Отзыв ведущей организации (Световые пули и спектр фемтосекундного лазерного излучения при филаментации в плавленом кварце)

УТВЕРЖДАЮ Ректор Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики доктор член-к академ Васил ОТЗЫВ Ведущей организации на диссертационную работу Сметаниной Евгении Олеговны «Световые пули и спектр фемтосекундного лазерного излучения при филаментации в плавленом кварце», представленную на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.21 — лазерная физика Диссертационная работа Е.О.

Сметаниной посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию особенностей пространственно-временной эволюции фемтосекундного лазерного излучения при его филаментации в кварцевом стекле. Изучение закономерностей формирования сверхкоротких световых пуль - локализованных в пространстве и времени волновых пакетов с высокой интенсивностью оптического поля, которые возникают при филаментации фемтосекундного лазерного импульса в прозрачных диэлектрических средах с аномальной дисперсией, - является важной фундаментальной проблемой нелинейной фемтосекундной оптики. Использование дисперсионных свойств сред для управления пространственно- временным распределением интенсивности лазерных импульсов и их спектральными параметрами в процессе нелинейного взаимодействия со средой представляет существенное прикладное значение.

Поэтому диссертационная работа Е.О. Сметаниной представляется актуальной и важной. Диссертация состоит из Введения, пяти глав и Заключения. В первой главе дан обзор литературы по сути явления филаментации и ее применениям, генерации суперконтинуума в ходе фемтосекундной филаментации в прозрачных диэлектрических средах. Обзор литературы, на наш взгляд, полно отражает состояние исследований в данной области и позволяет ясно определить место работ, выполненных автором, и полученных им результатов. Во второй главе диссертации изложен аппарат, который автор использовал в своем исследовании. Представлена математическая модель численного анализа эффектов самофокусировки, филаментации и генерации суперконтинуума. В основе математической модели лежит нелинейное волновое уравнение для медленной меняющейся комплексной огибающей оптического поля, учитывающее дифракцию, линейную дисперсию, керровскую и плазменную нелинейности, а также потери на ионизацию среды.

Данное уравнение дополнено кинетическим уравнением для наведенной лазерной плазмы, включающим полевой и столкновительный ионизационные вклады. Определены ключевые параметры рассматриваемой задачи. Так же представлена интерференционная модель, использованная для аналитического исследования формирования частотно-углового спектра суперконтинуума при филаментации излучения в условиях нормальной, нулевой и аномальной дисперсии групповой скорости в кварцевом стекле. Третья глава диссертации посвящена экспериментальному, численному и аналитическому изучению закономерностей формирования частотно углового спектра излучения суперконтинуума, генерируемого при филаментации фемтосекундных лазерных импульсов с центральной длиной волны, перестраиваемой в широком спектральном диапазоне, который охватывает области нормальной, нулевой и аномальной дисперсии групповой скорости в кварцевом стекле.

Автором, по-видимому, впервые установлено, что независимо от дисперсии групповой скорости, при рефокусировке излучения в филаменте, частотно-угловой спектр суперконгинуума приобретает модуляцию, обусловленную интерференцией от двух соосных излучающих областей филамента. Отметим качественные иллюстрации численных и физических экспериментов. В четвертой главе представлены результаты экспериментального, численного и аналитического исследования изменений спектра фемтосекундного лазерного излучения с центральной длиной волны в области аномальной групповой дисперсии кварцевого стекла в процессе его филаментации. К приоритетным результатам относится установление основных закономерностей формирования изолированного высокочастотного крыла суперконтинуума.

Е.О. Сметаниной показано, что влияние возрастания центральной длины волны излучения на спектр суперконтинуума определяется двумя факторами. Первый- увеличение уширения спектра в высокочастотную область, вызванное сильным у кручением хвоста импульса, которое обусловлено ростом порядка многофотонности процесса генерации лазерной плазмы. Второй - деструктивная интерференция широкополосного излучения суперконтинуума и формирование широкого минимума в полосе между изолированным голубым крылом и уширенным спектром импульса. Независимо от характера дисперсии величина уширения спектра излучения в синюю область при филаментации возрастает с увеличением порядка многофотонности процесса генерации лазерной плазмы.

