Проект направлен на решение фундаментальных проблем фемтосекундной нелинейной оптики слабопоглощающих сред в целях развития физических основ новых фемтосекундных технологий в лазерной физике, фотонике и атмосферной оптике

Явление мелкомасштабной самофокусировки привлекло внимание исследователей еще в 1970-80-х годах в связи с проблемой усиления мощных наносекундных импульсов в твердотельных лазерных системах. В настоящее время интерес к этому явлению обусловлен в основном современными задачами фемтосекундной лазерной оптики. При распространении мощных фемтосекундных лазерных импульсов в газах и конденсированных средах формируются протяженные филаменты, в которых концентрируется значительная часть энергии излучения. Филаментация сопровождается образованием плазменных каналов, сверхуширением частотного спектра импульса. Сейчас исследуется возможность использования этих свойств лазерного излучения для разработки новых методов фемтосекундной лазерной технологии в микрофотонике, лазерном зондировании окружающей среды, в дистанционном управлении электрическим разрядом.

Формирование филаментов обусловлено совместным проявлением керровской самофокусировки среды и нестационарной аберрационной дефокусировки излучения в наведенной лазерной плазме. В импульсах гига - и тераваттной мощности образуется хаотический пучок филаментов, которые зарождаются в результате мелкомасштабной самофокусировки лазерного излучения.

С точки зрения нелинейной оптики филаменты представляют собой следы движущихся фокусов. В отличие от самофокусировки наносекундных импульсов в оптических стеклах, рост интенсивности в нелинейных фокусах фемтосекундных импульсов ограничивается не двухфотонным поглощением, а нелинейной рефракцией в лазерной плазме, наведенной в результате многофотонной и туннельной иониизации.

Экспериментально филаментация регистрируется CCD камерой по появлению в плоскости наблюдения множества 'горячих' точек в распределении плотности энергии в каждом импульсе или по генерации суперконтинуума. На установке 'Teramobile' наблюдалось на расстоянии 55 м более 20 филаментов в импульсе длительностью 600 фс и энергией 230 мДж. С уменьшением длительности импульса до 100 фс и соответственно увеличением пиковой мощности до 2 ТВт возникали первоначально несколько десятков филаментов протяженностью более десяти метров, которые в дальнейшем распадались на сотни мелкомасштабных 'горячих' точек в распределении плотности энергии в поперечном сечении импульса.

Схематичная картина случайного формирования филаментов на различных расстояниях z в турбулентной атмосфере.
Модель фазовых экранов.