Laser beam self-focusing in gases

Summary

A new mechanism which may cause self-focusing in gases is proposed. We consider the case of a one-hundred picosecond pulse interacting with a monoatomic gas. Under these conditions of short time, low density and spherical atomic symmetry, the usual self-focusing mechanisms such as the Kerr effect may not be applicable. Since there are indications that self-focusing does occur under these conditions, one is led to seek new sources of nonlinearity in the wave equation. The one suggested here is multiphoton Raman scattering. For a sufficiently intense beam this should be a very rapid process and produce observable effects even under the afore-mentioned conditions. Our initial calculations indicate that this indeed may be the cause of self-focusing in gases.

Riassunto

Si propone un nuovo meccanismo che può provocare l'autofocheggiamento nei gas. Si considera il caso dell'impulso di cento picosecondi che interagisce con un gas monoatomico. In queste condizioni di tempo breve, bassa densità e simmetria atomica sferica il solito meccanismo di autofocheggiamento, come l'effetto di Kerr, può non essere applicabile. Dato che esistono indicazioni secondo le quali l'autofocheggiamento non avviene in queste condizioni, si è indotti a cercare nuove sorgenti di nonlinearità nell'equazione d'onda. Quella che si suggerisce qui è lo scattering di Raman a molti fotoni. Per un fascio sufficientemente intenso questo potrebbe essere un processo molto rapido e produrre effetti osservabili anche nelle condizioni suddette. I calcoli iniziali qui esposti fanno pensare che può essere questa la causa dell'autofocheggiamento nei gas.

Резюме

Предлагается новый механизм, который может приводить к самофокусировке в газах. Мы рассматриваем сличай импульса длительностью сто пикосекунд, взаимодействующего с одноатомным газом. При этих условиях (короткий импульс, низкая плотность и сферическая симметрия атома) обычный механизм самофокусировки, такой как эффект Керра, может оказаться не применимым. Так как существуют указания, что самофокусировка имеет место при вышеуказанных условиях, то это заставляет нас искать новые источники нелинейности в волновом уравнении. Предложенный в работе источник представляет многофотонное рама-новское рассеяние. Для достаточно интенсивного пучка этот процесс должен быть очень быстрым и будет приводить к наблюдаемым эффектам, даже при вышеуказанных условиях. Наши предварительные вычисления указывают, что этот механизм может быть причиной самофокусировки в газах.