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

отзыв официального оппонента иа диссертацию Сметаниной Евгении Олеговны «Световые пули и спектр фемтосекуидиого лазерного излучения при филаментации в плавленом кварце», представленную иа соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.21 — лазерная физика. В настоящее время наблюдается повьппенный интерес специалистов в области квантовой электроники к реализации ультракоротких импульсов излучения ~УКИ) с длительностью в несколько периодов электромагнитного поля н генерации широкополосного излучения. Управление пространственно-временным распределением интенсивности импульса и его спектральными параметрами в процессе его нелинейного взаимодействия со средой с использованием ее дисперснонных свойств представляет большой интерес для фундаментальных н прикладных аспектов современной нелинейной оптики.

Большой интерес вызывает возможность самокомпрессни импульса в процессе его филаментацни, которая приводит к формированшо трехмерного пространственно- временного солитона - световой пули. Локализованность в пространстве и времени, высокая интенсивность этих световых пакетов может позволить использовать их для решения множества практических задач, к примеру, лазерной терапии, обработки материалов и для создания оптических вычислительных устройств, оперирующих УКИ света. Таким образом, тема диссертационной работы Е.О.Сметаниной, посвященной теоретическому и экспериментальному исследованию световых пуль и спектра фемтосекундного лазерного излучения прн его фнламентацин в плавленом кварце несомненно является актуальной. Диссертационная работа Е.О.Сметаниной состоит нз введения, пяти глав, перечня основных результатов, списка публикаций по теме диссертации и списка использованной литературы.

Во Введении представлена общая характеристика работы, сформулированы цели работы, обоснованы актуальность, научная н практическая значимость исследования, его новизна, приведены защищаемые положения. Первая глава носит обзорный характер. Здесь автор знакомит читателя с явлением фнламентацин и основными работами, посвященными филаментации и сопутствующим ей процессам. В разделах этой главы приведен литературный обзор по трем темам, обсуждаемым в диссертации: пространственно-временная трансформация фемтосекундного излучения в процессе филаментации и генерация суперконтинуума; компрессия УКИ и световые пули; численные модели фемтосекундной филаментации и аналитические методы изучения формирования суперконтинуума. Во второй главе приведена математическая формулировка задачи и используемые в расчетах модели явления филаментацни, генерации суперконтинуума, а также обсуждаются методы численного решения и обработки полученных результатов.

Третья глава посвящена комплексному (экспериментальному, численному и аналитическому) исследованию формирования частотно-углового спектра конической эмиссии суперконтинуума, образующегося в условиях филаментации УКИ на длинах волн, лежащих в области нормальной, нулевой и аномальной дисперсии групповой скорости в плавленом кварце, Показано, что вне зависимости от вида дисперсии групповой скорости материала закономерности имеют общий характер, а при рефокусировке излучения появляется инетерференционная модуляция частотно-углового спектра излучения.

В четвертой главе обсуждаются особенности формирования спектра суперконтннуума при филаментации излучения с центральной длиной волны в области аномальной дисперсии плавленного кварца, как и в предыдущей главе, на основе экспериментальных и теоретических (численных и аналитических) исследований. В отличие от предыдущей главы здесь рассматривалась спектральная мощность излучения суперконтинуума. В первом разделе приведена спектральная карта сверхуширения спектра излучения с центральной длиной волны от 800 до 2300 нм, однако далее обсуждается только антистоксово крыло суперконтинуума, его экспериментальная регистрация н физическая интерпретация закономерностей формирования.

Установлено, что вне зависимости от характера дисперсии групповой скорости величина антистоксового сдвига растет при увеличении многофотонности генерации лазерной плазмы, а также при увеличении центральной длины волны излучения происходит уширение антистоксового крыла суперконтинуума и возрастание его сдвига в синюю область спектра. В питой главе детально рассматривается пространственно-временная трансформация фемтосекундных лазерных импульсов. Численно предсказано и впервые экспериментально зарегистрировано образование световых пуль в плавленом кварце в условиях аномальной дисперсии для импульсов на длине волны 1800 нм.

В этой главе были определены условия генерации одиночных и последовательности световых пуль филамента, показана возможность управления спектральными и пространственно- временными параметрами световых пуль, показано, что обсуждаемые световые пули не являются спектрально ограниченными. Предложен и осуществлен эксперимент по регистрации последовательности световых пуль при филаментации в плавленом кварце, проведен анализ процесса насыщения интенсивности в световой пуле.

