Оптико-акустическая диагностика канала распространения мощного лазерного излучения в атмосфере

Оптико-акустическая диагностика канала распространения мощного лазерного излучения в атмосфере

1. Программно-экспертная система «Атмосферная оптоакустика»

Решение задачи эффективности образования канала ионизации типа ДЛИ требует разработки методики и инструмента, работающего в реальном масштабе времени, которым может служить разработанная автором ПЭС «Атмосферная оптоакустика», описанию которой посвящен настоящий параграф.

В ранее опубликованных работах не проводилась обработка акустических свойств ДЛИ в реальном времени, на что указывалось выше. Такая возможность появилась в связи с развитием вычислительных средств и появлением доступных систем создания программ.

Дистанционные ОА-измерения в атмосфере требуют восстановления исходных амплитудно-частотных характеристик ОА-сигналов для получения достоверной информации о процессе распространения МЛИ в атмосфере.

ПЭС «Атмосферная оптоакустика», позволяет учесть влияние диссипативных, дифракционных и нелинейных искажений на форму ОА-сигналов в исследованиях, проводимых в реальном времени.

В основе алгоритмов программы заложены методы узкополосного спектрального анализа и все преобразования с сигналами проводятся в спектральном диапазоне.

Программа ориентирована на работу с различными типами акустических приемников, имеет встроенную регулируемую амплитудную калибровку, перестраиваемые цифровые фильтры, позволяющие проводить оптимальную частотную фильтрацию ОА-сигналов на фоне внешних акустических шумов и аппаратурных помех, а также развитый многооконный интерфейс, включающий диалоговые пользовательские меню.

Программа имеет два рабочих окна: главное окно предназначено для обработки временных реализаций, калибровки оборудования, настройки условий проведения измерений, включая ввод исходных метеоданных, и меню переключения в режимы моделирования ОА-видеосигналов и прогноза нелинейных искажений ОА-сигналов; второе окно - «Выборочный анализ» предназначено для временной и спектральной обработки выбранных участков отдельных реализаций.

Если в качестве акустических приемников используются датчики ускорения или скорости, то в программе предусмотрено подключение встроенных цифровых интегрирующих фильтров. Определение величины давления в этом случае основано на совместной работе нестандартного пьезопреобразователя и цифрового программируемого интегратора. Сигнал от преобразователя можно интегрировать как в аналоговой части оборудования, так внутри программы - однократно или двукратно.

Аналоговая часть акустического оборудования связывается с программой через Аналого-цифровой преобразователь, который может быть выбран подключаемым к USB-порту, СОМ-порту или к внутренней шине персонального компьютера. Используемый способ подключения АЦП настраивается в меню «Оборудование» программы. В частности, для обработки данных, представленных в главах 2 - 6, использовалась 8-ми канальная плата сигма-дельта АЦП L-1221 фирмы «L-card» на базе 12-битного конвейерного АЦП AD9220 с максимальной частотой преобразования 10 МГц.

Поскольку в аналоговых цепях приемного акустического оборудования содержатся, дифференцирующие цепи, то амплитудно-фазовые искажения измеряемых сигналов, вносимые этими цепями, должны быть учтены при дальнейшей программной обработке. Это достигается путем программного включения цифровых перестраиваемых дедифференцирующих цепей в каждом из четырех одновременно обрабатываемых каналов для восстановления сигналов и компенсации амплитудно-фазовых искажений.

Наличие дифференцирующих цепей необходимо для межкаскадной развязки в аналоговых схемах акустического оборудования, а также позволяет сформировать передаточную функцию в области инфранизких частот для предотвращения перегрузок аналоговых цепей.

Расчеты по формуле позволяют получить амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристику канала в разнообразных условиях подключения, что необходимо для последующего восстановления исходных сигналов. Для работы канала в режиме однократного аналогового интегрирования второй член выражения исключается, а при отсутствии интегрирующих цепей исключается также и первый член.

