Нелинейное распространение мощных лазерных импульсов по газам, плазме и капиллярным волноводам

Нелинейность диэлектрической проницаемости при распространении по плазме мощных лазерных импульсов, как уже указывалось в разделе про нелинейные процессы, может приводить к таким эффектам, как самофокусировка, самоканалирование, филаментация лазерного импульса. Эти физические процессы исследовались в нашей лаборатории в работах проф. Н.Е. Андреева с соавторами.

Самофокусировка распространяющегося в плазме лазерного излучения с мощностью выше пороговой для этого процесса связана с действием пондеромоторной силы и релятивисткой нелинейности. Этот процесс изучался в работах проф. Н.Е. Андреева, ссылки на которые приведены здесь.

Филаментация распространяющегося в плазме мощного лазерного излучения обусловлена возбуждаемыми в плазме под действием лазерного поля колебаниями электронного заряда и обратного влияния этих колебаний на поле распространяющегося лазерного импульса. Процессы филаментации изучались в нашей лаборатории в работах, цитированных здесь.

Как уже говорилось в разделе про нелинейные процессы, процессы ионизации также приводят к таким нелинейным эффектам, как неадиабатический нагрев электронов плазмы и генерация гармоник лазерной частоты. Ионизационные нелинейности также могут значительно влиять на распространение лазерного импульса, искажая его форму и спектр. Такое влияние также исследовалось в работах сотрудников лаборатории.

Генерация лазерным импульсом плазменных полей также приводит к изменению спектра импульса. Это открывает возможность диагностики плазменных полей по измерениям спектра прошедшего через плазму лазерного импульса. В настоящий момент этот вопрос активно изучается теоретически проф. Н.Е. Андреевым, при этом нашими французскими коллегами из лаборатории LPGP планируется экспериментальная проверка возможности спектральной диагностики плазменных полей, см. публикации.

Для многих практических приложений (например, для ускорения электронов в кильватерной плазменной волне позади лазерного импульса) требуется обеспечить большую длину распространения излучения, намного превышающую релеевскую длинну. Для этой цели перспективным является использование узких капиллярных волноводов, внутренний радиус которых порядка характерного размера пятна фокусировки лазерного импульса. Распространение мощного лазерного излучения в таких волноводах также может иметь сильно нелинейный характер, когда интенсивность излучения превыщает некоторый характерный порог, т.к. в этом случае происходит существенное изменение свойств стенок капилляра, на внутренней поверхности которых образуется плазма, которая далее расширяется к центру капилляра. Эта плазма, в свою очередь, существенно меняет условия распространения по капилляру лазерного излучения. Самосогласованная теория распространения по капиллярным олноводам мощного ионизующего лазерного излучения построена в наших совместных работах с французскими коллегами из лаборатории LPGP.

Наши основные публикации по теме