Диссертация (Роль проводимости и нелинейной поляризации среды в ориентации главной оси эллипса поляризации терагерцового излучения, образующегося при самовоздействии и взаимодействии фемтосекундных импульсов), страница 3

Для этого ре­шались следующие задачи:1. Теоретическое и экспериментальное исследование состояния эллипса поляризации ипространственных свойств терагерцового излучения, возникающего при одновремен­ном взаимодействии в газово-плазменной среде оптических фемтосекундных импуль­сов первой и второй гармоники титан-сапфирового лазера.2.

Исследование явления генерации терагерцового излучения в модельной системе суправляемой проводимостью - тонких плёнках диоксида ванадия в металлическом иизолирующем фазовом состоянии при самовоздействии в них фемтосекундных им­пульсов титан-сапфирового лазера.

Определение состояния эллипса поляризации из­лучения данного источника.Научная новизна проведенных исследований определяется следующими положени­ями:1. На основе анализа известных из литературы теоретических зависимостей, а так жеоригинальных экспериментальных данных показано, что поляризация терагерцово­го излучения, возникающего при взаимодействии фемтосекундных импульсов титан­сапфирового лазера с газово-плазменными средами, определяется взаимным соотно­шением проводимости и нелинейной поляризации этих сред2. Впервые экспериментально показано, что поляризация терагерцового излучения,возникающего при коллинеарном взаимодействии линейно-поляризованных фемто­секундных импульсов первой и второй гармоник титан-сапфирового лазера с энер­гиями порядка 1 мДж и 50 мкДж соответственно, углом между направлениями их11поляризации меньшим 70∘ и отстуствии временной задержки между ними, близка клинейной и совпадает по направлению с поляризацией первой гармоники3.

Впервые было установлено, что пространственное распределение интенсивности те­рагерцового излучения, возникающего при оптическом пробое газов фемтосекундны­ми импульсами первой и второй гармоники с энергиями порядка 1 мДж и 50 мкДжсоответственно, является коническим с углом раскрытия, зависящим от длины плаз­менного канала, в котором происходит генерация, и частоты излучаемой волны.4. Впервые экспериментально обнаружено наличие высокочастотной (на частотах 7 до13 ТГц при использовании импульса первой гармоники длительностью 120 фс) ком­поненты спектра терагерцового излучения, обусловленной нелинейной поляризациейсреды оптического пробоя.5.

Впервые было обнаружено явление генерации терагерцового излучения в тонкихплёнках диоксида ванадия в двух фазовых состояниях при их взаимодействии сизлучением фемтосекундного лазера с плотностью потока энергии до 6 мДж/см2 .Практическая значимость Результаты и закономерности, полученные в диссерта­ции, могут быть использованы для построения и оптимизации спектроскопических систем,использующих газовые среды для генерации и детектирования терагерцового излучения.В работе выявлены методы управления поляризацией и интенсивностью генерируемоготерагерцового излучения путём изменения поляризации возбуждающих оптических им­пульсов и разности фаз между ними.

Обнаружен способ быстрой модуляции направленияполяризации генерируемого широкополосного терагерцового излучения при помощи изме­нения временной задержки между возбуждающими лазерными импульсами. Этот способможет найти применение для таких исследовательских задач, как поляризационная ТГцспектроскопия в широком диапазоне частот.На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:1. Ориентация эллипса поляризации терагерцового излучения, возникающего при само­воздействии и взаимодействии фемтосекундных импульсов титан-сапфирового лазе­ра с газово-плазменными средами и проводящими плёнками, определяется взаимнымсоотношением проводимости и нелинейной поляризации этих сред.122.

Состоянием поляризации терагерцового излучения, возникающего при коллинеар­ном взаимодействии в газах фемтосекундных импульсов первой и второй гармониктитан-сапфирового лазера с энергиями до 1 мДж и 0.05 мДж соответственно и дли­тельностью порядка 100 фс, можно управлять, изменяя временную задержку междуними3. Пространственное распределение интенсивности линейно поляризованного терагер­цового излучения, возникающего в газе при взаимодействии фемтосекундных им­пульсов первой и второй гармоники титан-сапфирового лазера с энергиями до 1мДж и 0.05 мДж соответственно и длительностью порядка 100 фс, имеет кониче­ский характер.

Угол раскрытия конуса обратно пропорционален корню из длиныобразующегося плазменного канала и частоты терагерцового излучения4. Эффективность генерации терагерцового излучения, возникающего при взаимодей­ствии фемтосекундного импульса титан-сапфирового лазера длительностью 50фс иэнергией до 0.2 мДж с эпитаксиальной пленкой диоксида ванадия, возрастает болеечем на порядок при его переходе из изолирующего в проводящее состояниеАпробация работы Основные результаты диссертации докладывались на следу­ющих конференциях: 8я международная конференция Strong Microwaves and TerahertzWaves: Sources and Applications 2011, г.

