Definition ofdiffractionin Physics

Notons que pour s'auto-focaliser un faisceau laser doit avoir une puissance crête supérieure à la puissance critique  P c {\displaystyle P_{c}} (quelques gigawatts dans l'air à 800 nm) mais ce n'est pas une condition suffisante. En effet, dans le cas d'impulsions laser infrarouge (IR) de durée nanoseconde ou supérieure, des phénomènes de bremsstrahlung inverse et d'ionisation par avalanche vont apparaître pendant le collapsus du faisceau et générer un claquage optique. Le plasma dense et opaque alors produit empêche l'établissement du régime de filamentation.

Diffractionof waves

En considérant un faisceau gaussien de section   π w 0 2 / 2 {\displaystyle \pi w_{0}^{2}/2}   on peut ainsi définir une puissance critique d'auto-focalisation[6]

Filamentation.org : portail qui répertorie toutes les publications scientifiques liées à la filamentation laser femtoseconde.

Diffractionexamples

Pour atteindre l'auto-focalisation le déphasage lié à l'effet Kerr doit être au moins égale au déphasage lié à la diffraction. On peut ainsi définir un seuil d'intensité pour l'auto-focalisation

Types ofdiffraction

où   k = 2 π n 0 λ {\displaystyle k={2\pi n_{0} \over \lambda }} ,   ρ 0 = π w 0 2 n 0 λ {\displaystyle \rho _{0}={\pi w_{0}^{2}n_{0} \over \lambda }}   (longueur de Rayleigh) et w 0 {\displaystyle w_{0}} est le rayon du faisceau gaussien.

A theoretical derivation of wave diffraction around simple structures in the ideal case of small shallow-water waves in areas of uniform depth (applying linear wave theory) has been given by Penney and Price (1952)[1]. The analytical solution for diffraction behind a semi-infinite breakwater is shown in Fig. 1. A satellite of wave diffraction at a harbor jetty is shown in Fig. 2 for comparison.

What isdiffractiongrating

En optique non linéaire, la filamentation laser est la propagation d'un faisceau laser dans un milieu transparent sans diffraction. Elle est rendue possible par l'effet Kerr optique qui génère une modification de l'indice de réfraction du milieu en présence d'un champ laser intense, résultant en l'auto-focalisation du faisceau[1],[2],[3]. Typiquement, ce régime est obtenu en propageant une impulsion lumineuse délivrée par un laser femtoseconde amplifié.

où n 0 {\displaystyle n_{0}} , n ¯ 2 {\displaystyle {\bar {n}}_{2}} et I {\displaystyle I}  sont respectivement l'indice de réfraction linéaire, l'indice de réfraction de second ordre et l'intensité du champ laser se propageant. L'auto-focalisation se produit lorsque le déphasage dû à l'effet Kerr compense le déphasage liée à la divergence du faisceau. Ainsi, pour un faisceau gaussien ayant traversé une longueur Δ z {\displaystyle \Delta z} le déphasage lié à la diffraction d'un faisceau vaut

Wave diffraction at an obstacle illustrates Huygens' principle, which states that every point of a wavefront is a source of waves radiating from this point. This principle holds for all types of wave propagation, including water waves. In this view, wave propagation into a semi-closed area is the interference sum of all the waves that propagate radially from a wave front at the open boundary into this area.

En 2023, un consortium européen baptisé Laser Lightning Rod démontre pour la première fois le guidage de la foudre sur plus de 50 mètres à l'aide de filaments laser générés à une cadence de 1 kHz[14]. Ce résultat constitute une percée majeur dans le développement du paratonnerre laser[15],[16],[17].

La filamentation laser dans l'atmosphère a été observée pour la première fois en 1994 par Gérard Mourou et son équipe de l'Université du Michigan [4]. En propageant dans l'air un faisceau laser femtoseconde de puissance térawatt produit par amplification par dérive de fréquence l'équilibre entre l'auto-focalisation par effet Kerr d'une part et  la diffraction, l'ionisation et la dispersion d'autre part, génère des "filaments" qui agissent comme des guides d'ondes, empêchant ainsi le faisceau de diverger.

The theoretical derivation of the wave diffraction pattern is generally not simple because wave conditions at the boundaries of the obstacle have to be taken into account, as well as conditions at the boundaries of the area in which waves are propagating and the effects of bathymetric wave refraction and wave transformation in shallow water. Design studies of breakwaters or other structures in nearshore waters make generally use of physical scale models or numerical models for determining the wave diffraction pattern.