Физики проследили за распространением мощного лазерного луча в воде
Физики из Германии исследовали распространение мощного лазерного излучения через воду и обнаружили, что начиная с некоторого порога по мощности, сильное тепловое линзирование происходит быстрее, чем конвекционные потоки воды успевают его разрушить. Исследование опубликовано в Scientific Reports.
При прохождении лазерного луча даже через прозрачную среду часть его энергии поглощается веществом. Если мощность лазера достаточно большая, локальное изменение температуры начинает сказываться на показателе преломления среды. Поскольку интенсивность луча обычно симметрично спадает от центра к краям, это приводит к образованию тепловой линзы, собирающей либо рассеивающей в зависимости от того, как ведет себя показатель преломления с ростом температуры.
Вместе с тем потоки, которые могут возникать в жидких или газообразных средах за счет нагрева, нарушают цилиндрическую симметрию и приводят к сложной форме распространения света. Этот эффект, называемых блюмингом, хорошо изучен при прохождении интенсивного лазерного излучения в воздухе, поскольку он ограничивает передачу энергии на расстояние с помощью лазера. Для воды же таких исследований очень мало. Так как вода лучше поглощает оптическое излучение, чем воздух, ожидается, что блюминг в ней будет наступать раньше и будет более ярко выраженным, однако точных данных об этом до недавнего времени не было.
Группа физиков из Института динамики быстропротекающих процессов общества Фраунгофера (Института Эрнста Маха) под руководством Штефана Райха (Stefan Reich) провела серию экспериментов по исследованию прохождения мощных лазерных пучков через водяную толщу. Они выяснили, что для достаточно интенсивного света тепловое линзирование и блюминг происходят по иному, не наблюдавшемуся ранее сценарию, в отличие от случаев слабой интенсивности или случаев воздуха.