Сквозная калибровка измерительных каналов по звуковому давлению при использовании стандартного оборудования проводится с использованием пистонфонов. Однако для решения ряда измерительных задач этого бывает недостаточно: во-первых - при работе с короткими ОА-импульсами, имеющими ширину частотного спектра больше частотного диапазона используемого оборудования; во-вторых, когда стандартных акустических датчиков с требуемой частотной полосой не имеется и используется нестандартное оборудование.

В первом случае, рабочий диапазон частот оборудования можно расширить в определенных пределах, за счет уменьшения динамического диапазона. Для этого достаточно измерить амплитудно- и фазочастотную характеристики оборудования и использовать их при цифровой частотной обработке широкополосных сигналов. Такая процедура позволяет, например, расширить частотную полосу микрофонного усилителя 00011 фирмы Robotron от 100 кГц до 1 МГц при уменьшении динамического диапазона до ~28 дБ.

Сложнее решение второй задачи - калибровка и измерение амплитудно- и фазочастотной характеристик нестандартного акустического датчика, например, пъезодатчика, имеющего частотную полосу несколько МГц. Стандартных калибраторов для такого диапазона частот не имеется, а использование различного рода электродинамических, пъезо- или других излучателей нецелесообразно, поскольку они имеют значительную неоднородностью характеристик, ввиду своих резонансных свойств.

С целью решения этой технической задачи предложено использовать в качестве калибровочного средства плазменный излучатель АВ, принцип работы которого заключается в следующем. При подаче на электрод ВЧ напряжения с частотой 13 или 27 МГц со свободного конца электрода возбуждается ВЧ факельный разряд, который формируется под действием конвективных потоков и горит неограниченное время.

Благодаря низкой температуре плазмы, эрозия электрода низкая и существенным образом не влияет на стабильность горения разряда.

Если ВЧ напряжение промодулировать по амплитуде, то объем токоведущего канала ВЧ факельного разряда будет меняться с частотой модулирующего напряжения. Изменение объема плазмы приводит к изменению давления в воздухе с частотой модуляции. Ввиду высокой подвижности ионизованных частиц плазменный излучатель АВ способен воспроизводить без заметных частотных и переходных искажений не только звуковые колебания, но и ультразвук мегагерцового диапазона частот.

Плазменный излучатель АВ, имеет гладкую амплитудно-частотную характеристику, не имеющую резонансов. Путем введения корректирующей RC-цепочки в схему модуляции ВЧ напряжения можно устранить плавный подъем амплитудно-частотной характеристики, преобразовав ее в равномерно-линейную. Устранить резонансность амплитудно-частотной характеристики для электродинамического излучателя - невозможно.

Таким образом, плазменный излучатель АВ имеет недостижимую для известных способов генерации ширину полосы воспроизводимых частот при незначительных нелинейных и амплитудно-частотных искажениях.

Путем введения исходных данных о геометрии проведения измерений имеется возможность свести до минимума влияние акустических помех в виде отраженных от подстилающей поверхности импульсов одновременно для четырех разнесенных в пространстве акустических датчиков. Исходные данные о геометрии эксперимента вводятся в программу в соответствии с выбранной схемой ОА-зондирования, согласно рис., на котором представлена моностатическая, бистатическая многопозиционная и динамическая схемы.

Вариант моностатической схемы рис. А позволяет измерять геометрические параметры ДЛИ и энергетические параметры МЛП вблизи от лазерного источника. При использовании бистатической многопозиционной схемы рис. Б имеется дополнительная возможность измерения энергетических параметров МЛП в сечениях, ортогональных МЛП и эффективных для каждого из разнесенных на подстилающей поверхности приемников. Динамический вариант ОА-зондирования рис. В позволяет при сканировании МЛП в вертикальной плоскости измерять параметры, свойственные бистатической многопозиционной схеме рис. Б.

Рис. Варианты схем ОА-зондирования

Преимущество бистатических схем зондирования по сравнению с моностатической - дополнительная возможность определения температуры в приземном слое атмосферы при известной геометрии зондирования. Температура, как измеряемый параметр, входит в и определяется повременной задержкой Т₃. Высотный профиль температуры можно измерить грубо кусочно-непрерывно по схеме рис. Б или более гладко при сканировании МЛП, согласно схеме рис. В.

