Генерация третьей гармоники при фокусировке фемтосекундного излучения с длиной волны 1032 нм в воздухе

В открытых публикациях представлены результаты исследований по генерации третьей гармоники в воздухе от фемтосекундного лазерного излучения. Большинство исследований проведено с использованием титан-сапфирового лазера с центральной длиной волны излучения 800 нм. В настоящей работе впервые представлены результаты исследований генерации третьей гармоники в воздухе от лазерного излучения с длиной волны 1032 нм. Источником лазерного излучения выступал иттербиевый фемтосекундный лазер, который формировал импульсы длительностью примерно 250 фс с частотой следования 1 кГц. Средняя выходная мощность лазера достигала 1750 мВт. Максимальная пиковая интенсивность возбуждающего лазерного излучения составляла до 10 ТВт/см². При фокусировке лазерного излучения происходила его филаментация, которая сопровождалась генерацией излучения третьей гармоники на длине волны 344 нм. Исследованы спектральные, энергетические и пространственные характеристики генерируемого излучения третьей гармоники. Энергетические измерения проводились вплоть до пороговых мощностей излучения накачки, при которых начинали возникать конкурирующие нелинейные процессы в оптических элементах схемы экспериментальной установки. Максимальная средняя мощность излучения третьей гармоники составила 1,52 мВт при эффективности преобразования в третью гармонику около 0,085 %. Профиль пучка в дальней зоне имел симметричный гауссов профиль с расходимостью излучения 0,11 мрад, что соответствует дифракционному качеству пучка (M² ≈ 1)

Работа выполнена при поддержке РНФ (грант № 19-12-00242)

Литература

[1] Couairon A., Mysyrowicz A. Femtosecond filamentation in transparent media. Phys. Rep., 2007, vol. 441, iss. 2-4, pp. 47--189. DOI: https://doi.org/10.1016/j.physrep.2006.12.005

[2] Backus S., Peatross J., Zeek Z., et al. 16-fs, 1-mJ ultraviolet pulses generated by third-harmonic conversion in air. Opt. Lett., 1996, vol. 21, iss. 9, pp. 665--667. DOI: https://doi.org/10.1364/OL.21.000665

[3] Fedotov A.B., Koroteev N.I., Loy M.M.T., et al. Saturation of third-harmonic generation in a plasma of self-induced optical breakdown due to the self-action of 80-fs light pulses. Opt. Commun., 1997, vol. 133, iss. 1-6, pp. 587--595. DOI: https://doi.org/10.1016/S0030-4018(96)00415-4

[4] Peatross J., Backus S., Zhou J., et al. Spectral-spatial measurements of fundamental and third-harmonic light of intense 25-fs laser pulses focused in a gas cell. J. Opt. Soc. Am. B, 1998, vol. 15, iss. 1, pp. 186--192. DOI: https://doi.org/10.1364/JOSAB.15.000186

[5] Akozbek N., Iwasaki A., Becker A., et al. Third-harmonic generation and self-channeling in air using high-power femtosecond laser pulses. Phys. Rev. Lett., 2002, vol. 89, iss. 14, art. 143901. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.89.143901

[6] Alexeev I., Ting A.C., Gordon D.F., et al. Characterization of the third-harmonic radiation generated by intense laser self-formed filaments propagating in air. Opt. Lett., 2005, vol. 30, iss. 12, pp. 1503--1505. DOI: https://doi.org/10.1364/ol.30.001503

[7] Theberge F., Ting A.C., Gordon D.F., et al. Third harmonic beam profile generated in atmospheric air using femtosecond laser pulses. Opt. Commun., 2005, vol. 245, iss. 1-6, pp. 399--405. DOI: https://doi.org/10.1016/j.optcom.2004.10.020

[8] Naudeau M.L., Law R.J., Luk T.S., et al. Observation of nonlinear optical phenomena in air and fused silica using a 100 GW, 1.54 µm source. Opt. Exp., 2006, vol. 14, iss. 13, pp. 6194--6200. DOI: https://doi.org/10.1364/OE.14.006194

[9] Theberge F., Akozbek N., Liu W., et al. Conical emission and induced frequency shift of third-harmonic generation during ultrashort laser filamentation in air. Opt. Commun., 2007, vol. 276, iss. 2, pp. 298--304. DOI: https://doi.org/10.1016/j.optcom.2007.04.018

[10] Xiong H., Xu H., Fu Y., et al. Spectral evolution of angularly resolved third-order harmonic generation by infrared femtosecond laser-pulse filamentation in air. Phys. Rev. A, 2008, vol. 77, iss. 4, art. 043802. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevA.77.043802

[11] Yang X., Wu J., Peng Y., et al. Noncollinear interaction of femtosecond filaments with enhanced third harmonic generation in air. Appl. Phys. Lett., 2009, vol. 95, iss. 11, art. 111103. DOI: https://doi.org/10.1063/1.3227658

[12] Suntsov S., Abdollahpour D., Papazoglou D.G., et al. Efficient third-harmonic generation through tailored IR femtosecond laser pulse filamentation in air. Opt. Exp., 2009, vol. 17, iss. 5, pp. 3190--3195. DOI: https://doi.org/10.1364/OE.17.003190

[13] Suntsov S., Abdollahpour D., Papazoglou D.G., et al. Filamentation-induced third-harmonic generation in air via plasma-enhanced third-order susceptibility. Phys. Rev. A, 2010, vol. 81, iss. 3, art. 033817. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevA.81.033817

[14] Liu Y., Durand M., Houard A., et al. Efficient generation of third harmonic radiation in air filaments: a revisit. Opt. Commun., 2011, vol. 284, iss. 19, pp. 4706--4713. DOI: https://doi.org/10.1016/j.optcom.2011.05.050

[15] Ganeev R.A., Suzuki M., Baba M., et al. Third-harmonic generation in air by use of femtosecond radiation in tight-focusing conditions. Appl. Opt., 2006, vol. 45, iss. 4, pp. 748--755. DOI: https://doi.org/10.1364/AO.45.000748