เมื่อเร็ว ๆ นี้ ทีมวิจัยจาก State Key Laboratory of Strong-Field Laser Physicsสถาบันทัศนศาสตร์และเครื่องจักรความแม่นยำแห่งเซี่ยงไฮ้, Chinese Academy of Sciences ค้นพบปรากฏการณ์ที่ความถี่การทำซ้ำของเลเซอร์ยิ่งสูง ความเข้มแสงของเส้นใยในกระบวนการของเส้นใยเลเซอร์ femtosecond ระดับ mJ ความถี่สูงและเส้นใยบรรยากาศก็ยิ่งสูงขึ้น และนำเสนอเส้นใยบรรยากาศด้วยเลเซอร์ femtosecond ผลการสะสมของชีพจรตาม "หลุมความหนาแน่นต่ำ" มีการนำเสนอภาพทางกายภาพของเอฟเฟกต์การสะสมพัลส์ของเส้นใยบรรยากาศตาม "รูความหนาแน่นต่ำ" กระดาษที่เกี่ยวข้องได้รับการเผยแพร่ในวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมเลเซอร์พลังงานสูง
ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของ kHz และแม้แต่ 10เลเซอร์ femtosecond ความถี่สูง 0kHz เส้นใยชั้นบรรยากาศของเลเซอร์ femtosecond ความถี่สูงมอบโอกาสที่ไม่เคยมีมาก่อนสำหรับการประมวลผลด้วยเลเซอร์ การสื่อสารแบบเจาะหมอก การสร้างเมฆฝนด้วยเลเซอร์ ฟ้าผ่าด้วยเลเซอร์ และการใช้งานอื่นๆ . เนื่องจากการคลายตัวด้วยความร้อนจากแสงระดับมิลลิวินาทีของโมเลกุลอากาศ ผลกระทบของการสะสมพัลส์ระหว่างเส้นใยในชั้นบรรยากาศของเลเซอร์เฟมโตวินาทีความถี่สูงเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ และความเข้าใจเชิงลึกเกี่ยวกับผลกระทบของการสะสมพัลส์ต่อกระบวนการของเลเซอร์ความถี่สูง ฟิลาเมนต์เป็นกุญแจสำคัญในการพัฒนาต่อไปของแอพพลิเคชั่นใหม่ของเลเซอร์ฟิลาเมนต์ในชั้นบรรยากาศ ทีมวิจัยได้ดำเนินการสร้างเส้นใยบรรยากาศโดยใช้เลเซอร์เฟมโตวินาทีที่มีความถี่สูงถึง 100 kHz และพลังงานพัลส์ 0.4 mJ โดยมุ่งเน้นไปที่ประเด็นสำคัญข้างต้น ทีมวิจัยพบว่ายิ่งเส้นใยยาวขึ้นที่ความถี่หนักสูง การเรืองแสงของพัลส์เดียวจะยิ่งอ่อนลง ฮาร์มอนิกที่สามที่เหนี่ยวนำโดยไส้หลอดก็จะยิ่งแรงขึ้น และเกณฑ์ของการสลายการปลดปล่อยไฟฟ้าแรงสูงที่เหนี่ยวนำคือ ลดลง และกลไกทางกายภาพของช่องอากาศความถี่สูงที่มีความหนาแน่นต่ำถูกนำเสนอในเบื้องต้นผ่านผลสะสมของพัลส์ ［(A) การวิจัยโฟโตนิกส์ขั้นสูง 4, 2200338 (2023)].
ในงานวิจัยนี้ นักวิจัยได้คำนวณกระบวนการฟิลาเมนต์ของพัลส์เลเซอร์เฟมโตวินาทีแบบเดี่ยวโดยการจำลองเชิงตัวเลข ได้รับการกระจายเชิงพื้นที่ของความหนาแน่นพลาสมาของฟิลาเมนต์ คำนวณความร้อนของความซับซ้อนของพลาสมาตามความหนาแน่นของพลาสมา และรวมกับการนำความร้อน สมการเพื่อให้ได้ "รูความหนาแน่นต่ำ" ที่เกิดจากเส้นใยที่ความถี่การทำซ้ำต่างกัน ค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ของสมการจำลองเชิงตัวเลขสำหรับการส่งผ่านแบบไม่เชิงเส้นของพัลส์เลเซอร์เฟมโตวินาทีได้รับการแก้ไขโดย "รูที่มีความหนาแน่นต่ำ" เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ก่อตัวเป็นเส้นใยของพัลส์เลเซอร์ที่มีความถี่การทำซ้ำต่างกัน และปรากฏการณ์ที่ความเข้มของการก่อตัวเป็นเส้นใยของ บรรยากาศเลเซอร์ที่รุนแรงของ femtosecond เพิ่มขึ้นเมื่อพบความถี่การทำซ้ำที่เพิ่มขึ้น ด้วยการวัดการเรืองแสงของโมเลกุลไนโตรเจนและไอออนของไนโตรเจนที่เหนี่ยวนำโดยเส้นใยเพื่อระบุลักษณะความเข้มของแสงภายในเส้นใย การทดลองยืนยันความคาดหวังทางทฤษฎีและประสบความสำเร็จในการอธิบายกฎการแปรผันของความเข้มแสงภายในเส้นใยบรรยากาศที่เหนี่ยวนำโดยพัลส์เลเซอร์เฟมโตวินาทีที่มีการทำซ้ำต่างกัน ความถี่ ซึ่งเป็นพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ที่เชื่อถือได้สำหรับความเข้าใจเชิงลึกเกี่ยวกับเส้นใยในชั้นบรรยากาศของเลเซอร์เฟมโตวินาทีที่มีความถี่สูงซ้ำๆ และการพัฒนาแอปพลิเคชันใหม่
งานนี้ได้รับการสนับสนุนโดย National Natural Science Foundation of China, Key Program of International Cooperation of the Chinese Academy of Sciences และ the Science and Technology Program of Shanghai Municipality
รูปที่ 1 การคำนวณทางทฤษฎีของวิวัฒนาการเชิงพื้นที่ของความเข้มของการสร้างเส้นใยบรรยากาศของเลเซอร์เฟมโตวินาทีความถี่สูงที่ 100 Hz และ 1000 Hz สำหรับพลังงานพัลส์ที่แตกต่างกัน: (a) 0.1 mJ, (b) 0.2 mJ, (c) 0.7 mJ และ (d) 1.2 mJ
รูปที่ 2 ผลการทดลองของเลเซอร์ความถี่สูง 100 Hz และ 1,000 Hz การเปลี่ยนแปลงความเข้มเฉลี่ยของการส่งผ่านแบบไม่เชิงเส้นด้วยพลังงานพัลส์เลเซอร์ (a) และการเปลี่ยนแปลงความเข้มแสงภายในเส้นใยด้วยเลเซอร์ความถี่สูงที่พลังงานพัลส์เลเซอร์ 1.2 mJ (b) . (c) และ (d) เป็นผลการจำลองเชิงตัวเลขที่สอดคล้องกัน (e) การกระจายความหนาแน่นของโมเลกุลอากาศในบริเวณที่มีความหนาแน่นต่ำที่ความถี่การทำซ้ำที่แตกต่างกัน
