Жуков В.П.   Булгакова Н.М.   Федорук М.П.   Рубенчик А.М.  

Воздействие тороидального лазерного импульса на стекло

Докладчик: Жуков В.П.

Изменение свойств прозрачных материалов под воздействием мощных лазерных импульсов широко используется в технологиях. В настоящей работе изучается режим, когда излучение сфокусировано вглубь материала. Известно, что в этом режиме в случае гауссовой формы лазерного пучка по пространству и времени наблюдается эффект клампинга: начиная с некоторой энергии импульса дальнейшее увеличение энергии, приводит к увеличению области эффективного поглощения излучения стеклом, но не к увеличению максимальной локальной плотности поглощенной энергии. Также известно, что форма импульса (отличие распределения интенсивности лазерной волны по радиусу и времени от гауссова, нарушение аксиальной симметрии в импульсах с наклонным фронтом и т.п.) может существенно влиять на взаимодействие пучка со стеклом.
В настоящей работе путем численного моделирования изучается динамика фемтосекундных лазерных импульсов кольцевой формы (doughnut shape), сфокусированных вглубь стекла. В этом случае при малых амплитудах импульса излучение сосредоточено в области в форме тора (кольца), большой и малый радиус которого сжимаются по мере распространения импульса к фокусной области. При достижении определенного уровня интенсивности происходит образование плазмы электронов проводимости, активно поглощающей излучение. В отличие от пучков гауссова типа излучение, рассеянное на плазме в этом случае, частично направленно к оптической оси и не уходит из области поглощения, а оказывается запертым внутри кольца. Таким образом, эффект клампинга преодолевается: плотность поглощенной энергии оказывается на порядок больше, чем в случае импульса гауссовой формы с той же энергией.
Математическая модель представляет собой нелинейные уравнения Максвелла, дополненные уравнениями гидродинамики для плазмы электронов проводимости, учитывающими фото- и ударную ионизации, эффект Керра и другие важные процессы, происходящие в нелинейной среде под действием излучения.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 15-01-02432).


К списку докладов