Samofokusowanie

Samofokusowanie (self-focusing) to zjawisko nieliniowej optyki polegające na skupianiu wiązki światła przez własne pole optyczne, bez zewnętrznego układu ogniskującego. Zachodzi w ośrodkach nieliniowych, w których refrakcja zależy od natężenia światła.

Mechanizm opiera się na efektach Kerrowskich. W ośrodkach o dodatnim nieliniowym współczynniku refrakcji n2 obserwujemy n = n0 + n2 I, gdzie I jest natężeniem światła. Wyższe natężenie na osi wiązki powoduje większy refrakcję, co prowadzi do powstania wewnętrznego soczewkowania i zbiegania promieni. W miarę wzrostu mocy optycznej wiązka może doświadczać kolapsu pola, a dodatkowo procesy plazmowe mogą przeciwdziałać skupianiu i stabilizować propagację, prowadząc do powstawania filamentu.

Zjawisko to występuje przy różnych długościach fali i w różnych ośrodkach, zależy od n0, n2 oraz kształtu i czasu trwania impulsu. W ultrakrótkozernowych impulsach możliwe jest jednoczesne występowanie skupiania przestrzennego i czasowego, co prowadzi do szerokopasmowego rozszerzenia spektrum (supercontinuum).

Znaczenie praktyczne i konsekwencje obejmują zastosowania w laserowej mikroobróbce materiałów, optycznej propagacji wysokiej mocy w powietrzu (filamentacja), generowaniu supercontinuum oraz badaniach nieliniowych procesów światła. Zjawisko bywa także źródłem ograniczeń i wyzwań dla projektowania systemów laserowych, w których kontrola skupienia wiązki jest kluczowa.

Historia i kontekst: samofokusowanie było szeroko badane w kontekście efektu Kerr i propagacji pulsów w nieliniowych ośrodkach, stanowiąc fundament teorii nieliniowej optyki.