Отметим, что представленные на рисунке бистатические схемы ОА-зондирования могут работать как с импульсным, так и с гармонически модулированным МЛИ.

Информация о стандартных метеопараметрах атмосферы, полученная независимо при наземных или шарзондовых измерениях, вводится оператором в окне программы «Условия измерений». Эти сведения используются в алгоритме программы для прогноза ослабления звуковых волн при влиянии различных факторов, обсуждавшихся в главе 4.

С целью последующей амплитудно-частотной компенсации и восстановления характеристик ОА-сигналов, генерируемых МЛИ, в программе рассчитываются: сферическая или цилиндрическая расходимость АВ; классическое и молекулярное поглощение звука с использованием; фактор приземного изменения уровня звука, согласно; турбулентное ослабление, с использованием соотношения, в котором показатель степени для k = 2, в соответствии с результатами исследований 4.3.2; рефракционные факторы изменения уровня звука с использованием и при наличии данных о высотных профилях изменения температуры и скорости ветра в приземном слое атмосферы.

Для цели повышения отношения сигнал-шум в программе предусмотрена цифровая частотная фильтрация сигналов от шумов. Частотный анализ этих помех перед началом измерений, либо в промежутках между пусками МЛИ, позволяет выбрать оптимальные параметры заграждающих цифровых фильтров в настройках интерфейса главного окна программы.

Процедура предварительной подготовки «звуковых дорожек» к обработке выполнена в алгоритме программы в следующей последовательности.

Корректировка временных реализаций на сферическую или цилиндрическую расходимость звуковых волн.

Разбиение временных реализаций на короткие области, в пределах каждой из которых выполняется:

- прямое модифицированное преобразование Фурье;

- деление спектров на спектр приемного регистрирующего оборудования;

- умножение на спектр предварительно настроенных заградительных фильтров;

- деление на спектр классического и молекулярно поглощения звука в атмосфере;

- обратное модифицированное преобразование Фурье.

3. «Сшивание» коротких временных областей в реализации «звуковых дорожек».

Пространственные характеристики ДЛИ с использованием подготовленных временных реализации определяются в программе по следующему алгоритму.

1. Локализация отдельных ОП в ДЛИ для моностатической схемы ОА-зондирования определяется по временным задержкам ОА-импульсов с учетом температуры и влажности атмосферы, согласно.

Локализация ОП для произвольного размещения ОА-приемников относительно канала МЛИ определяется вычислением перекрестных корреляционных функций. Программная реализация этой процедуры выполнена на основе комплексного перемножения спектров G_x и G_y временных процессов x, y. Для многомерных временных рядов процедура такого перемножения - многомерна.

Распознавание на «звуковых дорожках» импульсов, отраженных подстилающей поверхностью, согласно геометрии проведения измерений.

Расчет коэффициента отражения для всех импульсов ОП, возникших на трассе распространения МЛИ, по с учетом и исходных данных о параметре.

5. Очистка «звуковых дорожек» от импульсных помех отражения.

Эффективность приведенного алгоритма иллюстрирует рис. 3.8, из которого следует, что в результате процедуры очистки «звуковых дорожек» сигнал отраженной импульсной помехи становиться сравним с общим уровнем шумов и теперь не воспринимается при обработке данных, как импульс от ОП. Кроме того, восстановленная амплитуда полезного ОА-импульса от ОП значительно возрастает на фоне общего уровня шума. Таким образом, прогноз амплитудно-частотных искажений звуковых сигналов при оптико-акустической диагностике распространения мощных лазерных пучков в приземном слое атмосферы позволяет более, чем в 2 раза увеличить точность восстановления пространственных характеристик длинной лазерной искры на трассах протяженностью до 1 км.

Для определения размеров каждого из ОП в ДЛИ можно использовать соотношения, связывающие диаметр ОП с длительностью и амплитудой генерируемого им акустического импульса сжатия. Программная реализация значительно проще, поэтому в алгоритме программы диаметр ОП определяется по амплитуде генерируемого им акустического импульса с целью расчета нелинейных потерь энергии МЛИ на трассе распространения. По измерению амплитуд генерируемых отдельными ОП акустических откликов определяются размеры всех ОП и их распределение по размерам, строятся гистограммы, иллюстрирующие области нелинейных потерь МЛИ по трассе.

