高階克爾效應(yīng)非線性折射率的變化對激光脈沖在氮氣中傳輸?shù)挠绊?/h1>
2015-04-13 19:14:31王樂林文斌亓協(xié)興
現(xiàn)代電子技術(shù) 2015年1期 關(guān)鍵詞：氮氣
王樂 林文斌 亓協(xié)興
摘 要： 強飛秒激光脈沖在氮氣傳輸時會受到線性和非線性效應(yīng)的影響，其中非線性高階克爾效應(yīng)頗為重要。基于一個二維軸對稱激光傳輸模型對強飛秒激光在氮氣中的傳輸進行數(shù)值模擬，研究了高階克爾效應(yīng)各項非線性折射率的變化對激光傳輸?shù)挠绊憽?/p>
關(guān)鍵詞： 氮氣； 高階克爾效應(yīng)； 傳輸模型； 非線性折射率
中圖分類號： TN911.7?34； E963 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）01?0125?02
Abstract： The transmission of an intense femtosecond laser pulse in nitrogen may be influenced by linear and nonlinear effect， in which the higher?order Kerr effect plays an important role. A 2?D axial symmetric laser transmission model was used to carry out numerical simulation for transmission of intense femtosecond laser pulse in nitrogen. The impact of the nonlinear refractive index of higher?order Kerr effect on the femtosecond laser pulse′s transmission in nitrogen is investigated in this paper.
Keywords： nitrogen； higher?order Kerr effect； transmission model； nonlinear refractive index
0 引 言
強飛秒激光在氣體中傳輸時受到線性和非線性效應(yīng)的影響，會使激光脈沖縮短、脈沖分裂和激光成絲。在非線性效應(yīng)中，高階克爾效應(yīng)顯得格外重要，國內(nèi)外對于高階克爾效應(yīng)正處于研究階段[1?4]。高階克爾效應(yīng)中各項非線性折射率與光強的關(guān)系可以寫為[ΔNkerr=n2I+n4I+n6I+n8I+…，]其中[I]為激光光強，[n2，][n4，][n6，][n8]為非線性折射率系數(shù)。[n2，][n6]通常是正數(shù)，在強場區(qū)域中會導(dǎo)致折射率的增加，使激光產(chǎn)生聚焦現(xiàn)象。[n4，][n8]通常是負數(shù)，在強場區(qū)域中會導(dǎo)致折射率的減少，使激光產(chǎn)生散焦現(xiàn)象。早期人們在研究激光的傳輸特性時，通常只考慮[n2，]隨著Loriot 等人[5]測量出在[N2]中的高階指數(shù)方面的非線性折射率系數(shù)（見表1），最近幾年人們又開始關(guān)注高階克爾效應(yīng)的影響。
本文通過改變高階克爾效應(yīng)各項非線性折射率的系數(shù)，來研究其對強飛秒激光脈沖在氮氣中傳輸?shù)挠绊憽?/p>
1 激光傳輸模型
為了說明這三種情況下非線性折射率系數(shù)對激光傳輸?shù)挠绊懼g的差異，分別從軸上光強隨傳輸距離的變化和在不同傳輸距離時激光脈沖在時空上的變化這兩個方面進行了研究。
圖1所示為三種不同情況下激光光強隨傳輸距離的變化。由圖1可知，三種情況下的光強隨傳輸距離的變化都經(jīng)歷了光強增大、光強變化很小和光強減小的三個階段，第一種情況和第二種情況都很明顯，第三種情況在第二個階段卻幾乎沒有出現(xiàn)。第一種情況光強的最大值很明顯大于其他兩種情況，且與第三種情況相差很大，三種情況光強最大值分別出現(xiàn)在傳輸距離大約1.8 m、1.4 m和3.1 m處，第一種情況與第三種情況相差了大約1.3 m的傳輸距離。圖2為三種情況下激光光強隨傳輸距離的時空變化，可以看出，在2.5 m處第一種和第二種情況在時間方向上都產(chǎn)生了明顯的分裂，而第三種情況在3.5m處才產(chǎn)生不太明顯的分裂，且在分裂的過程中前兩種情況都比第三種情況劇烈。
3 結(jié) 論
本文通過改變高階克爾效應(yīng)各項非線性折射率系數(shù)，研究了其對激光在氮氣中傳輸特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，雖然系數(shù)變化不是很大，但是對于激光在氮氣中傳輸特性的影響卻有很大的差異，這是不容忽視的。這一結(jié)論對以后人們在研究高階克爾效應(yīng)對激光傳輸特性的影響選用非線性折射率大小時提供了參考依據(jù)。
參考文獻
[1] KASPARIAN J， SAUERBREY R， CHIN S L. The critical laser intensity of self?guided light filaments in air [J]. Applied Physics B， 2000， 71（6）： 877?879.
