Gần đây, một nhóm nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm Trọng điểm Nhà nước về Vật lý Laser Trường mạnh,Viện quang học và máy móc chính xác Thượng Hải, Viện Khoa học Trung Quốc, đã phát hiện ra hiện tượng tần số lặp lại của laser càng cao thì cường độ quang học của dây tóc càng cao trong quá trình tạo dây tóc bằng laser femto giây tần số cao mJ và dây tóc khí quyển, đồng thời đưa ra dây tóc khí quyển bằng laser femto giây hiệu ứng tích lũy xung dựa trên "lỗ mật độ thấp". Một hình ảnh vật lý về hiệu ứng tích lũy xung dây tóc trong khí quyển dựa trên "các lỗ mật độ thấp" được trình bày. Các bài báo liên quan đã được xuất bản trongKhoa học và Kỹ thuật Laser Công suất cao.
Với sự phát triển nhanh chóng của laze femto giây tần số cao kHz và thậm chí 100kHz, dây tóc khí quyển bằng laze femto giây tần số cao mang đến những cơ hội chưa từng có để xử lý laze, giao tiếp xuyên sương mù, tạo mưa đám mây laze, sét laze và các ứng dụng khác . Do sự thư giãn quang nhiệt ở quy mô mili giây của các phân tử không khí, hiệu ứng tích lũy xung trong quá trình tạo dây tóc trong khí quyển của laser femto giây tần số cao là không thể tránh khỏi và hiểu sâu về tác động của hiệu ứng tích lũy xung đối với quá trình laser tần số cao dây tóc là chìa khóa để phát triển hơn nữa các ứng dụng mới của dây tóc khí quyển bằng laser. Tập trung vào các vấn đề chính trên, nhóm nghiên cứu đã tiến hành tạo sợi khí quyển bằng tia laser femto giây có tần số lớn lên tới 100 kHz và năng lượng xung 0,4 mJ. Nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng dây tóc càng dài ở tần số nặng càng cao thì huỳnh quang của một xung đơn lẻ càng yếu, sóng hài thứ ba do dây tóc tạo ra càng mạnh và ngưỡng của sự cố phóng điện cao áp gây ra là giảm và cơ chế vật lý của kênh không khí tần số cao ở mật độ thấp ban đầu được đề xuất thông qua hiệu ứng tích lũy xung ［(A). Nghiên cứu Quang tử nâng cao 4, 2200338 (2023)].
Trong công trình này, các nhà nghiên cứu đã tính toán quá trình tạo dây tóc của một xung laser đơn femto giây bằng mô phỏng số, thu được sự phân bố không gian của mật độ plasma dây tóc, tính toán nhiệt độ phức tạp của plasma dựa trên mật độ plasma và kết hợp với sự dẫn nhiệt. phương trình để thu được "các lỗ mật độ thấp" do dây tóc tạo ra ở các tần số lặp lại khác nhau. Các hệ số tương quan của phương trình mô phỏng số đối với việc truyền phi tuyến các xung laser femto giây được hiệu chỉnh bằng "các lỗ mật độ thấp" để thu được kết quả hình thành dây tóc của các xung laser với các tần số lặp lại khác nhau và hiện tượng cường độ hình thành dây tóc của bầu khí quyển laser cường độ cao của giây tăng lên cùng với sự gia tăng của tần số lặp lại được tìm thấy. Bằng cách đo sự phát huỳnh quang của các phân tử nitơ và ion nitơ do dây tóc tạo ra để đặc trưng cho cường độ ánh sáng bên trong dây tóc, các thí nghiệm đã xác nhận kỳ vọng lý thuyết và giải thích thành công quy luật biến thiên của cường độ ánh sáng bên trong dây tóc khí quyển gây ra bởi các xung laser femto giây với sự lặp lại khác nhau cung cấp cơ sở khoa học đáng tin cậy để hiểu sâu hơn về dây tóc khí quyển của laser femto giây tần số lặp lại cao và sự phát triển các ứng dụng mới của chúng.
Công trình này được hỗ trợ bởi Quỹ Khoa học Tự nhiên Quốc gia Trung Quốc, Chương trình Hợp tác Quốc tế Trọng điểm của Viện Khoa học Trung Quốc và Chương trình Khoa học và Công nghệ của Thành phố Thượng Hải.
Hình 1 Các tính toán lý thuyết về sự phát triển không gian của cường độ hình thành dây tóc trong khí quyển của laser femto giây tần số nặng ở 100 Hz và 1000 Hz đối với các năng lượng xung khác nhau: (a) 0,1 mJ, (b) 0,2 mJ, (c) 0,7 mJ và (d) 1,2 mJ.
Hình 2 Kết quả thí nghiệm về sự biến thiên cường độ trung bình truyền phi tuyến của laze tần số nặng 100 Hz và 1000 Hz với năng lượng xung laze (a) và sự biến đổi cường độ ánh sáng bên trong dây tóc bằng laze tần số nặng ở năng lượng xung laze là 1,2 mJ (b) . (c) và (d) là các kết quả mô phỏng số tương ứng. ( e ) Phân bố mật độ của các phân tử không khí trong vùng mật độ thấp ở các tần số lặp lại khác nhau.