Для эффективной работы этого алгоритма следует с возможно более высокой достоверностью восстанавливать исходные амплитуды ОА-откликов, что доступно лишь при цифровой обработке сигналов.

Для компенсации нелинейного поглощения ОА-сигналов в атмосфере по исходным метеоданным в программе предусмотрен отдельный модуль обработки. Однако из-за сложности алгоритма, приводящей к медленному расчету этот модуль используется для обработки ОА-сигналов от одиночных ОП. Алгоритм компенсации нелинейного поглощения ОА-сигналов целесообразно использовать при величине параметра нелинейности в уравнении Хохлова-Заболотской-Кузнецова более 1. Расчеты показывают, что для ОП с диаметром порядка 3 см, уменьшение амплитуды акустического отклика за счет нелинейного поглощения не превышает нескольких %.

В главе 2 отмечалось, что при работе с бистатической схемой ОА-зондирования в акустическом отклике помимо импульсов давления от ОП содержится термоакустический сигнал, который несет в себе отпечаток распределения световой энергии по сечению МЛП, то есть может служить фактором энергетической неоднородности. В атмосферных ОА-исследованиях при работе на наклонной трассе возможны измерения лишь с помощью однопозиционных измерений, когда ось акустического приема размещенного у поверхности земли микрофона перпендикулярна каналу распространения МЛИ, а протяженность контролируемой области канала МЛИ составляет первую зону Френеля для основной гармоники генерируемой АВ. Учитывая, что большинство пучков МЛИ близки к аксиально симметричным можно лишь приближенно оценить распределение плотности энергии МЛИ по пучку, не решая строгую обратную задачу вычислительной реконструктивной томографии. Дистанционные измерения интегральной акустической энергии в звуковом диапазоне дают оценку энергетики пучка МЛИ, либо общего содержания аэрозоля в канале МЛИ.

Программа выполняет следующие основные пользовательские функции:

регистрация данных в оперативную память или на диск компьютера от аналого-цифрового преобразователя по четырем каналам;

открытие существующего файла данных;

просмотр выбранных участков реализаций с помощью "лупы времени";

вычисление максимальных и минимальных, относительных и абсолютных значений сигналов;

амплитудное масштабирование в активном окне;

вычисление и вывод текущих координат курсора манипулятора "мышь" в окне выбранного участка реализации;

вычисление абсолютных звуковых давлений с учетом аппаратной функции;

цифровая фильтрация сигналов фильтрами низких и высоких частот, полосовыми или ежекторными фильтрами;

однократное или двукратное цифровое интегрирование сигналов;

центрирование сигналов, временное и частотное сглаживание сигналов окном Хемминга ли Хана;

вычисление частотного спектра выбранного участка реализации и вывод полученного спектра на экран монитора;

запись полученного частотного спектра в файл данных;

запись обработанных временных реализаций в файл данных;

оптимальная частотная фильтрация оптоакустических сигналов на фоне атмосферных шумов и аппаратурных помех;

пространственная корреляционная фильтрация сигналов акустических дорожек с целью подавления помех-отражений от подстилающей поверхности;

компенсация поглощения и ослабления акустических волн на трассах до 1 км;

четырехканальная корреляционная обработка данных локализации ОП по трассе распространения лазерного излучения;

вычисление энергетических параметров пучка МЛИ.

Все сохраняемые программой файлы имеют расширение.dat и стандартный для данного типа файлов формат. Поэтому для последующей их обработки, просмотра, архивации и оформления результатов измерения можно использовать известные программы, например, MicroCal Origin - программа инженерной и научной графики.

Таким образом, разработанное программное обеспечение «Атмосферная оптоакустика», позволяет в реальном времени компенсировать искажающее влияние атмосферы на качество регистрируемой ОА-информации о характере распространения МЛИ в атмосфере, что ранее было недоступно.

