Автореферат (Световые пули и спектр фемтосекундного лазерного излучения при филаментации в плавленом кварце)

Н А ПРАВАХ РУКОПИСИСМЕТАНИНА ЕВГЕНИЯ ОЛЕГОВНАСВЕТОВЫЕ ПУЛИ И СПЕКТРФЕМТОСЕКУНДНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯПРИ ФИЛАМЕНТАЦИИ В ПЛАВЛЕНОМ КВАРЦЕСпециальность 01.04.21 – лазерная физикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2014Работа выполнена на кафедре общей физики и волновых процессов физическогофакультетаМосковскогогосударственногоуниверситетаимениМ.В. ЛомоносоваНаучный руководитель:доктор физико-математических наук,профессор Кандидов Валерий ПетровичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,заведующий лабораторией газовых лазеров ,главный научный сотрудникпрофессор Ионин Андрей Алексеевич,Федеральное государственное бюджетноеучреждение науки Физический институт им.П.Н.Лебедева Российской академии наук,г.

Москвадоктор физико-математических наук,ведущий научный сотрудникКарташов Ярослав ВячеславовичФедеральное государственное бюджетноеучреждение науки Институт СпектроскопииРоссийской Академии Наук (ИСАН), г. Москва,г. ТроицкВедущая организация:Федеральное государственное бюджетноеобразовательное учреждение высшегопрофессионального образования СанктПетербургский национальный исследовательскийуниверситет информационных технологий,механики и оптики, г.

Санкт-ПетербургЗащита состоится « 19 » июня 2014 г. в 1500 на заседании диссертационногосовета Д 501.001.31 в МГУ имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991 ГСП-1,Москва, Ленинские горы, МГУ, дом 1, стр. 62, корпус нелинейной оптики,аудитория им. С.А. Ахманова.С диссертацией можно ознакомиться в Отделе диссертаций Научнойбиблиотеки МГУ имени М.В.

Ломоносова (Ломоносовский проспект д. 27) и насайте http://phys.msu.ru/rus/research/disser/sovet-D501-001-31/.Автореферат разослан «» апреля 2014 годаОтзывы и замечания по автореферату в двух экземплярах, заверенных печатью,просьба выслать по вышеуказанному адресу на имя ученого секретарядиссертационного совета.Ученый секретарь диссертационного совета Д 501.001.31,кандидат физико-математических наукА.А.

КоновкоI. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ1. Актуальность темыУправлениедлительностьюимпульсов,получениеимпульсовсверхкороткой длительности и генерация широкополосного излученияотносятся к актуальным проблемам современной оптики. Использованиедисперсионных свойств сред для управления пространственно-временнымраспределением интенсивности импульса и его спектральными параметрами впроцессе нелинейного взаимодействия со средой представляет большойинтерес для фундаментальных и прикладных аспектов современнойнелинейнойоптики.Наибольшийинтересвызываетвозможностьформирования локализованного в пространстве и времени высокоинтенсивноговолнового пакета, обладающего свойствами квази-солитона.