Оценка длительности световой пули осуществлялась с помощью анализа результатов численного моделирования и экспериментальной регистрации ширины ее автокорелляцион ной функции. В разделе «основные результаты» автор кратко формулирует основные результаты диссертационной работы. Научная новизна диссертации заключается в следующем: 1. Проведено комплексное (численное, экспериментальное и аналитическое) исследование формирования частотно-угловых спектров суперконтинуума в условиях нормальной, нулевой и аномальной дисперсий групповой скорости плавленого кварца. Показано, что независимо от характера дисперсии групповой скорости, рефокусировка излучения в филаменте приводит к модуляции частотно-углового спектра.

2, Предсказано формирование квазипериодической последовательности световых пуль в условиях аномальной дисперсии групповой скорости. Определены основные закономерности их формирования. Экспериментально обнаружен факт формирования световых пуль при филаментации УКИ в плавленом кварце, измерена их минимальная длительность. 3.

На основе численного моделирования предсказано, зарегистрировано экспериментально и исследовано формирование изолированного антистоксового крыла суперконтинуума в условиях аномальной дисперсии групповой скорости. Предложена интерпретация образования изолированного максимума в видимой области спектра суперконтинуума. 4.Показано, что дисперсия групповой скорости изменяет процесс насыщения интенсивности световой пули, который в отсутствие дисперсии определяется балансом оптических сил линз керровской и плазменной нелинейностей. Диссертация Е.О.Сметаниной представляет собой законченное научное исследование, выполненное на высоком теоретическом и экспериментальном уровне. В ее работе решена важная научная задача и получены интересные результаты. Достоверность полученных результатов подтверждается хорошим согласованием численного эксперимента, лабораторного эксперимента и аналитического исследования„научная и практическая значимость приведенных выводов не вызывают сомнений.

Полученные результаты исследования динамики пространственно-временной компрессии мощного фемтосекундного лазерного излучения, закономерностей формирования световых пуль и генерации широкополосного когерентного суперконтинуума в процессе филаментации в конденсированной прозрачной диэлектрической среде, без сомнения, имеют важное научное н практическое значение и будут востребованы научной общественностью, Диссертация„однако, не лишена недостатков: 1. В разделе «Математическая формулировка задачи» на стр. 26 строго не обосновано исключение из рассмотрения режима множественной филаментации — для различных длин волн не приведены значения нелинейной части показателя преломления и значения критической мощности.

2. На стр.30 отсутствует обоснование оценки времени рекомбинации плазмы в исследуемой среде. 3. В разделе 2.5 (стр.36) «Интерференционная модель» сообщается, что «существуют различные интерпретации формирования конической эмиссии суперконтинуума». Отсутствует обоснование„почему автор выбирает именно простую интерференционную модель.

4. Порядок разделов в главе 3 немного дезориентирует читателя — сначала обсуждается длина волны 800 нм, потом 400 нм, а потом 1300 нм н 1900 нм. 5. В главе 3 утверждается о хорошем согласии результатов лабораторного и численного экспериментов, и аналитического решения, приведенных на Рис. 3.7 (стр.56), что не вполне соответствует представленным иллюстрациям. 6. В то время, как в Главе 2 сообщается, что в типичных условиях филаментации в конденсированных средах параметр Келдыша близок к единице и имеет место переход от многофотонного механизма ионизация к туннельному, и что также важен учет лавинной ионизации, далее в тексте о двух последних механизмах не упоминается и анализируется только роль многофотонности процесса ионизации.

7. В главе 3 использовался термин «бзЬ>-образный спектр, а в главе 4 «рыбоподобный»вЂ” следует придерживаться единообразных обозначений. 8. В работе присутствует ряд опечаток, например, на стр. 5, 1О, 22, 31, 75, 91. Сделанные замечания не снижают научной ценности работы и общего положительного впечатления, ее целостности и завершенности.

Основные результаты диссертации были представлены в девяти докладах на международных и всероссийских конференциях и опубликованы в виде десяти статей в рецензируемых отечественных журналах и ведущих зарубежных изданиях из списка ВАК. Официальный оппонент главный научный сотрудник, и. о.

руководителя Отделения квантовой радиофизики, заведующий лабораторией Газовых лазеров Федерального государственного бюджетного учреждении науки Физического института им. П.Н. Лебедева Р д.ф.-м.н., профессор Ионин А.А. - О~ Сф' Подпись официального оппонента заверяю: Ученый секретарь Федерального государственного бюджетного учреждения науки Физического института д.ф.-м.н. з Полухина Н.Г. Автореферат объективно и полно отражает содержание диссертации, а положения, выносимые на защиту, соответствуют основным результатам работы.