2. Модель оперативной оценки ослабления мощного лазерного излучения в жидкокапельных атмосферных образованиях

В представлен разработанный акустический метод пассивной дистанционной идентификации физических процессов, инициируемых МЛИ при взаимодействии с частицами поглощающего аэрозоля, который позволяет по параметрам акустического сигнала, полученного из канала распространения МЛИ произвольной энергетики в замутненной атмосфере, определить энергетику и соответствующий режим взаимодей-ствия излучения с частицами аэрозоля в конкретной точке трассы. Установлена адекват-ность работы данного метода в контролируемых лабораторных условиях и в атмосфере, что позволило построить модель оперативной оценки ослабления мощного лазерного излучения на приземных трассах в условиях туманной дымки, тумана, мороси и дождя.

Метод дистанционной идентификации процессов взаимодействия МЛИ с аэрозолем при распространении в реальной атмосфере позволяет определить энергетические режимы взаимодействия МЛИ с частицами аэрозоля в любой точке трассы и уверенно использовать в интерпретации полученного материала обширный комплекс знаний об оптических последствиях такого взаимодействия. Важнейшей индикационной характеристикой процесса взаимодействия МЛИ с жидкокапельным аэрозолем является генерация АВ при фазовых переходах вещества частицы. Микрофизическая обеспеченность разработки идентификации заключается в исследовании поведения указанной индикационной характеристики в контролируемых условиях при варьировании энергии МЛИ. Полевая практика работы метода показала его надежность и простоту.

Комплексный анализ данных по энергетическому ослаблению пучка излучения импульсного СО2-лазера на горизонтальных приземных трассах и результатов лабораторных исследований по взаимодействию такого излучения с дисперсными средами позволил предложить модель прогноза энергетического ослабления МЛИ в жидкокапельных атмосферных образованиях. Здесь Г_о = CC_onL - невозмущенная оптическая толща трассы, L - длина трассы, Т_н = CC_HL - оптическая толща трассы после прохождения МЛИ, Eф -- плотность энергии МЛИ в фокальной плоскости формирую-щего телескопа без учета ослабляющих свойств атмосферы, H = / Г_о.

Для вхождения в модель необходимо знание Tq на момент пуска излучения, типа метеообразования. Величина Tq может быть рассчитана по измеренным оптико-метеорологическим параметрам атмосферы либо получена из измерений пропускания низкоэнергетического излучения с длиной волны, совпадающей с длиной волны МЛИ. По известной величине Г_о определяется величина H и в соответствии с Н, устанавливается уровень плотности энергии МЛИ, превышение которого нежелательно для конкретного типа метеообразования. Ошибка в определении коэффициента передачи МЛИ приземной горизонтальной трассой не превышает 25 % и уменьшается с увеличением времени существования метеообразований. Как видно из рис. 7.7, б существуют критические плотности энергии, превышение которых ведет к существенному нелинейному ослаблению МЛИ. Величина критической плотности энергии возрастает с увеличением оптической толщи трассы распространения. Максимальные значения критической плотности энергии наблюдаются для туманов, минимальные -- для слабых дождей и дымок.

Таким образом, комплексные исследования выявили закономерности изменения коэффициента ослабления излучения с Л = 10,6 мкм, зависящие от микрофизических параметров атмосферного аэрозоля и энергетических параметров МЛП.

Получены следующие аппроксимационные формулы для кривых.

а: H = 0,88 -1,371/² + 0,197).

б: 1 - туманная дымка, H = 8,762 - 2,472 * E_ф - 9,044 * 0,6^Eф;

- туман, H = 1,302 - 0,054 * E_ф - 0,887 * 0,593^Eф;

- морось, H = 1,122 - 0,052 * E_ф - 2,934 * 0,301Eф;

Анализ этих закономерностей позволил предложить модель инженерной оценки пропускания МЛИ для конкретной оптико-метеорологической ситуации в атмосфере. Основой методологии разработки модели являлась уверенность в адекватности физических процессов взаимодействия МЛИ с аэрозолем в лабораторных и натурных условиях, установленная с помощью дистанционных акустических измерений. Апробация модели на приземной трассе в реальной атмосфере проведена для оптико-метеороло-гических ситуаций, обеспечивающих исходную оптическую толщу вплоть до Tq = 5.

