Филаментация фемтосекундного лазерного излучения в прозрачных средах, страница 6

17г, д, и, к). После окончания филамента поле с измененной1 мДж/см(в)ω1ω2мДж/см(б)20.5 Дж/см2Дж/см(а)2Пиковаяинтенсивность,ГВт/см2Пиковаяинтенсивность,ТВт/см2r, ммr, мм2поляризацией дифрагирует на периферию пучка (см. рис. 17е, ж, л, м).z, см(г)(д)(е)(ж)ПериферияЦентрНакачка(и)(л)(к)(м)800 мкмРис. 17. (а, б) — распределения плотности энергии первой и второй гармоник, соответственно, вкоординатах (r, z). (в) — зависимость пиковой интенсивности импульса накачки (красная кривая) ипробного (синяя кривая) от расстояния z.

Вертикальными штриховыми прямыми показаны расстоянияz = 40, 55, 85 и 112 см, на которых анализируется состояние поляризации на (г — ж) и (и — м). На (г — ж)в верхнем ряду показаны распределения плотности энергии в зависимости от угла анализатора в центрепучка (0 ≤ r ≤ 100 мкм), в нижнем ряду — в периферийном кольце (320 ≤ r ≤ 370 мкм), штриховые кривыепоказывают начальное состояние поляризации.

(и — м) — эллипсы поляризации в различных положенияхна профиле пучкаУстановлено, что энергия второй гармоники с поляризацией, перпендикулярнойисходной, достигает своего максимума при начальном угле между векторами25электрического поля первой и второй гармоник, равном 45°, и оказывается равной равнаЗеркало 99.9%на 400 nmЗеркало 99.9%на 800 nmКюветас аргономИзмерительэнергииСкрещенныйанализатор400 нм800 нмдля углов 45° ± α, где 0 < α ≤ 45° (рис.

19 а, кривая, отмеченная звездами).400 нм800 нмРис. 18. Схема эксперимента для измерения наведенного филаментом двулучепреломления в кювете саргономДля сравнения с теоретическими предсказаниями был поставлен эксперимент, схемакоторого изображена на рис. 18. Излучение первой (800 нм, накачка, формируетфиламент) и второй (400 нм, пробный импульс) гармоник смешивалось в кювете саргоном, где и происходило изменение состояния поляризации пробного импульса. Уголмежду векторами электрического поля импульсов первой и второй гармоник варьировалсяв диапазоне от 0 до 90°. После выхода из кюветы накачка блокировалась зеркалом, апробный импульс, проходя через анализатор, попадал на измеритель энергии.

Варьируяось анализатора, определялось состоянии поляризации пробного импульса. На рис. 19показана зависимость энергии пробных импульсов после анализатора, полученнаячисленно (черная штриховая кривая), и экспериментально (синяя сплошная кривая,маркированная звездами) .экспериментмоделирование301.0200.5100.00020406080100Угол между векторами электрического поляЭнергия импульса 400 нм послескрещенного анализатора, усл. ед.(эксперимент)(б)Энергия импульса 400 нм послескрещенного анализатора, % от начальной(моделирование)(а)Скрещенны йанализаторyВторая гармоника,400 нмψ0xНакачка, 800 нмимпульсов 800 и 400 нм ψ0, град.Рис.

19. (а) — энергия импульса второй гармоники (400 нм), прошедшего скрещенный анализатор (б), взависимости от угла между направлениями электрического поля накачки (800 нм) и второй гармоники (400нм). Кривая, отмеченная звездами, — эксперимент, черная штриховая, отмеченная кругами, — теорияВ параграфе 8.4 сформулированы выводы по Главе 8.РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ1. Создана физическая модель образования протяженного филамента с высокой26концентрацией энергии фемтосекундного лазерного излучения на основе обобщения нанестационарную самофокусировку в условиях нелинейной рефракции в самонаведеннойлазерной плазме модели движущихся фокусов.

