Υψίσυχνα και ισχυρά ακουστικά κύματα δημιουργούμενα από υπερβραχείς παλμούς laser στον ατμοσφαιρικό αέρα.

Abstract

Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη και μοντελοποίηση πηγής ακουστικών κυμάτων που δημιουργούνται με την εστίαση υπερβραχέων παλμών laser στον ατμοσφαιρικό αέρα. Για την καταγραφή των ακουστικών κυμάτων χρησιμοποιήθηκε η τεχνική εκτροπής δέσμης συνεχούς laser. Για την παραγωγή των κυμάτων χρησιμοποιήθηκαν δύο διαφορετικές παλμικές πηγές laser, με διάρκεια παλμού ~6ns και ~30fs, και για ενέργεια ανά παλμό laser 7mJ - 80mJ, και 1.3mJ, αντίστοιχα. Από τα πειραματικά δεδομένα εξήχθησαν τιμές για το πλάτος της πίεσης, την ταχύτητα και το συχνοτικό περιεχόμενο των παραγόμενων κυμάτων, σε σχέση με την ενέργεια παλμού laser και την απόσταση από την πηγή. Επίσης, αναπτύχθηκε θεωρητικό μοντέλο για την περιγραφή του φαινομένου. Η σύγκριση των πειραματικών τιμών με τιμές που υπολογίστηκαν με την χρήση του μοντέλου που δημιουργήθηκε, έρχονται σε καλή συμφωνία και δείχνουν ενθαρρυντικά αποτελέσματα για την αξιοπιστία του μοντέλου.

The aim of the present study is to investigate and model acoustic shockwave sources, generated by focusing ultrafast laser pulses in air. In order to record the produced acoustic waves the method of CW laser beam deflection is used. Two different ultrafast lasers are used with pulse duration of ~6ns and ~30fs, and for energy per pulse 7mJ - 80mJ, and1.3mJ, respectively. The peak amplitude, velocity, and spectral content of the generated waves are extracted from the experimental data, and the dependence of these features on the laser pulse energy and distance from the source is presented. Finally, a theoretical model is developed and used to further investigate the phenomena. The theoretically calculated values and the experimentally derived ones are in a good agreement, which is encouraging regarding the validity of the developed model.