Диссертация (1102749), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Bergé, and S. L. Chin, "Long-Wavelength Radiation fromFemtosecond Filaments in Gases," in 2015 European Conference on Lasers and Electro-Optics European Quantum Electronics Conference, (Optical Society of America, 2015), paper EI_2_6.14.V.A. Andreeva, N.A. Panov, O.G. Kosareva, S.L. Chin, “Single-cycle pulse generationin the course of four-wave mixing in the filament” Proc. SPIE 8512, Infrared Sensors, Devices,and Applications II, 85120Z (October 15, 2012); doi:10.1117/12.929277.15.V.A. Andreeva et al., "Transformation of THz spectra emitted from dual-frequencyfemtosecond pulse interaction in gases," Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMWTHz), 2012 37th International Conference on, Wollongong, NSW, 2012, pp.
1-2.16.V.A. Andreeva and N. A. Panov, "Angular distribution of terahertz radiation from aplasma channel of femtosecond filament," in IONS 8, (Optical Society of America, 2010), paperILNO1.13ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ЯВЛЕНИЯ ГЕНЕРАЦИИТЕРАГЕРЦОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ ФИЛАМЕНТАЦИИ В ГАЗАХЯвление филаментации мощного фемтосекундного лазерного излучения, активноисследуемое с 90-х годов 20-ого века [31], представляет значительный интерес и внастоящее время [32 – 36]. Оно состоит в локализации энергии лазерного излучения,сохраняющейся на значительном расстоянии, в виде тонкой нити филамента.
Филаментявляется тонким и протяженным: длина области, где интенсивность достаточна дляионизации среды много больше его дифракционной длины. В газах с давлением около 1атм. длина филамента может достигать нескольких метров и более, интенсивностьизлучения в филаменте – порядка 100 ТВт/см2, а его диаметр — порядка 100 мкм.Филамент, как источник ТГц излучения обладает рядом преимуществ посравнению с другими источниками: ТГц сигнал филамента имеет широкий спектр (от~ 0.1 до ~ 100 ТГц) [37 – 40], является когерентным [41 – 43], его длительность можетсоставлять 1 – 2 периода электромагнитного поля [44].
Явление филаментации позволяетиспользовать ТГц излучение для удаленных исследований [43, 45 – 48], посколькуфиламент можно создать непосредственно рядом с удаленной мишенью [49]. ГенерацияТГц излучения другими методами с последующим его распространением на большиерасстояния в атмосфере затруднительна, так как молекулы воды, присутствующие ватмосферном воздухе, имеют очень высокий коэффициент поглощения в ТГц областичастот.§1. Генерация терагерцового излучения при филаментации излучения на основнойчастоте титан-сапфирового лазераВ 1990 году Хамстером (Hamster) и Фалконом (Falcone) было предсказано, чтоплазма, генерирующаяся в газах при распространении мощных лазерных импульсов,будет излучать в ТГц диапазоне частот [50].
Позже, в 1993 году, Хамстер и коллегивпервые зарегистрировали когерентное излучение ТГц диапазона из лазерной плазмы вгелии [8, 51]. Плазма создавалась в воздухе при фокусировке лазерного излучения надлине волны 800 нм, длительностью 120 фс и энергией до 0.5 Дж с помощью внеосевогопараболического зеркала с фокусным расстоянием 5 см. Диаметр пучка составлял 1.2 см.Регистрация ТГц сигнала плазмы осуществлялась с помощью гелиевого болометра иинтерферометра Майкельсона.14he critical power. It can reach hundreds ofr input powers.ointed out [7] that the plasma strings formedation should emit THz radiation in a direclar to the filament axis, because the radiacites longitudinal plasma oscillations at thep!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!ency !pe ! ne e2 =me "0 ! 1013 rad s$1 .mission has been observed experimentallyas been recently reinterpreted by Sprangleing due to the ponderomotive force of theher than the radiation pressure.
The peake radial THz field is estimated to be of thecm [9]. The nature of the THz emission wefferent. Instead of being emitted radially, itvery narrow cone in the forward directionside of Fig. 1). We have compared thedial emission from filaments at a distancee middle section of the filament source ander to be more intense by more than 2 ordersas a function of the grid polarization angle [see Fig. 3(a)].The THz forward emission yields a squared Malus law,indicating that the signal has a linear polarization. Thedirection of this polarization is independent of the laserFIG.
2 (color).Experimental setup (schematic).Рис. 1.2 Схема генерацииТГц излучения при филаментации излучения на основнойчастоте титан-сапфирового лазера из работы [45]235002-2Такая схема генерации ТГц излучения, где для образования плазменного каналаиспользуется излучение на одной длине волны, впоследствии была названа одноцветной(рис. 1.2).
Одноцветная схема является удобной для удаленной генерации ТГц излученияна таких установках, как Терамобиль (Teramobile) [43, 45, 46]. Терамобиль представляетсобой мобильную лазерную систему, излучение которой имеет мощность до 5 ТВт,длительность импульса порядка 100 фс, энергию импульса до 350 мДж и частотуповторения импульсов 10 Гц [52].В [43] излучения Терамобиля (100 фс, 10 Гц, 200 мДж) фокусировалось с помощьютелескопа на расстоянии 18 м от лазерной системы в атмосферном воздухе.
