Nonlinear Optics in the Filamentation Regime

این پایان نامه بینش عمیقی را در مورد سؤالات بحث برانگیز در حال حاضر در رشته های لیزری، یک پدیده بسیار پیچیده شامل اثرات نوری غیرخطی و فیزیک پلاسما، ارائه می دهد. ابتدا، بر اساس تصویر بتن پرتو لیزر فمتوثانیه‌ای که توزیع شدت شعاعی خود را به خود می‌چسباند، این پایان‌نامه توضیح جدیدی برای پدیده قابل‌توجه و قبلاً توضیح‌نشده خود فشرده‌سازی پالس در رشته‌ها ارائه می‌دهد. علاوه بر این، این کار به تأثیر یک تغییر غیرآدیاباتیک هم غیرخطی و هم پراکندگی بر روی چنین پالس فمتوثانیه‌ای شدیدی که از یک ماده دی الکتریک گازی به یک ماده جامد منتقل می‌شود، می‌پردازد. در نهایت، و احتمالا مهمتر از همه، نویسنده یک رویکرد نظری ساده و بسیار کاربردی برای تخمین کمی تأثیر اثرات نوری غیرخطی درجه بالاتر در اپتیک ارائه می‌کند. این نتایج، مشاهدات تجربی اخیر را روشن می‌کند، که هنوز به شدت مورد بحث است و ممکن است درک ما از رشته‌بندی را کاملاً تغییر دهد و باعث تغییر الگوی نقش غیرخطی‌های مرتبه بالاتر در اپتیک شود.

This thesis provides deep insights into currently controversial questions in laser filamentation, a highly complex phenomenon involving nonlinear optical effects and plasma physics. First, based on the concrete picture of a femtosecond laser beam which self-pinches its radial intensity distribution, the thesis delivers a novel explanation for the remarkable and previously unexplained phenomenon of pulse self-compression in filaments. Moreover, the work addresses the impact of a non-adiabatic change of both nonlinearity and dispersion on such an intense femtosecond pulse transiting from a gaseous dielectric material to a solid one. Finally, and probably most importantly, the author presents a simple and highly practical theoretical approach for quantitatively estimating the influence of higher-order nonlinear optical effects in optics. These results shed new light on recent experimental observations, which are still hotly debated and may completely change our understanding of filamentation, causing a paradigm change concerning the role of higher-order nonlinearities in optics.