[2] THBERGEL F， LIU W， TR.SIMARD P， et al. Plasma density inside a femtosecond laser filament in air： strong dependence [J]. Physics Review E， 2006， 74： 036406.
[3] NURHUDA M， SUDA A， MIDORIKAWA K. Generalization of the Kerr effect for high intensity， ultrashort laser pulses [J]. New Journal of Physics， 2008， 10： 053006.
[4] WANG H， FAN C， ZHANG P， et al. Dynamics of femtose?cond filamentation with higher?order Kerr response [J]. Journal of Opt Soc Am B， 2011， 28（9）： 2081?2086.
[5] LORIOT V， HERTZ E， FAUCHER O， et al. Measurement of high order Kerr refractive index of major air components： erratum [J]. Opt Express， 2010， 18（3）： 3011?3012.
[6] XI T T， LU X， ZHANG J. Interaction of light filaments gene?rated by femtosecond laser pulses in air [J]. Phys Rev Letters， 2006， 96： 025003.
[7] TZORTZAKIS S， BERGE L， COUAIRON A， et al. Breakup and fusion of self?guided femtosecond light pulses in air [J]. Phys Rev Letters， 2001， 86（24）： 5470.
猜你喜歡
空氣中氮氣最多 為何人類不吸氮青少年科技創(chuàng)新報(2024年32期)2024-10-16 00:00:00 一種空氣分離裝置中的污氮氣用脫氧裝置低溫與特氣(2022年2期)2022-11-26 08:07:41 鋼企冷軋廠保安氮氣管網(wǎng)方案探討冶金動力(2022年3期)2022-06-24 06:53:06 略談油田氮氣開采 技術(shù)的運用化工管理(2020年7期)2020-01-15 12:12:27 輕如氮氣 曼富圖Nitrotech N8 液壓云臺體驗攝影之友(影像視覺)(2017年8期)2017-11-27 02:08:33 海上平臺氮氣系統(tǒng)流程工藝當(dāng)代化工研究(2016年5期)2016-03-20 16:21:32 氮氣源控制柜流程優(yōu)化化工管理(2015年14期)2015-08-15 00:51:32 氮氣泡沫壓裂液性能及應(yīng)用評價天然氣勘探與開發(fā)(2015年1期)2015-02-28 17:00:44 細菌的天敵—氮氣小天使·六年級語數(shù)英綜合(2014年10期)2014-10-20 07:03:37 真空多層絕熱管道氮氣置換技術(shù)的研究機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新(2014年5期)2014-03-11 16:42:31
王樂 林文斌 亓協(xié)興
摘 要： 強飛秒激光脈沖在氮氣傳輸時會受到線性和非線性效應(yīng)的影響，其中非線性高階克爾效應(yīng)頗為重要。基于一個二維軸對稱激光傳輸模型對強飛秒激光在氮氣中的傳輸進行數(shù)值模擬，研究了高階克爾效應(yīng)各項非線性折射率的變化對激光傳輸?shù)挠绊憽?/p>
關(guān)鍵詞： 氮氣； 高階克爾效應(yīng)； 傳輸模型； 非線性折射率
中圖分類號： TN911.7?34； E963 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）01?0125?02
Abstract： The transmission of an intense femtosecond laser pulse in nitrogen may be influenced by linear and nonlinear effect， in which the higher?order Kerr effect plays an important role. A 2?D axial symmetric laser transmission model was used to carry out numerical simulation for transmission of intense femtosecond laser pulse in nitrogen. The impact of the nonlinear refractive index of higher?order Kerr effect on the femtosecond laser pulse′s transmission in nitrogen is investigated in this paper.
