Influence of femtosecond laser pulse filament on liquid-drop aerosol.pdf Перенос световой энергии на большие расстояния и лазерное зондирование окружающей среды входят в число основных проблем современной атмосферной оптики, связанных с лазерной тематикой. Для решения этих проблем в ведущих научных центрах мира активно применяются технологии лазерной филаментации фемтосекундных импульсов. Основные механизмы явления филаментации и сопровождающие его процессы к настоящему времени достаточно хорошо изучены [1]. Из опубликованных работ, связанных с применением явления филаментации в реальной атмосфере, видно, что их недостаточно. Кроме того, результаты в основном получены в численных экспериментах, например [2]. В связи с этим, задача лабораторного и натурного исследования распространения филаментов фемтосекундных импульсов в аэрозольной среде является актуальной. В проблеме доставки световой энергии на большие расстояния имеется ряд малоисследованных областей. В первую очередь, сюда следует отнести исследования воздействия на облака и туманы фемтосекундных импульсов [3] и просветления капельных сред во взрывных режимах разрушения конденсированной фазы [4]. Схема установки, на которой проводились эксперименты в данной работе, представлена на рис. 1. Рис. 1. Схема экспериментальной установки: 1 - Ti:Sa-лазер; 2 - генератор аэрозоля; 3 - фотоаппарат; 4 - микрофон; 5 - осциллограф Излучение Ti:Sa-лазера с длиной волны λ ≈ 0.8 мкм и длительностью ∆t ≈ 50 фс направлялось на струю водного аэрозоля, производимого генератором аэрозоля. Энергия лазера повышалась с 3.5 до 7 мДж. Изменения среды в зоне взаимодействия филамента с аэрозолем регистрировались фотоаппаратом. С помощью микрофона и осциллографа регистрировался акустический сигнал, сопровождающий взаимодействие филамента и аэрозольной струи. На рис. 2 представлены фотографии филамента, проходящего в воздушной среде без аэрозоля и проходящего через струю жидко-капельного аэрозоля. Рис. 2. Филамент, проходящий по воздуху (а) и через жидко-капельный аэрозоль (б) На этом же рисунке представлена линейка, которая использовалась для определения размеров филаментов. Более детальное изображение, представленное на рис 2, б, показано на рис. 3, из которого видно, что под действием филамента происходит разбиение струи жидко-капельного аэрозоля. Вероятной причиной разбиения струи является образование взрывной волны при взрыве аэрозольных частиц [5]. Рис. 3. Разбиение струи водного аэрозоля фемтосекундным импульсом в режиме филаментации Зависимость величины акустического сигнала от энергии фемтосекундного импульса накачки (рис. 4) показывает, что, начиная с энергии фемтосекундного импульса 4.5 мДж, скорость роста кривой зависимости резко увеличивается, что свидетельствует о начале режима взрывного разрушения аэрозоля, т.е. образуемая взрывная волна раздвигает аэрозольную струю, создавая при этом просветление канала. Рис. 4. Зависимость величины акустического сигнала от энергии фемтосекундного импульса в водном аэрозоле Таким образом, в результате экспериментов было зафиксировано разбиение струи водного аэрозоля на две под действием филамента фемтосекундного импульса, получена зависимость величины акустического сигнала от энергии фемтосекундного импульса, по которой был определен порог взрыва водного аэрозоля, равный 4.5 мДж.

Скачать электронную версию публикации