Автореферат (1102748)
Текст из файла
На правах рукописиАндреева Вера АлександровнаГенерация терагерцового излучения при филаментациифемтосекундного лазерного импульса в газахСпециальность 01.04.21 – Лазерная физикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква — 2017Работа выполнена в Федеральном государственномобразовательномучреждениивысшегообразованиягосударственный университет имени М.В. Ломоносова»бюджетном«МосковскийНаучный руководитель:Доктор физико-математическихГригорьевнанаук,профессорКосареваОльгаОфициальные оппоненты:Доктор физико-математических наук Крайнов Владимир Павлович,профессор кафедры теоретической физики Московского физикотехнического института, г.
ДолгопрудныйДоктор физико-математических наук Гореславский Сергей Павлович,профессор кафедры теоретической ядерной физики Национальногоисследовательского ядерного университета «МИФИ», г. МоскваВедущая организация:Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физическийинститут им. П.Н. Лебедева Российской академии наукЗащита состоится «__» _________ 2017 г. в ____ часов на заседаниидиссертационного совета Д 501.001.31 при Московском государственномуниверситете имени М.В.
Ломоносова, расположенном по адресу: 119991,ГСП-1, Москва, Ленинские горы, МГУ, д.1, стр. 62, корпус нелинейнойоптики, аудитория им. С.А. Ахманова.С текстом диссертации можно ознакомиться в Отделе диссертаций Научнойбиблиотеки МГУ имени М.В. Ломоносова (Ломоносовский пр-т, д.27) и насайте физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова:________________________________________________________________Автореферат разослан «___» _________ 2017 г.Ученый секретарьдиссертационного совета,кандидат физико-математических наук2А.А. КоновкоОбщая характеристика работыАктуальность темыТерагерцовым называют излучение частотного диапазона 0.1 – 10 ТГц(1 ТГц = 1012 Гц), располагающееся между микроволновым и инфракраснымизлучением на шкале частот. К терагерцовому также часто относят излучениедальнего ИК диапазона с частотой вплоть до 100 ТГц.Терагерцовое излучение вызывает большой интерес, посколькуявляется удобным инструментом для различных приложений.
Излучениетерагерцового диапазона может проникать сквозь ткани и пластик, неповреждая при этом материал, в отличие от рентгеновского излучения, таккак обладает низкой энергией фотона (1 ТГц соответствует приблизительно4.1 мэВ). Кроме того, многие вещества имеют вращательныеи колебательные спектры поглощения на терагерцовых частотах, своего родаспектральные «отпечатки пальцев».
Это свойство используется дляразрешенной во времени терагерцовой спектроскопии с цельюидентификации химических веществ. Для приложений, связанных сбезопасностью, разрабатываются системы обнаружения, позволяющиеполучать изображения и идентифицировать содержимое почтовых ящиков иконвертов, не вскрывая их. Кроме того, с помощью терагерцовойспектроскопиииисследованиянелинейноговзаимодействиявысокоинтенсивного терагерцового излучения с веществами можно получитьуникальную информацию о свойствах этих веществ, например,о диэлектрической проницаемости на недоступных ранее частотах. Впоследние годы генерация высокоинтенсивного терагерцового излученияпредставляет значительный интерес как для фундаментальных исследований,так и для прикладных целей.
Поскольку терагерцовое излучение обладаетболее высокой частотой, чем микроволновое, оно может быть использованодля высокоскоростной передачи информации. На сегодняшний деньтерагерцовые технологии также активно применяются в медицинскихисследованиях, информационных технологиях и других приложениях.Терагерцовое излучение обладает слишком высокой частотой, чтобыгенерировать его с помощью твердотельных приборов. С другой стороны —его частота слишком мала для эффективной генерации тепловымиустройствами. Из-за этого не так давно терагерцовый частотный диапазонокрестили «терагерцовым провалом».
