Rev. Phys. Appl. (Paris) 13, 198-210 (1978)
DOI: 10.1051/rphysap:01978001304019800

Influence des effets non linéaires sur la focalisation des faisceaux lasers de haute densité de puissance

J.C. Guyot, A. Bettinger et D. Auric

Division Lasers, Laboratoires de Marcoussis, Centre de Recherches de la C. G. E., Route de Nozay, 91460 Marcoussis, France

Abstract
A laser beam wave-front going through a medium with a high non-linear index of refraction (≈ 10-13 e. s. u.) is affected by a phase shift measured by the beam-break-up integral B. For high power densities (a few GW/cm2), energy ripples with critical spatial frequencies (between 40 and 150 cm-1) grow with a gain equal to exp(B). Energy contained in these ripples is focused outside of an angle equal to 5 times the diffraction angle and represents 20 % to 30 % of the total laser energy when B > 4.5. Moreover, the laser radiance is deeply disturbed when B > 7 and the power density at the lens focus can be at its lowest value when the power delivered by the laser reaches a peak value.

Résumé
L'intégrale de rupture B exprime le déphasage que subit la surface d'une onde laser traversant un milieu d'indice de réfraction non linéaire élevé (≈ 10-13 e. s. u.). Aux densités de puissance importantes (quelques GW/cm2), l'amplitude des modulations d'énergie ayant une fréquence spatiale privilégiée (40 à 150 cm-1) croît avec un gain égal à exp(B). Au foyer d'une lentille, l'énergie contenue dans ces modulations (20 à 30 % de l'énergie totale lorsque B > 4,5) est rejetée dans des angles supérieurs à 5 fois l'angle limite de diffraction. En outre, la brillance du laser est profondément affectée lorsque B > 7, et la densité de puissance au foyer peut être minimum lorsque la puissance délivrée par le laser est maximum.

PACS
4260H - Laser beam characteristics and interactions.
4265J - Beam trapping, self focusing, thermal blooming, and related effects.
4330 - Laser beam interactions and properties.
4340 - Nonlinear optics and devices.

Key words
focusing -- laser beams -- nonlinear optics -- refractive index -- high power laser beam focusing properties -- phase shift -- high power densities -- energy ripples with critical spatial frequencies -- laser radiance -- laser beam wavefront -- medium with nonlinear index of refraction -- beam break up integral -- focused energy -- perturbations gain