Автореферат (Световые пули и спектр фемтосекундного лазерного излучения при филаментации в плавленом кварце), страница 2

Возникновение световой пули обусловлено совместным проявлениемсамофокусировки и фазовой самомодуляции излучения в условияханомальной ДГС. Световая пуля образуется в центральных временных слояхимпульса и смещается к хвосту импульса при его распространении.Формирование последовательности световых пуль происходит в результатеперекачки энергии с хвоста и фронта импульса к центру, вызваннойаномальной дисперсией, и последующим пространственным сжатиемвременных слоев вследствие нелинейности.3. При филаментации фемтосекундного лазерного импульса на длинах волн,лежащих в области аномальной ДГС плавленого кварца, в спектрегенерируемого суперконтинуума формируется изолированное антистоксовоекрыло в видимой области.

При увеличении центральной длины волныизлучения сдвиг изолированного антистоксового крыла в синюю областьвозрастает, его ширина уменьшается. Антистоксовый сдвиг СК возрастаетнезависимо от характера ДГС вследствие возрастания крутизны заднегофронта импульса при увеличении порядка многофотонности процессагенерации лазерной плазмы.4. Образование световой пули сопровождается монотонным уширениемспектра СК в стоксову и антистоксову области. Появление широкогоминимума в спектре СК, отделяющего его антистоксовое крыло от области вокрестности центральной длины волны, является результатом деструктивнойинтерференции широкополосного излучения суперконтинуума, котороегенерируется в излучающей области конечной длины, формируемойдвижущейся световой пулей в филаменте.5.

В условиях аномальной дисперсии групповой скорости насыщениеинтенсивности в филаменте определяется как пространственнымиэффектами керровской и плазменной нелинейностей, так и перетеканиеммощности к центру импульса, возникающим при фазовой самомодуляциисветового поля. Интенсивность световой пули достигает максимума приплазменнойдефокусировке,доминирующейнадкерровскойсамофокусировкой.36. Независимо от характера дисперсии групповой скорости рефокусировкафемтосекундного излучения в филаменте вызывает модуляцию частотноугловой спектра в результате интерференции излучения суперконтинуума отпоследовательностираспределенныхкогерентныхисточников,образующихся вдоль филамента.6.

Апробация результатов работыОсновные результаты работы опубликованы в 10 научных статьях вжурналах «Квантовая электроника», «ЖЭТФ», «Оптический журнал», «AppliedPhysics B», «Laser Physics», «Laser Physics Letters», «Optics Letters»,«Proceedings of SPIE».Докладывались автором на международных конференциях: XVIIМеждународная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных«Ломоносов» (Москва, Россия, 2010); Международная конференция молодыхученых и специалистов «Оптика» (Санкт-Петербург, Россия, 2011); SPIE Opticsand Photonics (San Diego, USA, 2011); 20th International Laser Physics Workshop(Saraevo, Bosnia and Herzegovina,2011); International Conference "NonlinearOptics East-West Reunion" (NLO-50) (Суздаль, Россия, 2011), InternationalWorkshop on laser-matter interaction (Porquerolles, France, 2012); 4th InternationalSymposium on Filamentation, (Tucson, Arizona, USA, 2012); InternationalConference on Coherent and Nonlinear Optics & International Conference on Lasers,Applications, and Technologies (Москва, Россия, 2013); 22nd International LaserPhysics Workshop (Prague, Czech Republic ,2013); а также на семинарах кафедрыобщей физики и волновых процессов физического факультета и МЛЦ МГУ им.М.В.

Ломоносова, отделения Квантовой радиофизики Физического институтаАН им. П.Н.Лебедева (ФИАН) и отдела Лазерной спектроскопии Институтаспектроскопии РАН (ИСАН).7. Структура и объем работыДиссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и спискацитируемой литературы. Объем работы составляет 147 страниц, включая 58рисунков и 2 таблицы. Список цитируемой литературы содержит 189наименование.8. Личный вклад автораВсе использованные в диссертации результаты получены автором лично илипри определяющем ее участии.

Автор работы провела численноемоделирование и анализ процесса филаментации мощного фемтосекундногоизлучения в плавленом кварце в условиях нормальной, нулевой и аномальнойдисперсии, аналитическое исследование формы спектра суперконтинуумасветовой пули. На основе результатов численного моделирования ианалитического исследования автор осуществила детальное планирование4лабораторного эксперимента в Институте спектроскопии РАН, выполниласпектральные исследования антистоксового крыла суперконтинуума прифиламентации импульсов в диапазоне длин волн от 1300 до 2300 нм ирегистрацию длительности световых пуль в плавленом кварце.II. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо Введении обоснована актуальность выбранной темы, определены цели изадачи диссертационной работы, сформулированы научная новизна и основныезащищаемые положения.В Главе 1 «Состояниеисследованийявленияфиламентациивконденсированных и газообразных средах» дан краткий обзор состоянияисследований по филаментации фемтосекундных лазерных импульсов вразличных средах.

