Propagación de filamentos

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Propagación de filamentos : en óptica no lineal , es la propagación de un haz de luz en un medio libre de difracción . Esto es posible, debido al efecto Kerr , que provoca un cambio en el índice de refracción en el medio, lo que resulta en un autoenfoque del haz. [una]

M. Gerscher descubrió por primera vez rastros de daño filiforme en el vidrio causado por pulsos de láser en 1964. [2] La propagación de pulsos láser en una atmósfera incandescente fue observada en 1994 por Gérard Mouroux y su equipo en la Universidad de Michigan . El equilibrio entre la refracción de autoenfoque y la difracción de autoabsorción en la ionización y rarefacción de un rayo láser de intensidad de teravatios producido por la amplificación de pulso chirrido en la atmósfera crea "filamentos" que actúan como guías de ondas para el rayo, evitando así la divergencia. Las teorías alternativas de que el filamento luminoso observado era en realidad una ilusión creada por un axiconal (Bessel) o un foco móvil en lugar de una concentración de energía óptica de "guía de ondas" fueron refutadas por trabajadores del Laboratorio Nacional de Los Álamos en 1997. [3] Aunque se han desarrollado modelos complejos para describir el proceso de filamentación, la teoría propuesta por Akozbek et al. [4] proporciona una solución semianalítica y fácil de entender para la propagación de fuertes pulsos de láser en el aire.

La propagación de filamentos en un medio semiconductor se observa en láseres de cavidad vertical con una gran apertura.

Filamentación láser de femtosegundo en medios gaseosos

Autoenfoque

El autoenfoque requiere una potencia láser máxima que supere la potencia crítica (del orden de los gigavatios en el aire [5] ); sin embargo, para los pulsos de nanosegundos infrarrojos (IR) con potencias máximas que superan la potencia crítica, el autoenfoque es imposible. La ionización multifotónica, el bremsstrahlung hacia atrás y la ionización por avalancha de electrones son los tres resultados principales de la interacción gas-láser. Los dos últimos procesos son interacciones de tipo colisión y requieren poco tiempo para completarse (picosegundo - nanosegundo). El pulso de nanosegundos es lo suficientemente largo como para causar la ruptura del aire antes de que la potencia alcance el orden de GW requerido para el autoenfoque. Cuando el gas decae, se forma plasma, que tiene un efecto absorbente y reflectante, por lo que se prohíbe el autoenfoque.

Propagación de filamentos en sistemas fotorreactivos

La formación y propagación de filamentos se puede observar en los sistemas de fotopolímeros. Dichos sistemas exhiben una no linealidad óptica similar a la de Kerr al aumentar el índice de refracción en función de la fotorreactividad. [6] Las fibras se forman como resultado del autoatrapamiento de haces individuales o de la inestabilidad de la modulación de un amplio perfil de luz. Se ha observado la propagación de filamentos en varios sistemas fotopolimerizables, incluidos organosiloxanos, [7] acrílicos, [8] epoxi y copolímeros con resinas epoxi, [9] y mezclas de polímeros. [10] [11] Las ubicaciones de formación y propagación del "filamento" se pueden controlar modulando el perfil espacial del campo de luz de entrada. Dichos sistemas fotorreactivos pueden producir filamentos a partir de luz incoherente espacial y temporalmente porque la respuesta lenta responde a la intensidad del campo óptico promediada en el tiempo, lo que hace que se difuminen las oscilaciones de femtosegundos. Esto es similar a los medios fotorrefractivos no instantáneos que propagan el filamento bajo una luz incoherente o parcialmente incoherente. [12]

Aplicaciones potenciales

Los filamentos, cuando se convierten en plasma, cambian un pulso láser de banda estrecha en uno de banda ancha y tienen un conjunto completamente nuevo de aplicaciones. Un aspecto interesante del plasma causado por la filamentación es la densidad electrónica limitada, que evita la ruptura óptica. [13] Este efecto es una fuente excelente para la espectroscopia de alta presión con un nivel de continuo bajo, así como menos ensanchamiento de línea. [14] Otra aplicación potencial es el monitoreo atmosférico LIDAR . [quince]

En julio de 2014, investigadores de la Universidad de Maryland informaron sobre el uso de pulsos de láser de femtosegundos de filamento en una disposición cuadrada para crear un gradiente de densidad en el aire que actuó como una guía de ondas ópticas con una duración del orden de unos pocos milisegundos. Los experimentos iniciales mostraron una amplificación de la señal del 50 % en comparación con una señal no guiada a una distancia de aproximadamente 1 metro. [dieciséis]