Обобщенная модель воспроизводитпротяженный филамент с высокой плотностью энергии, формирование в поперечномсечении пучка колец в распределении интенсивности, образующихся вследствиеаберрационнойдефокусировкивсамонаведеннойлазернойплазме,эффектрефокусировки, который состоит в немонотонном изменении плотности энергии вдольфиламента. Высокая плотность энергии в протяженном филаменте является результатомконцентрации светового поля в непрерывной последовательности нелинейных фокусов,создаваемой временными слоями на переднем фронте импульса.2.Показано,чтодинамическийсценариймножественнойфиламентациифемтосекундного лазерного излучения высокой мощности состоит в образовании«родительских» филаментов из начальных возмущений в поперечном распределенииинтенсивности,зарождении«дочерних»навозмущениях,возникающихприинтерференции кольцевых сруктур светового поля, расходящихся от осей родительскихфиламентов, перекачке энергии между филаментами и «выживании» одного илинескольких из них.3.

Установлено, что образование суперконтинуума и конической эмиссии прифиламентациифемтосекундноголазерногоизлученияявляетсярезультатомегопространственно-временной самомодуляции, при которой сверхуширение частотногоспектра возникает вследствие временного градиента фазы светового поля, а угловогоспектра - вследствие пространственного градиента фазы.

Высокочастотные компонентыспектраобразуютсуперконтинуума,расходящуюсятогдакакподмалымизлучениеугломконическуюнизкочастотныхэмиссиюраспространяетсяпреимущественно вдоль оптической оси.4. Определено, что одновременное изменение фазовой модуляции светового поля ипоперечного размера пучка фемтосекундного лазерного излучения создает плотноемножество филаментов и плазменных каналов на заданном расстоянии. Это позволяетповысить стабильность и уровень регистрируемого сигнала флюоресценции атмосферногоазота, что имеет большое значения для дистанционного зондирования.5.

Показано, что периодическая амплитудная модуляции светового поля впоперечномсечениилазерногопучкапозволяетосуществитьпространственнуюрегуляризацию стохастического множества филаментов в условиях амплитудно-фазовыхфлуктуаций начального излучения.6. Установлено, что в филаменте осуществляется самокомпрессия лазерного27импульса. При оптимизации диаметра выходной апертуры и давления газа возможноформирование на длине волны 800 нм самосжатого до ∼5 фс импульса с плоскимраспределением фазы спектральных компонент шириной около 80 нм.7.

Показано, что фемтосекундный филамент линейно-поляризованного лазерногоизлучения создает оптическую анизотропию в объеме изотропной прозрачной среды.Вследствиенаведенногодвулучепреломлениялинейно-поляризованноепробноеизлучение в филаменте эволюционирует в эллиптически поляризованное.ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ1. Бирюков А.А., Панов Н.А., Волков М.В., Урюпина Д.С., Волков Р.В., Косарева О.Г.,Савельев А.Б. «Особенности филаментации фемтосекундного лазерного излученияснегауссовымпоперечнымпространственнымпрофилем»,Квантоваяэлектроника 41, 958-962 (2011).2.

Kosareva O.G., Panov N.A., Volkov R.V., Andreeva V.A., Borodin A.V., Esaulkov M.N.,Chen Y.,Marceau C.,Makarov V.A.,Shkurinov A.P.,Savel'ev A.B.,Chin S.L.“Analysis of Dual Frequency Interaction in the Filament with the Purpose of EfficiencyControl of THz Pulse Generation”, Journal of Infrared, Millimeter and Terahertz Waves32, 1557-1567 (2011).3. Yuan S.,Wang T.-J.,Kosareva O.,Panov N.,Makarov V.,Zeng H.,Chin S.L.“Measurement of birefringence inside a filament”, Physical Review A 84, 013838 (2011).4. Панов Н.А., Косарева О.Г., Андреева В.А., Савельев А.Б., Урюпина Д.С., Волков Р.В.,Макаров В.А.,Шкуринов А.П.«Угловоераспределениеинтенсивноститерагерцовой эмиссии плазменного канала фемтосекундного филамента», Письма вжурнал теоретической и экспериментальной физики 93, 715 (2011).5. Daigle J.-F., Kosareva O., Panov N., Wang T.J., Hosseini S., Yuan S., Roy G., Chin S.L.“Formation and evolution of intense, post-filamentation, ionization-free low divergencebeams”, Optical Communications 284, 3601 (2011).6.

