Contents
1 Femtosecond Laser Filamentation Induced Phenomena
and Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
See Leang Chin
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.2 High Intensity Short Pulse Interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
1.3 Air Lasing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
1.4 Population Inversion in the Air Filament Containing Other
Molecules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
1.5 Intensity Clamping, Self-mode Cleaning and Self-phase
Locking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
1.6 Filament Induced Chemical Reaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
1.7 Remote Sensing and Vertical Propagation . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.8 Industrial Application: Cutting Brittle Materials Using
Filaments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.9 Wood Cutting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.10 Filament Induced Discharge Guiding, Condensation,
Precipitation and Air Motion (Wind) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.11 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2 Mechanism of Population Inversion in N 2
þ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Youyuan Zhang, Erik Lötstedt, and Kaoru Yamanouchi
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.1.1 Superradiant Emission Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.1.2 Excitation Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.1.3 Efficient Excitation in a Two-Level System
at Off-Resonance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.1.4 Population Inversion Achieved by Sudden Turn-On
Pulse in N 2
þ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
vii
1 Femtosecond Laser Filamentation Induced Phenomena
and Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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See Leang Chin
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.2 High Intensity Short Pulse Interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.3 Air Lasing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.4 Population Inversion in the Air Filament Containing Other
Molecules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.5 Intensity Clamping, Self-mode Cleaning and Self-phase
Locking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.6 Filament Induced Chemical Reaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.7 Remote Sensing and Vertical Propagation . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.8 Industrial Application: Cutting Brittle Materials Using
Filaments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.9 Wood Cutting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.10 Filament Induced Discharge Guiding, Condensation,
Precipitation and Air Motion (Wind) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.11 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2 Mechanism of Population Inversion in N 2
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Youyuan Zhang, Erik Lötstedt, and Kaoru Yamanouchi
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.1.1 Superradiant Emission Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.1.2 Excitation Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.1.3 Efficient Excitation in a Two-Level System
at Off-Resonance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.1.4 Population Inversion Achieved by Sudden Turn-On
Pulse in N 2
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