Enlaces externos

Notas

  1. ↑ Rashidian Vaziri, MR. Describiendo la propagación de pulsos láser intensos en medios Kerr no lineales utilizando el modelo de conductos  //  Laser Physics: revista. - 2013. - Vol. 23 , núm. 10 _ -doi : 10.1088 / 1054-660X/23/10/105401 . — .
  2. ↑ Hercher, M. Daño inducido por láser en medios transparentes  //  Diario de la Sociedad Óptica de América : diario. - 1964. - Vol. 54 .
  3. ↑ Xhao. CLEO '97 . , Resúmenes de trabajos presentados en la Conferencia sobre láseres y electro-óptica  . - 1997. - vol. 11.- ISBN 0-7803-4125-2 .
  4. ↑ N Aközbek, CM Bowden, A Talebpour, SL Chin, Propagación de pulsos de femtosegundos en el aire: análisis variacional, Phys. Rvdo. E 61 , 4540–4549 (2000)
  5. ↑ Chin, S.L. Avances en la filamentación láser intensa de femtosegundos en el aire  //  Laser Physics: revista. - 2012. - vol. 22 , núm. 1 . - Pág. 1-53 . -doi : 10.1134/ S1054660X11190054 . - .
  6. ↑ Kewitsch, Anthony S. Autoenfoque y autoatrapamiento de haces ópticos tras la fotopolimerización (EN) // Optics Letters . - 1996. - 1 de enero ( vol. 21 , núm. 1 ). - S. 24-6 . — ISSN 1539-4794 . -doi : 10.1364/ OL.21.000024 . — . —PMID 19865292 .
  7. ↑ Burgess, Ian B. Formación espontánea de patrones debido a la inestabilidad de la modulación de la luz blanca incoherente en un medio fotopolimerizable  //  Revista de la Sociedad Química Estadounidense : diario. - 2007. - 1 de abril ( vol. 129 , n. 15 ). - Pág. 4738-4746 . — ISSN 0002-7863 . -doi : 10.1021/ ja068967b . — PMID 17378567 .
  8. ↑ Biria, Said. Formación de patrones ópticos no lineales sintonizables y microestructura en sistemas de acrilato reticulados durante la polimerización por radicales libres  // The  Journal of Physical Chemistry C : diario. - 2016. - 3 de marzo ( vol. 120 , no. 8 ). - Pág. 4517-4528 . — ISSN 1932-7447 . -doi : 10.1021/ acs.jpcc.5b11377 .
  9. ↑ Basker, Dinesh K. Aparición espontánea de ondas de luz no lineales y microestructura de guía de onda autoinscrita durante la polimerización catiónica de epóxidos  // The  Journal of Physical Chemistry C : diario. - 2015. - 3 de septiembre ( vol. 119 , n. 35 ). - Pág. 20606-20617 . — ISSN 1932-7447 . -doi : 10.1021/ acs.jpcc.5b07117 .
  10. ↑ Biria, Said. La autocatálisis óptica establece dinámicas espaciales novedosas en la separación de fases de mezclas de polímeros durante el fotocurado  //  ACS Macro Letters : diario. - 2016. - 15 de noviembre ( vol. 5 , no. 11 ). - P. 1237-1241 . - doi : 10.1021/acsmacrolett.6b00659 .
  11. ↑ Biria, Said. Control de la morfología en mezclas de polímeros a través de la autoatrapamiento de luz: un estudio in situ de la evolución de la estructura, la cinética de la reacción y la separación de fases  //  Macromoléculas: revista. - 2017. - 9 de mayo ( vol. 50 , núm. 9 ). - Pág. 3617-3626 . — ISSN 0024-9297 . -doi : 10.1021/ acs.macromol.7b00484 . - .
  12. ↑ Solitones espaciales / Ed. de S. Trillo, W. Torruellas. - Springer, 2001. - (Serie Springer en Ciencias Ópticas). — ISBN 9783540416531 .
  13. ↑ A. Talebpour et al., Límites de enfoque de pulsos láser ultrarrápidos intensos en un gas a alta presión: camino hacia una nueva fuente espectroscópica, 2000, Optics Communications, 183:479–484
  14. ↑ A. Talebpour et al., Espectroscopia de los gases que interactúan con pulsos láser de femtosegundos intensos, 2001, Laser Physics, 11:68–76
  15. ↑ L. Wöstea, S. Freyb, J. Wolf, LIDAR-Monitoreo del aire con canales de plasma de femtosegundos, Avances en física atómica, molecular y óptica, 2006, 53:413–441
  16. ↑ (e) Noticias científicas