Приведены результаты экспериментальных и теоретическихработ, которые дают представление о физических процессах, определяющих исопровождающих явление филаментации фемтосекундных импульсов.Раздел 1.1посвященпространственно-временнойтрансформациифемтосекундного лазерного излучения в процессе филаментации в прозрачныхдиэлектриках. В разделе описаны эксперименты по регистрацииосциллирующей кольцевой структуры пространственного распределенияинтенсивности в филаменте, и распада импульса на субимпульсы в прифиламентации в условиях нормальной дисперсии групповой скорости.В Разделе 1.2 обсуждается явление сверхуширения частотно-угловогоспектра фемтосекундных лазерных импульсов при филаментации в прозрачныхдиэлектриках.

В литературе данное явление называют генерациейсуперконтинуума или генерацией белого света. Представлены основныеэкспериментальные работы по регистрации конической эмиссии, частотных ичастотно-угловых спектров суперконтинуума.Раздел 1.3 посвящен явлению самокомпрессии импульсов в процессефиламентации.

Рассмотрены работы по исследованию возможностиформирования и устойчивости локализованных в пространстве и времениволновых пакетов - световых пуль - в средах с искусственными геометриями икаскадной квадратичной нелинейностью.Раздел 1.4 содержит обзор существующих математических моделей,используемых для численных экспериментов по нелинейному распространениюфемтосекундного излучения в прозрачных диэлектрических средах. Приведеныфизическиемодели,интерпретирующиеконическуюэмиссиюсуперконтинуума.В Главе 2 «Компьютерныйэкспериментпофиламентациифемтосекундного лазерного излучения в плавленом кварце» описанаматематическая модель, используемая в данной работе для численного расчетапроцесса распространения мощных сверхкоротких лазерных импульсов вплавленом кварце.5В Разделе 2.1 представлена математическая модель распространенияфемтосекундного лазерного излучения в прозрачной диэлектрической среде.

Вотсутствие множественной филаментации применима аксиально-симметричнаямодель распространения лазерного излучения. Для аксиально–симметричнойзадачи распространения фемтосекундного излучения используется нелинейноеволновое уравнение относительно медленно меняющейся комплекснойогибающей светового поля импульса A(r , t ) учитывающее дифракцию,полностью дисперсию согласно формуле Селмейра для плавленого кварца,керровскую и плазменную нелинейности, потери на ионизацию среды впроцессе филаментации:2ik 0A(r , t ) ˆ 112 ~  T   A(r , t )  k 2 (0  )  k0  k1  A(r , )ei t d z  1   02k02 ˆ2k 2T nk (r , t ) A(r , t )  0 Tˆ 1 n p (r , t ) A(r , t )  ik 0Tˆ  2 N e (r , t ) A(r , t )  ik 0 (r , t ) A(r , t ) ,n0n0где k ( ) — волновое число в среде, k0  k (0 ) , k1  k 0,     0 — отстройка частоты от центральной частоты импульса,  — оператор Лапласа по поперечным координатам,(1)n0  n(0 ) — показатель преломления среды на центральной частоте,nk и n p — керровская и плазменная нелинейные добавки к показателюпреломления,N e — концентрация свободных электронов, — сечение обратного тормозного поглощения, — коэффициент поглощения при полевой ионизации среды.Tˆ  1  i t -.оператор волновой нестационарности.0В Разделе 2.2 обсуждается дисперсионная зависимость n () для плавленогокварца, описанная по формуле Селмейера в широком диапазоне длин волн.Указаны области нормальной ( k 2 k2  0 2k 2  0 0 ),нулевой k 2  0 и аномальнойдисперсии групповой скорости.В Разделе 2.3 представлены методы численного решения задачи офиламентации, параметры расчетной сетки; обсуждаются проблемы,возникающие при численном моделировании.В Разделе 2.4 показаны использованные методы обработки данныхчисленного моделирования, необходимые для представления результатоврасчета в формате данных, регистрируемых экспериментально.В Разделе 2.5 описана использованная в данной работе интерференционнаямодель формирования частотно-углового спектра импульса при филаментациифемтосекундного лазерного импульса в плавленом кварце.

Модель позволяетполучить аналитически частотно-угловое распределение спектральныхкомпонент суперконтинуума, обусловленное интерференционными эффектами6при распространении широкополосного когерентногопротяженной излучающей области филамента.источникавдольВ Главе 3 «Частотно-угловыеспектрыфемтосекундноголазерногоизлучения при филаментации в плавленом кварце» численно, аналитически иэкспериментально исследована трансформация частотно-угловых спектровфемтосекундных лазерных импульсов с различными центральными длинамиволн при филаментации в плавленом кварце. Установлено, что вне зависимостиот вида дисперсии групповой скорости материала, частотно-угловой спектримпульса приобретает характерную интерференционную модуляцию прирефокусировке излучения в филаменте .В Разделе 3.1 представлена схема эксперимента по регистрации плазменныхканалов и частотно-углового спектра суперконтинуума при филаментации вплавленом кварце.