Диссертация (1102749), страница 19
Текст из файла (страница 19)
(в) Отношение минимального к максимальному выходу ТГц излучения (по фазе) ηв зависимости от угла между поляризациями основной и второй гармоник ψ0 для степениэллиптичности второй гармоники ξ = 0.1, 0.2, 0.3Несмотря на это, поляризация ТГц сигнала остается линейной в случаепостоянной фазы ϕ = const. Однако эллиптичность второй гармоники (как в экспериментеРис. 5.3(е), 5.5, 5.6, так и в численном моделировании Рис. 5.5(a, в)) показывает, что фазаϕ зависит от времни внутри импульса (т.е. вторая гармоника становится чирпированной):видно, как поляризация второй гармоники преобразуется от линейной к эллиптической и83затем снова в линейную.
Это приводит к вращению вектора электрического поля ТГцизлучения внутри импульса, что соотвествует эллиптизации ТГц сигнала в экспериментеичисленном моделировании для углов между поляризациями основной и второй гармоникψ0, близких к 90°. В моделировании эллиптичность второй гармоники уменьшается донуля ψ0> 85°, что приводит к быстрому уменьшению эллиптичности ТГц сигнала (Рис.2b). В эксперименте вторая гармоника не является абсолютно линейной, поэтому ТГцсигнал сохраняет ненулевую эллиптичность при значениях углаψ0, близких к 90° (Рис.5.2(б), 5.3(д)).Таким образом, проведено комплексное исследование поляризации ТГц излучения,генерирующегося при коллинеарном распространении в филаменте импульсов основной ивторой гармоник с независимо ориентированными поляризациями. В отличном согласии сэкспериментальными данными продемонстрировано, что поляризация ТГц эмиссиилинейна и направлена вдоль поляризации основной гармоники в широком диапазонезначений начального угла между поляризациями основной и второй гармоник вплоть до80°; вращение поляриазции ТГц сигнала к направлению поляризации второй гармоники иэллитизация ТГц излучения происходит при значениях этого угла, близких 90°.
Из анализачисленных результатов следует, что величина угла поляризации ТГц излученияопределяется воздействием самоиндуцированной лазерной плазмы. Эллиптизация ТГцсигнала при значениях начального угла между основной и второй гармониками, близких к90°, вызвана чирпированием и эллиптизацией второй гармоники, наведенными сильнымполем основной гармоники.84ВЫВОДЫВ результате данной работы впервые выполнено комплексное численноеисследование генерации терагерцового излучения при филаментации фемтосекундноголазерного импульса. Разработана математическая модель и численная схема дляисследования распространения мощного лазерного излучения в газах с учетомбыстроосциллирующейприближения,несущейпозволяющаяэлектромагнитногоисследоватьгенерациюполяибезпараксиальногораспространениесильнорасходящегося терагерцового сигнала филамента.
На основе этой модели в работеизучены общие закономерности формирования частотно-углового спектра и поляризациитерагерцового излучения при филаментации, определены вклады различных нелинейныхмеханизмов в генерацию терагерцового сигнала филамента, показана возможностьуправления пространственным распределением терагерцового излучения.В результате анализа свойств терагерцового излучения установлены механизмыгенерации терагерцового сигнала двуцветного филамента в воздухе. Показано, что инелинейный фототок свободных электронов плазмы, и керровский отклик нейтральныхмолекул среды дают вклад в генерацию терагерцового излучения.
В начале филаментациисвязанные электроны в нейтралах формируют осевой источник терагерцового излучения.Терагерцовое излучение нейтралов является слабым и более высокочастотным посравнению с терагерцовым откликом свободных электронов. Терагерцовое излучение,обусловленное вкладом керровского механизма, распространяется вдоль оси филамента, атерагерцовое излучение плазмы — в конус.С ростом концентрации свободных электронов происходит резкий переходположения максимума терагерцового спектра в низкочастотную область к частотепорядка плазменной и рост спектральной интенсивности терагерцового сигнала на двапорядка. Пространственное распределение терагерцового излучения является кольцевымкак в сфокусированной, так и в коллимированной геометрии распространения лазерногоизлучения.Проведено комплексное исследование поляризации терагерцового излучения,генерирующегося при двуцветной филаментации линейно поляризованных лазерныхимпульсоввгазах.Вотличномсогласиисэкспериментальнымиданнымипродемонстрировано, что поляризация терагерцовой эмиссии линейна и направлена вдольполяризации основной гармоники в широком диапазоне значений начального угла междуполяризациями основной и второй гармоник (вплоть до 80°); вращение поляризациитерагерцового сигнала к направлению поляризации второй гармоники и эллитизация85терагерцового излучения происходит при значениях этого угла, близких к 90°.
