Самофокусировка света

Самофокусиро́вка све́та, концентрация энергии световой волны нелинейной средой, показатель преломления ${\displaystyle {n}}$ которой увеличивается с ростом амплитуды напряжённости поля ${\displaystyle {\text{E}}}$:

${\displaystyle {n=n_{0}+n_{\text{нл}}(E^{2}),\quad n_{\text{нл}}>0}.}$ (1)

Возможность возникновения эффекта самофокусировки света впервые предсказал Г. А. Аскарьян в 1962 г. Световой пучок с максимумом напряжённости поля на оси в первоначально однородной среде создаёт объёмную собирающую линзу с фокусным расстоянием ${\displaystyle F_{\text{нл}}}$. Лучи, изначально распространяющиеся вдоль оси, искривляются (нелинейная рефракция) к оси. В случае тонкого нелинейного слоя толщиной ${\displaystyle {l<F_{\text{нл}}}}$ лучи сходятся в фокальной плоскости, а затем расходятся вследствие дифракции. В толстом слое (${\displaystyle {l\gg F_{\text{нл}}}}$) эффекты нелинейной рефракции и дифракции действуют одновременно. При критической мощности они компенсируются, создаётся нелинейный диэлектрический волновод и пучок распространяется с постоянной шириной – это оптический солитон. Но волноводный режим пучка постоянной ширины неустойчив. При мощности, превышающей критическую, пучок схлопывается в нелинейном фокусе, расстояние до которого сокращается при увеличении мощности. При мощности, в десятки и более раз превышающей критическую, в пучке развивается мелкомасштабная самофокусировка света: образуется множество нелинейных фокусов. В полях мощных фемтосекундных лазерных импульсов в газовых и конденсированных средах могут формироваться протяжённые т. н. филаменты излучения (светящиеся нити).