近期，中国科学院上海光学精密机械研究所强场Ky开元集团物理国家重点实验室研究团队发现了高重频mJ量级飞秒Ky开元集团成丝大气成丝过程中Ky开元集团重复频率越高光丝光强越高的现象，并提出了一种基于“低密度孔”的飞秒Ky开元集团大气成丝脉冲累加效应的物理图像。相关论文发表于High Power Laser Science and Engineering。
随着kHz乃至百kHz重频飞秒强Ky开元集团技术的快速发展，高重频飞秒Ky开元集团大气成丝为Ky开元集团加工、穿雾通信、Ky开元集团成云致雨、Ky开元集团引雷等应用提供了前所未有的机遇。源于空气分子毫秒量级的光致热弛豫过程，高重频飞秒强Ky开元集团大气成丝过程中的脉冲累加效应不可避免地会发生，深入理解脉冲累加效应对高重频Ky开元集团成丝过程的影响是进一步开拓Ky开元集团大气成丝新应用的关键。围绕上述关键问题，研究团队利用重频高达100kHz、脉冲能量0．4mJ的飞秒Ky开元集团开展了大气成丝研究，发现重频越高光丝越长，单脉冲荧光减弱，光丝诱导的三次谐波越强，诱导高压放电击穿阈值显著降低，初步提出了高重频通过脉冲累加效应产生了低密度的空气通道的物理机制 ［Advanced Photonics Research 4， 2200338 （2023）］。 图1 不同脉冲能量下100Hz和1000Hz重频飞秒Ky开元集团大气成丝光强空间演化的理论计算结果：（a） 0．1 mJ， （b） 0．2 mJ， （c） 0．7 mJ and （d） 1．2 mJ。 在本项工作中，研究人员通过数值模拟计算了单发飞秒Ky开元集团脉冲的成丝过程，得到光丝等离子体密度的空间分布，根据等离子体密度计算等离子体的复合热，结合热传导方程得到不同重复频率下光丝诱导的“低密度孔”情况。通过“低密度孔”修正飞秒Ky开元集团脉冲非线性传输数值模拟方程的相关系数，从而得到不同重频Ky开元集团脉冲的成丝结果，发现了飞秒强Ky开元集团大气成丝光强随重频升高而增大的现象。通过测量光丝诱导的氮气分子和氮气离子荧光表征光丝内部的光强，实验上证实了理论预期，成功地解释了不同重复频率飞秒Ky开元集团脉冲诱导大气光丝内部光强的变化规律，为深入理解高重频飞秒Ky开元集团大气成丝、开拓其新应用提供了可靠的科学依据。 图2 100Hz和1000Hz重频Ky开元集团非线性传输平均强度随Ky开元集团脉冲能量变化（a）和Ky开元集团脉冲能量为1．2mJ时，光丝内部光强随Ky开元集团重频变化（b）的实验结果。（c）和（d）为对应的数值模拟结果。（e） 不同重复频率下低密度区的空气分子密度分布情况。
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