За последние десятилетия этот"провал" в значительной мере закрылся: прогресс в оптических технологияхпозволил закрыть терагерцового область с высокочастотной стороны, аразвитие твердотельной электроники — с низкочастотной. Сейчас3терагерцовые технологии являются активно изучаемой и развивающейсяобластью знаний.Можно выделить три основных метода генерации терагерцовогоизлучения: с помощью устройств твердотельной электроники, квантовокаскадных лазеров, а также методами нелинейной оптики. В квантовокаскадных лазерах удалось получить терагерцовое излучение с узкимспектральным пиком в диапазоне 0.84 – 5 ТГц с мощностью до 250 мВт.
Спомощью приборов твердотельной электроники можно генерироватьтерагерцовое излучение с частотой около 1 ТГц и мощностью до 10.9 мкВт.Оптические методы генерации терагерцового излучения можно разделить надве категории: генерация терагерцового излучения в нелинейных средах(оптическое выпрямление, генерация разностной частоты) и при ускоренииэлектронов (фотопроводящие антенны, газовая плазма или плазменный каналфиламента).Определение механизмов генерации и управление пространственновременными свойствами терагерцового сигнала при взаимодействии мощныхлазерных импульсов с газами представляет большой интерес дляфундаментальных и прикладных аспектов современной нелинейной оптики.В самом деле, в газовой среде отсутствует ограничение сверху на энергиюимпульса накачки, связанное с оптическим пробоем и разрушениемматериала.
Следовательно, энергия выходного терагерцового сигналаопределяется эффективностью нелинейного преобразования и может бытьсущественно увеличена путем ее оптимизации. Наибольший интереспредставляет возможность формирования интенсивного терагерцовогосигнала с широким спектром и узкой диаграммой направленности в заданнойудаленной точке пространства. Нелинейные процессы взаимодействиямощного лазерного излучения со средой при фемтосекундной филаментацииприводят к генерации терагерцового излучения, однако вопрос о вкладахразличных нелинейных механизмов и их влиянии на свойства терагерцовогосигнала филамента не был решен на момент начала работы над диссертацией.Пионерские эксперименты по генерации терагерцового излучения изплазмы оптического пробоя были опубликованы в 1993–1994 годах в работахHamster и Falcone, а с 2000 года в режиме филаментации в воздухе (Roskos,Cook, Mysyrowicz).
Автор диссертации опубликовала первую теоретическуюработу по исследованию механизмов генерации терагерцового излучения вфиламенте в 2011 году и затем работала в сотрудничестве сэкспериментальными группами проф. А.П. Шкуринова (МГУ имени М.В.Ломоносова) и S.L.
Chin (Université Laval, Квебек, Канада). Таким образом,теоретические исследования автора актуальны, соответствуют новейшим4мировым достижениям, позволяют анализировать и планироватьэксперименты по генерации терагерцового излучения в газах атмосфернойплотности.Цели и задачи диссертационной работыЦель исследования состоит в теоретическом анализе и численноммоделировании генерации терагерцового излучения, его пространственновременных характеристик, частотного спектра и поляризации прифемтосекундной филаментации в газах. Поставлены и решены следующиеконкретные задачи:1. Создание векторной модели для светового поля, позволяющейописывать коллинеарное распространение фемтосекундных импульсов вгазах на нескольких центральных длинах волн, обогащение спектравходного излучения частотами от третьей гармоники до терагерцевогодиапазона вследствие керровской и плазменной нелинейностей, уширениеуглового спектра на десятки градусов, вращение эллипса поляризацииоптического и терагерцового излучения.2.
Исследованиемеханизмовформированияширокополосноготерагерцового сигнала в двуцветном фемтосекундном филаменте в условияхвырожденного четырехволнового смешения, определение влияниякерровской и плазменной нелинейностей на спектр терагерцовогоизлучения филамента.3.
Исследование природы формирования углового распределениятерагерцового излучения при филаментации мощного фемтосекундноголазерного импульса ближнего инфракрасного диапазона в газах и получениеузконаправленного терагерцового сигнала.4. Исследование процесса вращения поляризации терагерцового сигналаи его эллиптизации при изменении угла между начальными направлениямивекторов поля линейно поляризованного излучения накачки и второйгармоники при двуцветной филаментации.Научная новизна работы1. Впервые выполнено самосогласованное численное исследованиегенерации и распространения терагерцового излучения при фемтосекунднойфиламентации в газах.52.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