Из анализачисленных результатов следует, что величина угла поляризации терагерцового излученияопределяется воздействием самоиндуцированной лазерной плазмы. Эллиптизациятерагерцового сигнала при значениях начального угла между основной и второйгармониками, близких к 90°, вызвана чирпированием и эллиптизацией второй гармоники,наведенными сильным полем основной гармоники.Разработанная модель генерации терагерцового излучения плазменного каналафиламента на основе суперпозиции локальных плазменных источников терагерцовогоизлучения удовлетворительно описывает экспериментальные результаты по генерациитерагерцовогоизлучения,распространяющегосявнаправлениираспространениялазерного излучения. Диаграммы направленности, полученные в результате численногомоделирования,атакжерассчитаннаязависимостьрасходимоститерагерцовогоизлучения соответствуют экспериментам.Продемонстрировано,чтокороткийфиламентявляетсяисточникомтерагерцового излучения, распространяющегося назад, в удовлетворительном согласии сэкспериментальными данными.
Этого в принципе не допускает модель, основанная начеренковскомизлучении,чтоговоритоболееширокойобластипримененияизлученияпредложенопредложенной теории.Дляуправлениярасходимостьютерагерцовогоиспользовать регулярный кластер филаментов в качестве источника. Найдена зависимостьугла раствора центрального конуса на диаграмме направленности терагерцовогоизлучения кластера филаментов от его размера. Определены оптимальные с точки зрениягенерации слабо расходящегося терагерцового излучения параметры кластера.86БЛАГОДАРНОСТИХочу выразить глубокую благодарность моему научному руководителю ОльгеГригорьевне Косаревой за неоценимую помощь в научной работе, постоянную поддержкуи внимание; моему научному руководителю в студенческие годы Николаю АндреевичуПанову за переденный мне опыт в численном моделировании физических процессов ипрограммировании.Спасибостудентамиаспирантамлабораториичисленногоэксперимента в оптике, особенно Даниилу Шипило, за продуктивную совместую работу.Благодарю Владимира Анатольевича Макарова, Сергея Сергеевича Чеснокова,Валерия Петровича Кандидова и Святослава Александровича Шленова за ценные советыи идеи, за заботу и поддержку моей научной работы.Выражаю благодарность Александру Павловичу Шкуринову, Андрею БорисовичуСавельеву-Трофимову, Роману Валентиновичу Волкову, Михаилу Есаулкову, ПетруСолянкину за проведение экпериментов, с результатами которых сравниваются данныечисленного моделирования в данной диссертационной работе.Хочу выразить благодарность преподавателям кафедры общей физики иволновых процессов (А.С.
Чиркину, А.В. Андрееву, В.Т. Платоненко, И.В. Головнину,А.М. Желтикову, Т.М. Ильиновой, А.Б. Федотову, Е.Е. Серебрянникову, А.А. Лукашеву,С.А. Магницкому, Ю.В. Пономареву, Ю.М. Романовскому, И.П. Николаеву, К.В. Руденко,Д.С. Урюпиной, О.А. Чичигиной), а также кафедр фотоники и физики микроволн (И.Г.Захаровой, Н.А. Сухаревой, Т.И. Арсеньян) и кафедры квантовой электроники (Г.Х.Китаевой) за интересные курсы и переданные знания в период моего обучения нафизическом факультете.Хочу сказать отдельное спасибо моей семье, моим близким и друзьям заподдержку и вдохновение на научную работу.87ЛИТЕРАТУРА[1] M. Tonouchi, “Cutting-edge terahertz technology,” Nat.
Photonics, vol. 1, pp. 97–105, 2007.[2] C. A. Schmuttenmaer, “Exploring dynamics in the far-infrared with terahertz spectroscopy,”Chem. Rev., vol. 104, no. 4, pp. 1759–1779, 2004.[2] C. A. Schmuttenmaer, “Exploring dynamics in the far-infrared with terahertz spectroscopy,”Chem.
Rev., vol. 104, no. 4, pp. 1759–1779, 2004.[3] B. Ferguson and X.-C. Zhang, “Materials for terahertz science and technology,” Nat. Mater.,vol. 1, no. 1, pp. 26–33, 2002.[4] B. B. Hu and M. C. Nuss, “Imaging with terahertz waves,” Opt. Lett., vol. 20, no. 16, pp.1716–1718, 1995.[5] D. Grischkowsky, S. Keiding, M. van Exter, and C. Fattinger, “Far-infrared time-domainspectroscopy with terahertz beams of dielectrics and semiconductors,” J. Opt. Soc. Am. B, vol.7, no.
10, pp. 2006–2015, 1990.[6] K. Kawase, Y. Ogawa, Y. Watanabe, and H. Inoue, “Non-destructive terahertz imaging ofillicit drugs using spectral fingerprints,” Opt. Express, vol. 11, no. 20, p. 2549, 2003.[7] J. B. Jackson, M. Mourou, J. F. Whitaker, I. N. Duling, S. L. Williamson, M. Menu, and G.A.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
