При распространении мощного лазерного излучения фемтосекундной длительности происходят сложные физические процессы. Превышение пиковой мощности в импульсе критической мощности самофокусировки приводит к изменению спектральных, временных и пространственных характеристик лазерного излучения, сопровождающегося формированием филаментов. В последние два десятилетия большой интерес во всем мире проявляется к фемтосекундной оптики аэрозоля. Это связано с уникальными свойствами капли, в частности, в проявлении различных нелинейно - оптических процессов. Сферическая поверхность капли действует как линза, которая фокусирует лазерное излучение.
В связи с атмосферными приложениями филаментация мощного лазерного излучения на протяженных трассах представляет значительный интерес [1 - 3], но исследование филаментации сталкивается с трудностями. Экспериментальные исследования требуют сложных и очень дорогостоящих натуральных экспериментов. В [4, 5] для экономии средств в качестве трассы использовались протяженные коридоры лабораторных корпусов. Если рассматривать численные эксперименты, то возникает другой ряд сложностей. Во-первых, большая протяженность трассы увеличивает время расчётов. Во-вторых, отсутствие радиальной симметрии из -за неоднородностей показателя преломления вынуждает использовать полную трехмерную постановку задачи филаментации. Несмотря на это, большая часть из опубликованных в настоящее время работ посвящена численным экспериментам, что делает задачу лабораторных и натурных исследований филаментации актуальной.
Целью работы является создание эмпирической модели диаграммы направленности флуоресцентного отклика из водной капли и аэрозоля с добавлением частиц родамина 6Ж при воздействии фемтосекундным лазерным импульсом.
Задачи, поставленные в рамках работы:
1) получение в лабораторных условиях для различной энергии лазерного излучения спектрально-угловых и пространственных характеристик капель, содержащих органические добавки;
2) изучение зависимости углового распределения аэрозоля, содержащего частицы родамина 6Ж, в различных спектральных диапазонах;
3) исследование спектрально-угловых характеристик "твёрдого"
аэрозоля наночастиц меди для различных эмиссионных линий ;
4) определение закономерностей влияния аэрозоля на характеристики области филаментации.
Таким образом, в работе представлена эмпирическая модель диаграммы направленности флуоресцентного отклика из водной капли и аэрозоля с добавлением частиц родамина 6Ж при воздействии фемтосекундным лазерным импульсом. Полученный массив данных можно считать эталоном при проведении подобных экспериментов, это позволит спрогнозировать величину интенсивности спектральных полос излучения флуоресцентных веществ и величину интенсивностей эмиссионных линий различных металлов для различного угла приема сигнала. Для определенных размеров капель и типа аэрозоля (водный, твердый) представлены зависимости амплитуды интенсивности сигнала, для которых определен наилучший угол приема сигнала. При исследовании взаимодействия фемтосекундного лазерного излучения с каплей родамина 6Ж получены зависимости углового распределения интенсивности.
Эксперименты по взаимодействию фемтосекундного лазерного излучения с аэрозолем, содержащим частицы родамина 6Ж, показали, что форма индикатрисы рассеяния в спектральных диапазонах (550 -650 нм и 790-810 нм) имеет различных вид. Для спектрального диапазона 550-650 нм увеличивается максимальный угол приема сигнала без значительного уменьшения интенсивности сигнала.
При исследовании взаимодействия мощного фемтосекундного лазерного излучения с аэрозолем, содержащим твердые наночастицы меди, получено, что лучший прием сигнала идет в направлении назад под углом 20 градусов. Уменьшение энергии лазерного излучения показало лишь уменьшение интенсивности эмиссионных линий меди (510,5; 515,3; 521,8 нм), вид зависимости амплитуды интенсивности сигнала от угла не поменялся.
Эксперименты по изучению влияния аэрозоля на характеристики области филаментации на стометровой трассе показали, что при уменьшении концентрации аэрозольных частиц в воздухе перед областью филаментации происходит приближение области филаментации и увеличение ее длины до тех размеров, что и без аэрозоля, так же происходит рост числа филаментов.
Полученные результаты по влиянию аэрозоля на характеристики области филаментации на стометровой трассе требуют продолжения проведения исследований. В будущем необходимо исследовать влияние аэрозоля для различных видов пучков (путем изменения фазового профиля пучка), в зависимости от размера начального диаметра пучка, энергии и длительности лазерного излучения.