Нижний Новгород, 9-16 июля 2011 г.; 2я между­народная конференция Terahertz and Microwave radiation (TERA-2012), г. Москва, 20-22июня 2012 г.; 20я международная конференция Advances in Laser Technologies (ALT-2012),г. Тун, Швейцария, 2-6 сентября 2012 г.; международная конферениция The InternationalConference on Coherent and Nonlinear Optics/The Lasers, Applications, and Technologies(ICONO/LAT 2013), г. Москва, 18-22 июня 2013 г.; 8я международная конференция моло­дых ученых и специалистов “Оптика-2013”, г. Санкт-Петербург, 22я конференция Advancesin Laser Technologies (ALT-2014), г.

Касси, Франция, 6-10 октября 2014 г, 40я международ­ная конференция Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2015), г. Гонконг,КНР, 23-27 августа 2015 г, 23я конференция Advances in Laser Technologies (ALT-2015), г.Фаро, Португалия, 6-11 сентября 2015 гПубликации по теме диссертации.

Материалы диссертации опубликованы в 21печатной работе, в том числе в 8 статьях в рецензируемых научных журналах из спискаВАК России:131. Borodin A. V., Panov N. A., Kosareva O. G., Andreeva V. A., Esaulkov M. N.,Makarov V. A., Shkurinov A. P., Chin S.-L., Zhang X.-C. Transformation of terahertzspectra emitted from dual-frequency femtosecond pulse interaction in gases // Opticsletters. – 2013.

– Vol. 38, no. 11, pp. 1906–1908.2. Borodin A. V., Esaulkov M. N., Kuritsyn I. I., Kotelnikov I. A., Shkurinov A. P. Onthe role of photoionization in generation of terahertz radiation in the plasma of opticalbreakdown // JOSA B. – 2012. – Vol.

29, no. 8, pp. 1911–1919.3. 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. Analysis of dual frequencyinteraction in the filament with the purpose of efficiency control of THz pulse generation //Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves.

– 2011. – Vol. 32, no. 10, pp. 1157–1167.4. Borodin A. V., Esaulkov M. N., Frolov A. A., Shkurinov A. P., Panchenko V. Y.Possibility of direct estimation of terahertz pulse electric field // Optics letters. – 2014.– Vol. 39, no. 14, pp. 4092–4095.5. Esaulkov M. N., Kosareva O. G., Makarov V. A., Panov N. A., Shkurinov A. P.Simultaneous generation of nonlinear optical harmonics and terahertz radiation in air:polarization discrimination of various nonlinear contributions // Frontiers of Optoelectronics.– 2015. – Vol.

8, no. 1, pp. 73–80.6. Makarevich A., Sadykov I., Sharovarov D., Amelichev V., Adamenkov A., Tsymbarenko D.,Plokhih A., Esaulkov M., Solyankin P., Kaul A. Chemical synthesis of high qualityepitaxial vanadium dioxide films with sharp electrical and optical switch properties //Journal of Materials Chemistry C. – 2015. – Vol. 3, no. 35, pp.

9197–9205.7. Esaulkov M., Solyankin P., Sidorov A., Parshina L., Makarevich A., Jin Q., Luo Q.,Novodvorsky O., Kaul A., Cherepetskaya E., Makarov V., Shkurinov A., Zhang X.-C.Emission of terahertz pulses from vanadium dioxide films undergoing metal–insulatorphase transition // Optica. – 2015. – Vol.

2, no. 9, pp. 790–796.8. Фролов А. А., Бородин А. В., Есаулков М. Н., Курицын И. И, Шкуринов А. П. Тео­рия лазерно-плазменного метода детектирования терагерцевого излучения //ЖЭТФ.– 2012. – Т. 141, № 6, стр. 1027–1040.14Личный вклад автора Содержание диссертации и основные положения, выноси­мые на защиту, отражают персональный вклад автора в опубликованные работы. Экспе­риментальные результаты, представленные в диссертации результаты получены авторомлично или при его определяющем участии. Теоретический анализ, использованный длясравнения с оригинальными экспериментальными результатами, был выполнен совместнос сотрудниками лаборатории численного эксперимента в оптике физического факультетаМГУ имени М.В.

Ломоносова (Н.А.Пановым, О.Г. Косаревой, В.А. Андреевой), сотрудни­ком Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН И.А. Котельниковым и сотруд­ником Объединенного института высоких температур РАН А.А. Фроловым Подготовка кпубликации полученных результатов проводилась совместно с соавторами. Автором осу­ществлялось планирование, подготовка и проведение экспериментов, обработка экспери­ментальных данных, их анализ и интерпретация.Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, 5 оригиналь­ных глав, заключения и библиографии.