Kosareva O., Daigle J.-F., Panov N., Wang T., Hosseini S., Yuan S., Roy G., Makarov V.,Chin S.L. “Arrest of self-focusing collapse in femtosecond air filaments: higher orderKerr or plasma defocusing?”, Optics Letters 36, 1035 (2011).7. Панов Н.А., Косарева О.Г., Савельев-Трофимов А.Б., Урюпина Д.С., Пережогин И.А.,28Макаров В.А. «Особенности филаментации фемтосекундных импульсов гауссовойформы с эллиптической поляризацией, близкой к линейной или циркулярной»,Квантовая электроника 41, 160 (2011).8.

Kosareva O., Panov N., Makarov V., Perezhogin I., Marceau C., Chen Y., Yuan S.,Wang T., Zeng H., Savel'ev A., Chin S.L. “Polarization rotation due to femtosecondfilamentation in an atomic gas”, Optics Letters 35, 2904 (2010).9. Bérubé J.-P., Vallée R., Bernier M., Kosareva O.G., Panov N.A., Kandidov V.P., Chin S.L.“Self and forced periodic arrangement of multiple filaments in glass”, Optics Express 18,1801 (2010).10. Uryupina D., Kurilova M., Mazhorova A., Panov N., Volkov R., Gorgutsa S., Kosareva O.,Savel'ev A., Chin S.L. “Few-cycle optical pulse production from collimated femtosecondlaser beam filamentation”, Journal of the Optical Society of America B 27, 667 (2010).11.

Курилова М.В., Урюпина Д.С., Мажорова А.В., Волков Р.В., Горгуца С.Р., Панов Н.А.,Косарева О.Г.,Савельев А.Б.«Формированиеоптическихимпульсовдлительностью до 8 фс при филаментации коллимированного фемтосекундноголазерного излучения в аргоне», Квантовая электроника 39, 879 (2009).12. Кosareva О.G., Liu W., Panov N.A., Bernhardt J., Ji Z., Sharifi M., Li R., Xu Z., Liu J.,Wang Z., Ju J., Lu X., Jiang Y., Leng Y., Liang X., Kandidov V.P., Chin S.L. “Can wereach very high intensity in air with femtosecond PW laser pulses?”, Laser Physics 19,1776 (2009).13. Панов Н.А., Саввин А.Д., Косарева О.Г., Савельев-Трофимов А.Б., Кандидов В.П.,Потанин С.А., Польских С.Д., «Фемтосекундные филаменты как новый типопорных лазерных источников для астрономической адаптивной оптики»,Квантовая электроника 39, 560 (2009).14.

Курилова М.В.,Косарева О.Г.,Урюпина Д.С.,Савельев А.Б.Мажорова А.В.,«ИсследованиеГоргуца С.Р.,Волков Р.В.,трансформацииспектрафемтосекундного лазерного излучения при его филаментации в газовой среде»,Оптика и спектроскопия, 107, 459 (2009).15. Chen Y., Wang T., Marceau C., Theberge F., Chateauneuf M., Dubois J., Kosareva O.,Chin S.L. “Characterization of terahertz emission from a dc-biased filament in air”,Applied Physics Letters 95, 101101 (2009).16. Кандидов В.П.,Шлёнов С.А.,Косарева О.Г.29«Филаментациямощногофемтосекундного лазерного излучения» Квантовая электроника 39, 205 (2009).17. Chin S., Xu H., Luo Q., Théberge F., Liu W., Daigle J., Kamali Y., Simard P., Bernhardt J.,Hosseini S., Sharifi M., Méjean G., Azarm A., Marceau C., Kosareva O., Kandidov V.,Aközbek N., Becker A., Roy G., Mathieu P., Simard J., Châteauneuf M., Dubois J.“Filamentation “remote” sensing of chemical and biological agents/pollutants using onlyone femtosecond laser source”, Applied Physics B 95, 1 (2009).18.