- •Московский государственный университет имени м.В. Ломоносова
- •1.2 Филаментация фемтосекундных импульсов в атмосфере
- •1.3 Филаментация частотно-модулированных импульсов
- •2.2 Численные методы решения задачи
- •3.2 Алгоритм распараллеливания задачи
- •3.3 Проверка эффективности работы алгоритма
- •3.4 Влияние значения порога ионизации на многофиламентацию импульса в турбулентной атмосфере
- •4.2 Методика расчета распространения частотно-модулированного импульса в турбулентной атмосфере на километровых трассах. Режим префиламентации.
- •4.3 Статистические характеристики «горячих точек» на километровых трассах
- •4.4 Характеристики множества филаментов в стационарном приближении
Московский государственный университет имени м.В. Ломоносова
ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА ОБЩЕЙ ФИЗИКИ И ВОЛНОВЫХ ПРОЦЕССОВ
Численное исследование процесса филаментации мощных фемтосекундных лазерных импульсов в турбулентной атмосфере на протяжённых трассах
Дипломная работа
студента 6-го курса
"Допущен к защите" "____ " декабря 2006 г. Зав. кафедрой ОФиВП ________________________
|
Научный руководитель:
_________________ |
Москва – 2007 г.
1. Введение
1.1 Явление филаментации
При распространении фемтосекундных лазерных импульсов, мощность которых превышает критическую мощность самофокусировки в среде, образуются протяженные нити или, как их принято называть, филаменты, в которых концентрируется значительная часть энергии падающего излучения. В воздухе длина филаментов, создаваемых импульсами Ti:Sapphire лазера, достигает сотен метров; их диаметр не превышает 100 мкм, интенсивность светового поля в филаменте составляет величину порядка 1013 Вт/см2, частотный спектр может перекрывать видимый и простираться в ближний инфракрасный диапазон длин волн [1, 2]. Излучение, создаваемое филаментом, обладает узкой направленностью, высокой степенью когерентности входящих в его состав спектральных компонент. Возможность получения световых импульсов с подобными характеристиками открыла серьезные перспективы применения фемтосекундного лазерного излучения в задачах мониторинга и зондирования атмосферы [3]. В настоящее время уже созданы широкополосные фемтосекундные лидары тераваттной мощности, позволяющие накапливать информацию о состоянии атмосферы во всем диапазоне длин волн от 400 нм до 4 мкм без необходимости перестраивать несущую частоту излучения, что принципиально расширяет информативность лазерного зондирования [4]. Еще одним практическим применением может стать создание так называемого управляемого громоотвода, позволяющего нейтрализовать грозовые облака [5].
При распространении мощного фемтосекундного импульса в условиях турбулентной атмосферы случайные флуктуации показателя преломления инициируют мелкомасштабную самофокусировку [6]. Рост интенсивности в нелинейном фокусе ограничивается дефокусировкой в лазерной плазме, возникающей вследствие многофотонной или туннельной ионизации молекул кислорода и азота. В результате пиковая интенсивность в филаменте не превышает значений 1014 Вт/см2 для импульсов ближнего ИК-диапазона с длиной волны 770–800 нм [7].
В прозрачных конденсированных средах под воздействием высокоинтенсивного лазерного излучения филамента может происходить необратимая локальная модификация показателя преломления, что позволяет создавать различные элементы микрооптики: волноводы [8, 9, 10], дифракционные решетки [11, 12], фотонные кристаллы [13, 14]. При высокой плотности энергии лазерного импульса, превышающей порог абляции, возможно сверление в металлах микроотверстий хорошего качества [15].