleges üreges lézereknél figyelhető meg .

Femtoszekundumos lézerfilamentáció gáznemű közegben

Önfókuszáló

Az önfókuszáláshoz a kritikus teljesítményt meghaladó maximális lézerteljesítmény szükséges (levegőben gigawatt nagyságrendű [5] ), azonban a kritikus teljesítményt meghaladó csúcsteljesítményű infravörös (IR) nanoszekundumos impulzusok esetén az önfókuszálás lehetetlen. A gáz-lézer kölcsönhatás három fő eredménye a többfoton ionizáció, a visszafelé történő fékezés és az elektronlavina ionizáció. Az utolsó két folyamat ütközési típusú kölcsönhatás, és rövid idő szükséges a befejezéshez (pikoszekundum - nanoszekundum). A nanomásodperces impulzus elég hosszú ahhoz, hogy levegőtörést okozzon, mielőtt a teljesítmény eléri az önfókuszáláshoz szükséges GW nagyságrendet. A gáz bomlásakor plazma képződik, amely elnyelő és visszaverő hatású, így az önfókuszálás tilos.

Izzószál-terjedés fotoreaktív rendszerekben

A filamentumok kialakulása és terjedése fotopolimer rendszerekben figyelhető meg. Az ilyen rendszerek Kerr-szerű optikai nemlinearitást mutatnak a fényreaktivitáson alapuló törésmutató növelésével. [6] A szálak az egyes nyalábok önbecsapódása vagy a széles fényprofil modulációjának instabilitása következtében jönnek létre. A filamentumot számos fotopolimerizálható rendszerben figyelték meg, köztük szerves sziloxánban, [7] akrilban, [8] epoxiban és epoxigyantákkal alkotott kopolimerekben, [9] és polimer keverékekben. [10] [11] A bemenő fénymező térprofiljának modulálásával szabályozható a "szál" kialakulásának és terjedésének helye. Az ilyen fotoreaktív rendszerek térben és időben inkoherens fényből is képesek filamenteket előállítani, mivel a lassú válaszidő az időátlagos optikai térintenzitásra reagál, ami a femtoszekundumos rezgések elkenését okozza. Ez hasonló a nem azonnali fotorefraktív közegekhez, amelyek inkoherens vagy részben inkoherens fényben terjesztik a filamentumot. [12]

Lehetséges alkalmazások

A filamentumok, ha plazmává alakítják, a keskeny sávú lézerimpulzust széles sávúvá változtatják, és teljesen új alkalmazási területtel rendelkeznek. A filamentáció által okozott plazma érdekes aspektusa a korlátozott elektronsűrűség, amely megakadályozza az optikai törést. [13] Ez az effektus kiváló forrás a nagynyomású spektroszkópiához alacsony folytonossági szint mellett, valamint kisebb vonalkiszélesedés mellett. [14] Egy másik lehetséges alkalmazás a LIDAR légköri monitorozás. [tizenöt]

2014 júliusában a Marylandi Egyetem kutatói arról számoltak be, hogy izzószál femtoszekundumos lézerimpulzusokat használtak négyzetes elrendezésben, hogy a levegőben sűrűséggradienst hozzanak létre , amely néhány milliszekundum nagyságrendű optikai hullámvezetőként működött. A kezdeti kísérletek 50%-os jelerősítést mutattak a nem irányított jelhez képest körülbelül 1 méteres távolságban. [16]