Keywords： nitrogen； higher?order Kerr effect； transmission model； nonlinear refractive index
0 引 言
強飛秒激光在氣體中傳輸時受到線性和非線性效應(yīng)的影響，會使激光脈沖縮短、脈沖分裂和激光成絲。在非線性效應(yīng)中，高階克爾效應(yīng)顯得格外重要，國內(nèi)外對于高階克爾效應(yīng)正處于研究階段[1?4]。高階克爾效應(yīng)中各項非線性折射率與光強的關(guān)系可以寫為[ΔNkerr=n2I+n4I+n6I+n8I+…，]其中[I]為激光光強，[n2，][n4，][n6，][n8]為非線性折射率系數(shù)。[n2，][n6]通常是正數(shù)，在強場區(qū)域中會導(dǎo)致折射率的增加，使激光產(chǎn)生聚焦現(xiàn)象。[n4，][n8]通常是負數(shù)，在強場區(qū)域中會導(dǎo)致折射率的減少，使激光產(chǎn)生散焦現(xiàn)象。早期人們在研究激光的傳輸特性時，通常只考慮[n2，]隨著Loriot 等人[5]測量出在[N2]中的高階指數(shù)方面的非線性折射率系數(shù)（見表1），最近幾年人們又開始關(guān)注高階克爾效應(yīng)的影響。
本文通過改變高階克爾效應(yīng)各項非線性折射率的系數(shù)，來研究其對強飛秒激光脈沖在氮氣中傳輸?shù)挠绊憽?/p>
1 激光傳輸模型
為了說明這三種情況下非線性折射率系數(shù)對激光傳輸?shù)挠绊懼g的差異，分別從軸上光強隨傳輸距離的變化和在不同傳輸距離時激光脈沖在時空上的變化這兩個方面進行了研究。
圖1所示為三種不同情況下激光光強隨傳輸距離的變化。由圖1可知，三種情況下的光強隨傳輸距離的變化都經(jīng)歷了光強增大、光強變化很小和光強減小的三個階段，第一種情況和第二種情況都很明顯，第三種情況在第二個階段卻幾乎沒有出現(xiàn)。第一種情況光強的最大值很明顯大于其他兩種情況，且與第三種情況相差很大，三種情況光強最大值分別出現(xiàn)在傳輸距離大約1.8 m、1.4 m和3.1 m處，第一種情況與第三種情況相差了大約1.3 m的傳輸距離。圖2為三種情況下激光光強隨傳輸距離的時空變化，可以看出，在2.5 m處第一種和第二種情況在時間方向上都產(chǎn)生了明顯的分裂，而第三種情況在3.5m處才產(chǎn)生不太明顯的分裂，且在分裂的過程中前兩種情況都比第三種情況劇烈。
3 結(jié) 論
本文通過改變高階克爾效應(yīng)各項非線性折射率系數(shù)，研究了其對激光在氮氣中傳輸特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，雖然系數(shù)變化不是很大，但是對于激光在氮氣中傳輸特性的影響卻有很大的差異，這是不容忽視的。這一結(jié)論對以后人們在研究高階克爾效應(yīng)對激光傳輸特性的影響選用非線性折射率大小時提供了參考依據(jù)。
參考文獻
[1] KASPARIAN J， SAUERBREY R， CHIN S L. The critical laser intensity of self?guided light filaments in air [J]. Applied Physics B， 2000， 71（6）： 877?879.
[2] THBERGEL F， LIU W， TR.SIMARD P， et al. Plasma density inside a femtosecond laser filament in air： strong dependence [J]. Physics Review E， 2006， 74： 036406.
[3] NURHUDA M， SUDA A， MIDORIKAWA K. Generalization of the Kerr effect for high intensity， ultrashort laser pulses [J]. New Journal of Physics， 2008， 10： 053006.
[4] WANG H， FAN C， ZHANG P， et al. Dynamics of femtose?cond filamentation with higher?order Kerr response [J]. Journal of Opt Soc Am B， 2011， 28（9）： 2081?2086.
[5] LORIOT V， HERTZ E， FAUCHER O， et al. Measurement of high order Kerr refractive index of major air components： erratum [J]. Opt Express， 2010， 18（3）： 3011?3012.
[6] XI T T， LU X， ZHANG J. Interaction of light filaments gene?rated by femtosecond laser pulses in air [J]. Phys Rev Letters， 2006， 96： 025003.
[7] TZORTZAKIS S， BERGE L， COUAIRON A， et al. Breakup and fusion of self?guided femtosecond light pulses in air [J]. Phys Rev Letters， 2001， 86（24）： 5470.
猜你喜歡
青少年科技創(chuàng)新報(2024年32期)2024-10-16 00:00:00
低溫與特氣(2022年2期)2022-11-26 08:07:41
冶金動力(2022年3期)2022-06-24 06:53:06
化工管理(2020年7期)2020-01-15 12:12:27
攝影之友(影像視覺)(2017年8期)2017-11-27 02:08:33
當(dāng)代化工研究(2016年5期)2016-03-20 16:21:32
化工管理(2015年14期)2015-08-15 00:51:32
天然氣勘探與開發(fā)(2015年1期)2015-02-28 17:00:44
小天使·六年級語數(shù)英綜合(2014年10期)2014-10-20 07:03:37
機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新(2014年5期)2014-03-11 16:42:31
