Инд. авторы:	Жуков В.П., Федорук М.П.
Заглавие:	Численная реализация модели воздействия фемтосекундного лазерного импульса на стекло в приближении нелинейных уравнений максвелла
Библ. ссылка:	Жуков В.П., Федорук М.П. Численная реализация модели воздействия фемтосекундного лазерного импульса на стекло в приближении нелинейных уравнений максвелла // Математическое моделирование. - 2019. - Т.31. - № 6. - С.107-128. - ISSN 0234-0879.
Внешние системы:	DOI: 10.1134/S0234087919060078; РИНЦ: 37424216;
Реферат:	rus: Представлена конечно-разностная схема для решения задач о взаимодействии фемтосекундного лазерного импульса со стеклами в приближении нелинейных уравнений Максвелла, дополненных уравнениями гидродинамического типа для электронов проводимости. В модели учтены все основные физические процессы, имеющие место в этом взаимодействии. Рассматривается аксиально-симметричная задача. При построении схемы учитываются особенности задачи, что обеспечивает высокую эффективность разработанного метода. В качестве примера использования схемы приведены результаты моделирования взаимодействия со стеклом фемтосекундных лазерных импульсов обычной гауссовой формы с линейной поляризацией и импульсов тороидальной формы с радиальной и азимутальной поляризациями. Выявлены существенные различия в динамике взаимодействии со стеклом этих трех видов импульсов. eng: An implicit finite-difference scheme for the solution of the problem of interaction of femtosecond laser pulse with glasses is presented. The used model based on the nonlinear Maxwell equations supplemented by hydrodynamic equations for the free electron plasma. All main physical processes are taken into account. The axial symmetric geometry is used. The construction of the scheme takes the features of the problem into account. This makes the scheme very efficient. As an example of the application of the scheme the results of the modeling of interaction of the laser pulses of usual Gaussian shape with linear polarization and doughnut shape pulses with radial and azimuthally polarizations with glasses are presented. The significant differences in the interaction of this 3 type of the pulses with glasses are shown.
Ключевые слова:	плазма; конечно-разностная схема; фемтосекундный лазерный импульс; эффект Керра; нелинейные уравнения Максвелла; numerical aperture.; Implicit algorithms; finite-difference scheme; plasma; Kerr effect; Femtosecond laser pulse; nonlinear Maxwell equations; апертура.; неявные алгоритмы;
Издано:	2019
Физ. характеристика:	с.107-128
Цитирование:	1. Castillejo M., Ossi P. M., Zhigilei L. (eds.), Laser in material science, Springer Series in Material science, Springer international publishing, Switzerland, 2014, 387 pp. 2. Missava H., Juodkazis S. (eds.), 3D laser microfabrication. Principles and applications, Wiley-VCH Veriag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2006, 388 pp. 3. R. Taylor, C. Hnatovsky, E. Simova, "Applications of femtosecond laser induced self-organized planar nanocracks inside fused silica glass", Laser & Photon. Rev., 2:1-2 (2008), 26-46 4. F.V. Potemkin, B.G. Bravy, Yu.I. Bezsudnova, E.I. Mareev, V.M. Starostin, V.T. Platonenko, V.M. Gordienko, "Overcritical plasma ignition and diagnostics from oncoming interaction of two color low energy tightly focused femtosecond laser pulses inside fusied silica", Laser Phys. Lett., 13 (2016), 045402, 8 pp. 5. I.M. Burakov, N.M. Bulgakova, R. Stoian et al., "Spatial distribution of refractive index variations induced in bulk fused silica by single ultrashort and short laser pulses", J. Appl. Phys., 101 (2007), 043506, 7 pp. 6. Р.А. Власов, О.Х. Хасанов, Т.В. Смирнова, "Эволюция трубчатых сингулярных пучков в нелинейной диэлектрической среде в условиях ионизации", Квантовая электроника, 35:10 (2005), 947-952 6. R.A. Vlasov, O.Kh. Khasanov, T.V. Smirnova, "Evolution of tubular singular pulsed beams in a nonlinear dielectric medium upon ionisation", Quantum electronics, 35:10 (2005), 947-952 7. V.P. Zhukov, A.M. Rubenchik, M.P. Fedoruk, N.M. Bulgakova, "Interaction of doughnut-shaped laser pulses with glasses", JOSA B, 34:2 (2017), 463-471 8. C. Mezel, L. Hallo, A. Bourgeade, D. Hebert, V.T. Tikhonchuk, B. Chimier, B. Nkonga, G. Schurtz, G. Travaille, "Formation of nanocavities in dielectrics: A self-consistent modeling", Phys. of Plasmas, 15 (2008), 093504, 10 pp. 9. K.I. Popov, C. McElcheran, K. Briggs, S. Mack, L. Ramunno, "Morphology of femtosecond laser modification of bulk dielectrics", Optics Express, 19:1 (2011), 271-282 10. N.M. Bulgakova, V.P. Zhukov, A. Collins, D. Rostohar, T. J.-Y. Derrien, T. Mocek, How to optimize ultrashort pulse laser interaction with glass surfaces in cutting regimes?, Appl. Surf. Sci., 336 (2015), 364-374 11. N.M. Bulgakova, V.P. Zhukov, "Continuum models of ultrashort laser-matter interaction in application to wide-bandgap dielectrics", Laser in Materials Science, Springer Series in Materials Science, 191, eds. M. Castillejo, P.M. Ossi, L.Zhigilei, Springer International publishing, Switzerland, 2014, 101-124 12. N.M. Bulgakova, V.P. Zhukov, Yu.P. Meshcheryakov, "Theoretical treatments of ultrashort pulse laser processing of transparent materials: Towards understanding the volume nanograting formation and "quill" writing effect", Appl. Phys. B, 113:3 (2013), 437-449 13. V.E. Gruzdev, "Modeling of laser-induced ionization of solid dielectrics for ablation simulation: role of effective mass", Proc. of SPIE, 7842, 2010, 784216, 11 pp. 14. A.Q. Wu, I.H. Chowdhury, X. Xu, "Femtosecond laser absorption in fused silica: Numerical and experimental investigation", Phys. Rev. B, 72 (2005), 085128, 8 pp. 15. М.П. Виноградова, О.В. Руденко, А.П. Сухоруков, Теория волн, Наука, М., 1979, 384 с. 15. M.P. Vinogradova, O.V. Rudenko, A.P. Suhorukov, Teoriia voln, Nauka, M., 1979, 384 pp. 16. J.-P. Berenger, "A perfectly matched layer for the absorption of electromagnetic waves", J. Comp. Phys., 114 (1994), 185-200 17. P.G. Petropoulos, "Reflectionless sponge layers as absorbing boundary conditions for the numerical solution of Maxwell equations in rectangular, cylindrical, and spherical coordinates", SIAM J. Appl. Math., 60:3 (2000), 1037-1058 18. A. Deinega, I. Valuev, "Long-time behavior of PML absorbing boundaries for layered periodic structures", Computer Physics Communications, 182 (2011), 149-151 19. K.S. Yee, "Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell's equations in isotropic media", IEEE Trans. Antennas Propag., AP-14 (1966), 302-307