Külső linkek

Jegyzetek

  1. ↑ Rashidian Vaziri, M R. Intenzív lézerimpulzusok terjedésének leírása nemlineáris Kerr-közegben a ducting model segítségével  //  Laser Physics : Journal. - 2013. - Kt. 23 , sz. 10 . - doi : 10.1088/1054-660X/23/10/105401 . — .
  2. ↑ Hercher, M. Lézer okozta károsodás átlátszó médiában  //  Journal of the Optical Society of America : folyóirat. - 1964. - 1. évf. 54 .
  3. ↑ Xhao. CLEO '97 . , A Lézerek és Elektrooptika Konferencián elhangzott előadások összefoglalói  . - 1997. - 1. évf. 11. - ISBN 0-7803-4125-2 .
  4. ↑ N Aközbek, CM Bowden, A Talebpour, SL Chin, Femtoszekundumos impulzusterjedés levegőben: Variációs elemzés, Phys. Fordulat. E 61 , 4540-4549 (2000)
  5. ↑ Chin, S.L. Előrelépések az intenzív femtoszekundumos lézerfilamentációban levegőben  //  Laser Physics : Journal. - 2012. - Kt. 22 , sz. 1 . - P. 1-53 . - doi : 10.1134/S1054660X11190054 . - .
  6. ↑ Kewitsch, Anthony S. Optikai sugarak önfókuszálása és önbefogása fotopolimerizációnál (EN) // Optics Letters . - 1996. - január 1. ( 21. évf. 1. szám ). - S. 24-6 . — ISSN 1539-4794 . - doi : 10.1364/OL.21.000024 . — Iránykód . — PMID 19865292 .
  7. ↑ Burgess, Ian B. Spontán mintaképződés az inkoherens fehér fény modulációs instabilitása miatt fotopolimerizálható közegben  //  Journal of the American Chemical Society : folyóirat. - 2007. - április 1. ( 129. évf. , 15. sz.). - P. 4738-4746 . — ISSN 0002-7863 . - doi : 10.1021/ja068967b . — PMID 17378567 .
  8. ↑ Biria, Saeid. Hangolható nemlineáris optikai mintaképződés és mikrostruktúra térhálósító akrilát rendszerekben szabadgyökös polimerizáció során  // The  Journal of Physical Chemistry C : folyóirat. - 2016. - március 3. ( 120. évf. , 8. sz.). - P. 4517-4528 . — ISSN 1932-7447 . - doi : 10.1021/acs.jpcc.5b11377 .
  9. ↑ Basker, Dinesh K. Nemlineáris fényhullámok és önbeírt hullámvezető mikrostruktúra spontán megjelenése az epoxidok kationos polimerizációja során  // The  Journal of Physical Chemistry C : folyóirat. - 2015. - szeptember 3. ( 119. évf. , 35. sz.). - P. 20606-20617 . — ISSN 1932-7447 . - doi : 10.1021/acs.jpcc.5b07117 .
  10. ↑ Biria, Saeid. Az optikai autokatalízis új térbeli dinamikát hoz létre a polimerkeverékek fázisszétválasztásában a fényrekeményítés során  //  ACS Macro Letters : folyóirat. - 2016. - november 15. ( 5. köt. , 11. sz.). - P. 1237-1241 . - doi : 10.1021/acsmacrolett.6b00659 .
  11. ↑ Biria, Saeid. A polimerkeverékek morfológiájának szabályozása fény-öncsapdával: A szerkezetfejlődés, a reakciókinetika és a fázisszétválasztás in situ vizsgálata  //  Makromolekulák : folyóirat. - 2017. - május 9. ( 50. évf. , 9. sz.). - P. 3617-3626 . — ISSN 0024-9297 . - doi : 10.1021/acs.macromol.7b00484 . - .
  12. ↑ Spatial Solitons / Szerk. S. Trillo, W. Torruellas. - Springer, 2001. - (Springer sorozat az optikai tudományokban). — ISBN 9783540416531 .
  13. ↑ A. Talebpour et al., Intenzív ultragyors lézerimpulzusok fókuszálási határai nagynyomású gázban: út az új spektroszkópiai forráshoz, 2000, Optics Communications, 183:479–484
  14. ↑ A. Talebpour et al., Intense femtoszekundumos lézerimpulzusokkal kölcsönhatásba lépő gázok spektroszkópiája, 2001, Laser Physics, 11:68–76
  15. ↑ L. Wöstea, S. Freyb, J. Wolf, LIDAR-Monitoring of the Air with Femtocond Plasma Channels, Advances In Atomic, Molecular and Optical Physics, 2006, 53:413–441
  16. ↑ (e) Tudományos hírek