ИСТИНА

Основной целью настоящего проекта является исследование множественного фемтосекундного филамента и суперфиламента лазерного излучения тераваттной мощности на атмосферной трассе длиной от 10 до 30 м, в том числе в режиме регуляризованной филаментации и постфиламентации, с точки зрения энерговклада в среду и создания условий для удаленной генерации направленного терагерцевого излучения. Задачами исследований будут: 1. Создание экспериментального стенда для проведения исследований филаментации тераваттного фемтосекундного лазерного излучения на протяженной атмосферной трассе, а именно, вакуумного тракта для доставки пучка на прямую протяженную трассу (коридор) и мобильного диагностического стенда, включающего широкополосную акустическую диагностику, высоковольтный блок для генерации терагерцевого сигнала и комплекс методик регистрации терагерцевого импульса, измерителя энергии, моды и спектра лазерного излучения в определенном сечении по трассе. 2. Исследование трансформации спектра и моды излучения вдоль трассы в различных режимах филаментации и фокусировки (одиночный и множественный стохастический филаменты, регуляризованныйфиламент, суперфиламент, чирпированный импульс). 3. Исследование энерговклада в среду методом широкополосной акустической диагностики вдоль трассы в различных режимах филаментации. 4. Исследование генерации терагерцевого излучения (энергия, угловая диаграмма, спектр) вдоль трассы в различных режимах филаментации.

The main goal of this project is to study multiple femtosecond filament and super-filament of terawatt power laser radiation on an atmospheric path with a length of 10 over 30 m, including in the regime of regularized filamentation and post-filamentation, from the point of view of energy input into the environment and creation of conditions for the remote generation of directional terahertz radiation. Research objectives will be: 1. Creation of an experimental stand for conducting research on the filamentation of terawatt femtosecond laser radiation over an extended atmospheric path, namely, a vacuum path for delivering a beam to a direct extended path (corridor) and a mobile diagnostic stand, including broadband acoustic diagnostics, a high-voltage unit for generating a terahertz signal and a set of techniques for recording a terahertz pulse, an energy meter, a mode and a spectrum of laser radiation in a certain section along the path. 2. Investigation of the transformation of the spectrum and radiation mode along the path in various filamentation and focusing modes (single and multiple stochastic filaments, regularized filament, superfilament, chirped pulse). 3. Investigation of the energy input into the medium by the method of broadband acoustic diagnostics along the route in various filamentation modes. 4. Study of the generation of terahertz radiation (energy, angular diagram, spectrum) along the path in various filamentation modes. To form the filament, terawatt laser radiation with a wavelength of 800 nm, a pulse duration of 55 fs, a pulse repetition rate of 10 Hz, and an pulse energy of up to 30 mJ will be used. Research will be carried out using the original broadband acoustic method, the method of detecting THz radiation, the optical radiation mode, and the spectrum of the filament. The relative concentration of electrons in the filament channel, the number of filaments in the multiple filament, the transverse size of individual filaments, and the energy input into the medium will be determined. Special attention will be paid to the applicability of multiple (including regularized) filament and superfilament as a source of directed THz radiation.

1. создание лабораторной протяженной трассы и мобильного диагностического стенда с широким набором диагностик для исследования филаментации тераваттного фемтосекундного лазерного излучения. 2. определение влияния режимов формирования филамента (фокусировка, мощность пучка, чирп, модуляция волнового фронта) на его характеристики и энерговклад в среду. Основная научная значимость этих результатов состоит в развитии общей физической картины множественной филаментации на протяженных трассах за счет применения комплексной диагностики, а также в нахождении режимов максимального энерговклада в среду. Эти результаты могут быть использованы в дальнейшем для задач дистанционной диагностики объектов методами спектроскопии оптического пробоя LIBS, удаленного поджига разряда и др. 3. определение влияния режимов формирования филамента (фокусировка, мощность пучка, чирп, модуляция волнового фронта) на характеристики формируемого терагерцевого излучения. Научная значимость данных результатов состоит в оптимизации режима генерации терагерцевого излучения на протяженной трассе, нахождении взаимосвязи характеристик терагерцевого излучения филамента с его другими параметрами (спектром основного излучения, энерговкладом и т.д.). Практическая значимость этого результата связана с созможностью создания эффективного направленного терагерцевого источника на заданном расстоянии от лазерного излучателя.

В лаборатории был разработан акустический метод исследования филамента с использованием широкополосного акустического пьезоприемника [Uryupina D. S. et al. //Laser physics letters. – 2016. – Т. 13. – №. 9. – С. 095401.]. Этот метод позволяет по амплитуде и ширине акустического сигнала определять ширину, объемную плотность энергии теплового источника. Этот тепловой источник акустического сигнала образуется при релаксации плазмы филамента, объемная плотность энергии в тепловом источнике пропорциональна концентрации плазмы филамента. Также было предложено использование акустического метода как альтернативного метода для определения стабильности пучка [Pushkarev D. et al. //Laser Physics Letters. – 2018. – Т. 15. – №. 2. – С. 025401.]. В [Pushkarev D. et al. //Laser Physics Letters. – 2018. – Т. 15. – №. 4. – С. 045402.] проводилось сравнение филаментов, сформированных амплитудной и фазовой маской. Фазовая маска представляла собой пластинку, разделенную на 4 части с фазовым сдвигом между частями равным π. Филамент исследовался с помощью метода регистрации моды излучения. В случае обеих масок формировались 4 филамента. В случае амплитудной маски в дальней зоне наблюдалось одиночное пятно в центре, что означало слияние филаментов с образованием суперфиламента. В случае фазовой маски же в дальней зоне наблюдались 4 пучка, повторяющие падающие пучки, что означало то, что слияние филаментов не происходило. Было проведено масштабное исследование суперфиламента с помощью метода регистрации моды излучения и акустического метода [Pushkarev D. et al. //New Journal of Physics. – 2019. – Т. 21. – №. 3. – С. 033027.]. Стохастический и регуляризованный с помощью амплитудной маски филаменты исследовались с помощью акустического метода и регистрации распределения интенсивности пучка (моды излучения). Исследовался переход от линейного распространения лазерного пучка к суперфиламенту и распад суперфиламента. Внешняя фокусировка была аналогичная (F=3 м, размер пучка 7 мм, F/D=428).