В кварцевом стекле высокий порядок многофотонности генерации плазмы соответствует длинам волн, которые лежат в области аномальной и нулевой дисперсии групповой скорости. При увеличении центральной длины волны излучения в условиях аномальной дисперсии происходит уменьшение ширины высокочастотного крыла суперконтинуума и увеличение его сдвига в синюю область спектра. В заключительной, пятой главе представлен ряд новых результатов численного и экспериментального исследования пространственно-временной трансформации фемтосекундного лазерного импульса при его филаментации в кварцевом стекле в условиях аномальной дисперсии групповой скорости. Исследовано влияние аномальной дисперсии на процесс насыщения интенсивности лазерного излучения при филаментации.

С помощью численного моделирования проанализирована эволюция световых пуль длительностью всего в несколько периодов оптического поля. Проведена экспериментальная регистрация автокорреляционных функций филаментирующего излучения на выходе из образца кварцевого стекла. На основе результатов численного моделирования и экспериментальной регистрации ширины автокорреляционной функции световой пули получена приоритетная оценка длительности световой пули на длине волны 1800 нм, согласно которой при минимальной экспериментально зарегистрированной ширине АКФ27фс ее длительность составляет 13.5 фс. Исследования, проведенные Е.О.

Сметаниной, носят комплексный характер и включают широкий круг как численных, так и физических экспериментов. Совпадение теоретических результатов с экспериментальными говорит об их достоверности. Результаты диссертационной работы Е.О. Сметаниной могут быть использованы в Университете ИТМО, ГОИ им. С.И. Вавилова, ФТИ им.

А.Ф. Иоффе, СПбГУ, МГУ им. М.В. Ломоносова, ИОФ РАН, МИФИ, 000 «Авеста», ИПФ РАН и других организациях. Диссертационная работа не свободна от замечаний: 1. В работе используется математическая модель медленно меняющейся комплексной амплитуды огибающей светового поля, однако, в тексте диссертации оценка эволюции огибающсй в ходс гснсрации спектрального суперконтинуума, филамента и световых пуль не приводится. 2. В тексте диссертации вместо значения длины волны нулевой групповой дисперсии кварцевого стекла, которое по, например, данным [Агравал Г.П.

Нелинейная волоконная оптика. 0 М.: Мир, 1996. — 328 с.] составляет 1,27 мкм используется не общепринятое понятие области нулевой дисперсии групповых скоростей, простирающейся от 1,1 до 1,4 мкм. Эти границы требуют пояснения. 3. Другой вопрос связан с физической интерпретацией экспериментально зарегистрированных антистоксовых крыльев суперконтинуума.

Рост величины антистоксового сдвига излучения суперконтинуума автор однозначно связывает с увеличением порядка многофотонности К процесса генерации лазерной плазмы. Однако из предыдущих теоретических исследований известно, что даже без учета плазменной нелинейности уравнения эволюции фемтосекундного излучения для случая аномальной групповой дисперсии предсказывают формирование сверхшироких спектров, расщепленных на низкочастотную и высокочастотную части. В кварцевом волокне этот эффект виден как образование и эволюция солитоноподобных образований из малого числа колебаний поля. В диссертации такие эффекты никак не анализируются, поэтому приведенную физическую интерпретацию вряд ли можно считать исчерпывающей, 4. В диссертации следовало бы подробнее раскрыть, что понимается под необратимым изменением показателя преломления кварцевого стекла и как осуществлялся контроль этого изменения.

5. При изучении особенностей формирования предельно коротких световых пуль был бы полезен дополнительный анализ устойчивости этих образований по отношению к их амплитудно-фаз овым возмущениям в нелинейной среде. Замечания не снижают высокой значимости диссертационной работы. Результаты диссертации достаточно полно опубликованы в отечественных и зарубежных научных журналах; неоднократно докладывались на международных и российских конференциях. Автореферат полностью соответствует содержанию диссертации.

Считаем, что представленная диссертация внесла значимый вклад в физику взаимодействия интенсивных сверхкоротких лазерных импульсов с конденсированными средами и полностью соответствует требованиям ВАК России, а ее автор, Евгения Олеговна Сметанина, достойна присуждения ей ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.21 — лазерная физика. Диссертация Е.О. Сметаниной заслушана и обсуждена на заседании кафедры фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО 16 апреля 2014г.

Протокол Мо 5. Отзыв составлен кандидатом физико-математических наук, ассистентом кафедры фотоники и оптоинформатики Буяновской Елизаветой Михайловной 26 мая 2014 года. кандидат физико-математических наук ассистент кафедры фотоники и оптоинф Буяновская Елизавета Михайловна Декан факультета фотоники и оптоинфо заведующий кафедрой фотоники и опто доктор физико-математических наук профессор Козлов Сергей Аркадьевич 26 мая 2014 года .