Фемтосекундныйфиламент в объеме прозрачной среды является самоогранизующейсяструктурой, нелинейные процессы в которой подобны процессам в оптическихволокнах, фотонных кристаллах и других направляющих системах.Образование солитонов в средах с нелинейностями различных порядков, воптических структурах с оптимальным законом модовой дисперсии, иформирование световых пуль при филаментации фемтосекундного излученияна длине волны, попадающего в область аномальной дисперсии групповойскорости материала, имеют общие закономерности. Световую пулю,образующуюся в результате пространственно-временной компрессиифемтосекундного излучения в филаменте, можно рассматривать, какобобщение солитона в направляющей структуре на пространство размерности3D+1.2.Цели и задачи диссертационной работыЦель исследования состоит в экспериментальном и теоретическом анализединамики пространственно-временной компрессии мощного фемтосекундноголазерного излучения, выявлении закономерностей формирования световыхпуль и генерации широкополосного когерентного суперконтинуума в процессефиламентации в конденсированной прозрачной диэлектрической среде.Поставлены и решены следующие конкретные задачи: Исследование влияния дисперсии групповой скорости на формированиечастотно-углового спектра суперконтинуума. Исследование природы формирования спектра суперконтинуума и егоизолированного антистоксового крыла при филаментации, определениевлияния интерференционных эффектов на спектр суперконтинуума. Выявлениезакономерностейформированиясветовыхпульлокализованных в пространстве и времени волновых пакетов с высокойплотностью мощности лазерного излучения в филаменте. Исследование процесса насыщения интенсивности в световой пулефемтосекундного филамента.13.Научная новизна работы1.Впервые выполнено комплексное численное, экспериментальное и аналитическоеисследование формирования частотно-угловых спектров суперконтинуума (СК) прифиламентации фемтосекундного излучения в условиях нормальной, нулевой ианомальной дисперсии групповой скорости плавленого кварца.2.Установлено, что независимо от характера дисперсии групповой скорости,рефокусировка излучения в филаменте приводит к модуляции частотно-углового спектрав результате интерференции излучения от последовательности распределенныхкогерентных источников, образующихся вдоль филамента.3.Предсказано формирование квазипериодической последовательности «световых пуль» свысокой пространственно-временной локализацией светового поля при филаментациифемтосекундного излучения в условиях аномальной дисперсии групповой скорости.Установлены основные закономерности формирования световых пуль.4.Впервые экспериментально зарегистрировано формирование световых пуль прифиламентации в плавленом кварце.

На основе измерений автокорреляционной функциисветовой пули в образце плавленого кварца, определена минимальная длительностьсветовой пули, которая достигла 13.5 фс, что составляет около двух осцилляцийсветового поля на длине волны 1800 нм.5.Впервые предсказано на основе численного моделирования и зарегистрированоэкспериментальноформированиеизолированногоантистоксовогокрыласуперконтинуума при филаментации фемтосекундного излучения в условиях аномальнойдисперсии групповой скорости. Установлено, что с увеличением длины волныфемтосекундного излучения сдвиг изолированного высокочастотного крыла в синююобласть возрастает, его ширина уменьшается.

Величина антистоксового сдвигаопределяется порядком многофотонности процесса генерации лазерной плазмы и независит от характера дисперсии групповой скорости.6.Новой является физическая интерпретация образования изолированного максимума ввидимой области спектра суперконтинуума, согласно которой широкий минимум вспектре СК, отделяющий антистоксовое крыло от центральной длины волны импульса,является результатом деструктивной интерференции излучения суперконтинуума.7.Установлено, что дисперсия групповой скорости качественно изменяет процесснасыщения интенсивности световой пули, который в отсутствие дисперсии определяетсябалансом оптических сил линз керровской и плазменной нелинейностей.4.

Практическая ценность работыПолученные результаты и установленные закономерности могут быть использованы для:1.Оптимизации системы компрессии лазерных импульсов до одного периода световогополя при филаментации в конденсированных средах для время-разрешенногозондирования и время-разрешенной спектроскопии.2.Управления параметрами когерентного широкополосного излучения суперконтинуумана основе филаментации фемтосекундного лазерного излучения в прозрачных средах дляспектроскопических исследований в широкой полосе длин волн.3.Формирования высоко-локализованного в пространстве и времени интенсивногоизлучения среднего ИК диапазона в системах атмосферной оптики для экологическогомониторинга окружающей среды.24.Развития физических представлений о нелинейной филаментации фемтосекундногоизлучения в прозрачных конденсированных диэлектрических средах, излагаемых вучебных курсах.5.

Защищаемые положения1. Квазипериодическая последовательность световых пуль - областей сильнойпространственно-временной локализации светового поля образуется прифемтосекундной филаментации лазерного излучения в объеме прозрачнойдиэлектрической среды в условиях аномальной ДГС. Длительность световойпули при филаментации в плавленом кварце излучения на длине волны1800 нм равна 13.5 фс, что составляет около двух периодов оптическихосцилляций, ее пиковая интенсивность достигает величины 5×10 13 Вт/см2 .2.