Приэтомобразовывался пучок из ~ 40 филаментов с общим диаметром ~ 8 мм. ТГц сигналпучка филаментов регистрировался с помощью гетеродинного детектора на частоте91 ГГц. Обнаружено, что ТГц излучение пучка филаментов, распространяющееся врадиальном направлении, поляризовано линейно [43].Когерентность ТГц излучения одиночного филамента в одноцветной схемегенерации была экспериментально продемонстрирована в [41 – 43]. В [41 – 43] длясоздания филамента в воздухе лазерное излучение на длине волны 800 нм, сдлительностью 120 фс, энергией до 10 мДж и частотой повторения 10 Гц фокусировалосьв атмосферный воздух с помощью линзы с фокусным расстоянием 2 м.
В [41, 43] методомгетеродинногодетектированияизмерялосьизлучение,распространяющеесявнаправлении, перпендикулярном филаменту. В более поздней работе исследовалось ТГцизлучение каналов различных длин с помощью гелиевого болометра [42]. Во всехэкспериментах [41 – 43] канал филамента излучал ТГц волны по всей длине. Анализкартины, полученной в результате интерференции ТГц излучения отдельных частейфиламента, показал когерентность ТГц сигнала.15Угловая направленность ТГц излучения в одноцветной схеме экспериментальноисследовалась в работах [45, 53]. В [45, 53] лазерное излучение на длине волны 800 нм,длительностью 150 фс, энергией 4 мДж, диаметром пучка 5 мм и частотой повторения10 Гц фокусировалось в воздух с помощью линз с фокусными расстояниями от 9 см до2 м.
Длины плазменных каналов при этом составляли от 1 до 30 см. ТГц сигнал измерялсягетеродинным детектором на частотах 91 и 110 ГГц. Угловая диаграмма направленностиТГц излучения получена путем вращения детектора вокруг оси филамента. Показано, чтоТГц излучение филамента в распространяется в конус с углом раствора θ (рис. 1.3),зависящим от его длины волныλ SиI длиныPHYC A L RплазменногоE V I E W L E каналаT T E R SL [45, 53]:PRL 98, 235002 (2007)θ∝λL.week ending8 JUNE 2007(1.1)В работе [ 54 ] обнаружена компонента ТГц излучения коротких плазменныхканалов,распространяющаясявнаправлении,противоположномнаправлениюраспространения лазерного импульса (рис. 1.4).
В экспериментах [54, 55] излучениетитан-сапфирового лазера на длине волны 800 нм $ с энергией 10 – 70 мДж иFIG. 3 (color online). Polarization of the THz forward emission measured at ! # 10 with a focal lens of 75 cm, obtained by rotatingaдлительностьюgrid linear polarizer in130frontфсof theheterodyne detector. Thedetectorкластерitself acts alsoa linear polarizer.The THzфокусировалосьв heterodyneаргоновыйс asпомощьюлинзысemission yields a squared Malus Law: I / sin4 !!" (dotted line), indicating that the polarization of the THz signal is perpendicular tothe emission coneрасстояниемsurface.
(b) Recapitulatespolarizationdiagram of плазменныхthe THz emission. каналов длиной до 3 ммфокусным20 см.theТГцизлучениерегистрировалосьпомощьюБылиобнаруженыelectric vector of the THzradiationto depend on яркиеthe laserpolarization. It lies in theсplanedefined byболометраthe laser axis zи интерферометра.polarization vector. One can therefore exclude the mechaand the detection axis. The polarization properties of theмаксимумына угловом распределении ТГц сигналакак в направлении распространенияnism based on the optical rectification via a four-wave orTHz radiation are summarized in Fig. 3(b). In Fig. 4, wehigher order mixingprocess. Weattributethe раствораorigin of theshow the THzизлученияradiation diagrammeasuredлазерного[54, 55],так иforвdifferentпротивоположномнаправлении[54].Уголlaser focusing distances. One notices a larger opening ofTHz radiation to a combined ‘‘transition-Cherenkov’’by a dipolelikeelectric charge orientedalongthe radiationconeсигнала,with a smallerfocal distance.
A narrow вemissionконусаТГцраспространяющегосянаправлениираспространениялазерногоthe propagation axis, and moving at the light velocityforward collimated THz beam is obtained with the focalthe self-guided laserpulse in the medium.Duringlengthslargerthan1m,whentheplasmachannelismainизлучения, соотвествует обнаруженному в [45, behind53] и подчиняетсясоотношению(1).
Такжеfilamentation, the laser ponderomotive force creates a ditained over a length of a few tens of a centimeter.показано,чтокомпонентаТГцконус,поляризованаpolelike charge separation вbehindthe ionizationfront [10].In view of itspolarizationproperties,the излучение,THz emission распространяющаясяThis is due to the fact that the plasma formed duringcannot be assigned to a mechanism implying the oscillaрадиально,а излучение,распространяющеесяпод углом0° к ionizedоси распространения–filamentationis weaklybut remains strongly collition of a free electroncloud driven bythe linearly polarizedsional. According to the estimates of Ref.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