Оптоакустика фемтосекундного лазерного излучения

Включение материалов данного параграфа в диссертационную работу ставило целью подчеркнуть эффективность ОА-метода в комплексных исследованиях распространения фемтосекундного лазерного излучения в атмосфере.

Целью исследований являлось изучение нелинейно-оптических эффектов, возникающих при распространении в аэрозоле лазерных импульсов с интенсивностью, достижимой при сверхкоротких длительностях импульса, а также исследование распространения фемтосекундных лазерных импульсов при реализации филаментации.

Интерес к проблеме вызван, в частности, новой технологией мониторинга, применяющей метод абсорбционной спектроскопии с источниками излучения - уперконтинуумом, генерируемом в заданной области атмосферы с помощью фемтосекундных лазерных импульсов высокой мощности, что обеспечивает многокомпонентный анализ газового состава атмосферы с высоким пространственным разрешением.

Ниже представлены результаты экспериментальных исследований взаимодействия лазерных импульсов фемто и наносекундной длительности с водным аэрозолем и воздухом. Источник лазерных импульсов - Ti:Sa-лазер, генерирующий импульсы Л = 0,8 МКМ, длительностью Т_л = 80 фс и Т_л = 9 нс при энергии в импульсе E_лп < 17 мДж

Ширина спектра излучения для нано- и фемтосекундных импульсов на полувысоте ~ 25 нм. Распределение интенсивности по сечению пучка близко к гауссову, ширина на уровне 0,135I_max составляет 8 мм. В качестве модельных сред использовались частицы чистой воды с добавлением наночастиц серебра. Аэрозольная среда с размером частиц a = 2,5 мкм, протяженностью 1,3 см, концентрацией N_n < 10 см" формировалась ультразвуко-вым генератором. Акустическая часть установки включала два канала регистрации, калиброванных по звуковому давлению, с линейным частотным диапазоном 2 -ь 100 кГц, расширенным до 1 МГц по методике, описанной в § 7.1. Регистрация оптических и акустических сигналов осуществлялась цифровым осциллографом Tetronix. При исследованиях филамента использовалось фокусирующее зеркало с фокусным рас-стоянием F равным 120 или 85,6 см. Пропускание аэрозольного слоя измерялось на двух длинах волн: воздействующего, мощного лазерного импульса с Л = 0,8 мкм и зондирующего маломощного непрерывного излучения He-Ne лазера с Л = 0,63 мкм. Соосное введение зондирующего излучения, с известным коэффициентом ослабления, требовалось для контроля концентрации частиц N_n в аэрозольной среде для каждого пуска импульса Ti:Sa-лазера. Контроль флуктуаций энергии фемтосекундного импульса осуществлялся по опорному сигналу и по измерениям дополнительного фотодиода, показания которого калибровались по энергии импульса с помощью ИМО-2М для каждой серии измерений. Дополнительным каналом контроля энергии МЛИ служил неподвижный микрофон 1. Отношение сигнала Ti:Sa-лазера прошедшего аэрозольный слой к реперному сигналу, показывающее прозрачность среды для данной длины волны, корректировалось соотношением опорных сигналов для каждого пуска соответствующим коэффициентом.

Исследование взаимодействия лазерных импульсов с аэрозолем, сопровождалось измерениями акустического отклика. Использование данного канала измерений позволяет регистрировать реализацию нелинейно-оптических эффектов при взаимодействии излучения с веществом и контролировать, хотя и косвенно, энергетику излучения, в том числе при филаментации пучка.

