Николаева И.А.
Шипило Д.Е.
Врублевская Н.Р.
Панов Н.А.
Косарева О.Г.
 Статья на сайте eLibrary

Численное моделирование как жёсткой, так и умеренной фокусировки лазерных импульсов (длина волны 940 нм, длительность 90 фс, энергия 0,1-3,5 мДж) в воздух показало, что генерация второй гармоники происходит в основном благодаря поперечным токам, возникающим в плазменном канале вследствие действия пондеромоторной силы на освободившиеся в процессе ионизации интенсивным лазерным полем электроны. Продольные токи, возникающие под действием силы светового давления на свободные электроны, в свою очередь, приводят к генерации терагерцового излучения. При этом основной источник второй гармоники и терагерцового излучения локализован в первой половине плазменного канала до геометрического фокуса, где концентрация плазмы в несколько раз меньше максимальной. Вклад продольных токов в генерацию второй гармоники, а также вклад поперечных токов в генерацию терагерцового излучения не превышает 20 % и обеспечивается в основном второй частью плазменного канала, где достигается наибольшая концентрация свободных электронов. Несмотря на то, что и терагерцовое излучение, и вторая гармоника генерируются токами второго порядка малости и их основной источник локализован в одной области, их энергетический выход зависит от энергии лазерного импульса по-разному. Энергия второй гармоники растёт линейно, а энергия терагерцового излучения - квадратично с ростом энергии импульса накачки. При этом эффективность преобразования оптического излучения в терагерцовое на порядок выше, чем во вторую гармонику (эффективность преобразования в которую составляет около 10-8) в случае жёсткой фокусировки и, наоборот, на порядок ниже эффективности преобразования во вторую гармонику в случае умеренной фокусировки.

На английском языке
Sources and energy of even harmonics of a femtosecond pulse in air plasma
Nikolaeva I.A., Shipilo D.E., Vrublevskaya N.R., Panov N.A. and Kosareva O.G.

Numerical modeling of both hard and moderate focusing of laser pulses (a wavelength of 940 nm, a duration of 90 fs, and an energy of 0.1-3.5 mJ) in air showed that the second harmonic generation occurs mainly due to transverse currents arising in the plasma channel due to the action of the ponderomotive force on the electrons released during the ionization process by the intense laser field. The longitudinal currents arising under the action of light pressure on free electrons, in turn, lead to the generation of terahertz radiation. In this case, the main source of the second harmonic and the terahertz radiation is localized in the first half of the plasma channel up to the geometric focus, where the plasma density is several times less than the maximum density. The contribution of the longitudinal currents to the generation of the second harmonic, as well as the contribution of the transverse currents to the generation of the terahertz radiation, does not exceed 20% and is determined mainly by the second part of the plasma channel, where the highest concentration of free electrons is achieved. Despite the fact that both terahertz radiation and the second harmonic are generated by the second-order currents, and their main source is localized in the same region, their energy outputs depend on the laser pulse energy differently. The energy of the second harmonic grows linearly, while the energy of the terahertz radiation grows quadratically with the increase in the pump pulse energy. In this case, the efficiency of conversion of the optical radiation into the terahertz radiation is an order of magnitude higher than that of conversion into the second harmonic (which is approximately 10-8) in the case of hard focusing and, conversely, an order of magnitude lower than the efficiency of conversion into the second harmonic in the case of moderate focusing.

DOI: https://doi.org/10.52452/00213462_2026_69_01_61