Специальных мер звукоизоляции измерительных микрофонов от внешнего акустического шума, достигавшего звуковых давлений ~0,025 Па, не применялось. Поэтому для обработки малых акустических откликов со звуковыми давлениями до ~0,001 Па потребовались специализированные методы. Для этой цели использовалось ПЭС «Атмосферная оптоакустика», содержащая расширенный инструментарий для оптимальной обработки ОА-данных. от фокуса линзы показала, что при фокусировке зеркалами для R 4,2 м наблюдается существенное «угасание» филамента. Опорный акустический канал - микрофон 1 размещался на расстоянии 50 см от фокуса зеркала. Измерительный канал - микрофон 2 перемещался вдоль пучка фемтосекундного лазерного излучения на расстояние до 4,2 м от фокуса. Микрофоны размещались на удалении 1,5 см от филамента. Максимум частотного спектра филамента изменялся в диапазоне 38 -ь 65 кГц, а пиковое звуковое давление - в диапазоне ~0,001 5 Па. Для увеличения отношения сигнал-шум исходные данные фильтровались в диапазоне 250 кГц и усреднялись по сериям из 64 импульсов.

Среднее значение энергии фемтосекундного импульса в экспериментах составило 12 мДж. Величина S представляет собой интеграл от модуля акустического давления за период генерируемого акустического отклика и косвенно соответствует концентрации свободных электронов в плазме, возникшей в результате воздействия фемтосекундного излучения. На небольшом расстоянии от фокуса филамент теряет энергию на порядки. Под энергией филамента в данном случае понимается та часть его энергии, которая формирует слабоионизованную плазму и которая затем диссипирует в тепловую энергию среды за счет рекомбинации электронов и ионов. Акустический сигнал, таким образом, фиксирует тепловые потери лазерного излучения, связанные с филаментацией пучка.

Зафиксированное уменьшение данных потерь свидетельствует о том, что за фокусом филамент, в его определении сомоподдерживающегося образования, уже не существует. Расходящийся пучок не подпитывает филамент энергией, достаточной для баланса двух эффектов - нелинейности Керра для его фокусировки и образования плазмы для фокусировки. Таким образом, в эксперименте, скорее всего, наблюдается распад филамента или расходящийся, сформированный еще в фокусе, филамент. На это указывает и сравнение потерь энергии при различных фокусировках. При менее жесткой фокусировке регистрируемая структура пучка на расстоянии ~40 см от фокуса еще способна поддерживать стабильный филамент, но затем происходит резкое уменьшение его энергоемкости. Наблюдается уменьшение амплитуды акустического отклика на два порядка. Возможны два сценария. Первый - поскольку воздействие отличается лишь интенсивностью для фемто режима реализуется многофотонное поглощение в веществе аэрозольных частиц. Второй - для фемто режима можно пренебречь оттоком тепла от наночастиц серебра, внедренных в частицу аэрозоля, и тогда в локальных областях капли реализуются режимы перегрева и взрывного вскипания жидкости, акустический отклик которых выше, чем для случая теплового и испарительного механизмов генерации акустического отклика. Однако интерпретация полученного результата с использованием того или другого механизма требует детальной оценки. К тому же, данные механизмы не являются взаимоисключающими.

Оптическая прозрачность водного аэрозоля на длине волны зондирующего непрерывного излучения при распространении в нем лазерных импульсов фемто длительности не изменяется, что указывает на то, что не изменяется микроструктура аэрозоля, следовательно, не реализуются тепловые эффекты испарения и взрывного вскипания вещества аэрозольных частиц. При реализации оптического пробоя в аэрозоле, зафиксированного в ряде случаев акустическим методом, оптическая толща тумана также не меняется, что указывает на то, что ОП формируются внутри небольшого количества аэрозольных частиц и эти ОП, не имея подпитки энергией от короткого лазерного импульса, не развиваются.

Переход от фемтосекундого импульса к наносекундному, при сохранении энергетики импульса, сопровождается уменьшением амплитуды акустического отклика на два порядка, что указывает на дополнительные энергетические потери лазерной энергии при ее распространении через аэрозольную среду в локализованном во времени формате. Эти потери, в соответствии с оптическими измерениями, не превышают нескольких %. Измерения акустического отклика распространения филамента, сформированного при фокусировке лазерного излучения, указывают на то, что филамент существует, как соморегулирующаяся структура, лишь вблизи фокуса.