Угловые распределения гармоник высокого порядка (1102940)
Текст из файла
ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТМОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА ИМ. М. В. ЛОМОНОСОВАНа правах рукописиБатеби СаидУгловые распределения гармоник высокого порядкаСпециальность 01.04.21 –лазерная физикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква, 20041Работа выполнена на физическом факультетеМосковского государственного университета им. М. В. ЛомоносоваНаучный руководитель:доктор физико-математических наук,профессор Платоненко Виктор ТрифоневичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессор Кравцов Николай Владимировичдоктор физико-математических наук,профессор Федоров Михаил ВладимировичВедущая организация:Институт проблем лазерных и информационныхтехнологий РАНЗащита состоится “15” апреля 2004 года в 17 часов на заседании диссертационногосовета Д 501.001.31 в Московском государственном университете им.
М. В. Ломоносовапо адресу: 119992 ГСП-2, Москва, ул. Академика Хохлова, д. 1, корпус нелинейнойоптики, аудитория им. С. А. Ахманова.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ им.М.В.ЛомоносоваАвтореферат разослан““2004 годаУченый секретарь диссертационного совета Д 501.001.31,кандидат физ.–мат. наук, доцентТ. М. Ильинова2Актуальность работыПредметом настоящей диссертационной работы являются угловые распределениягармоник высокого порядка. Генерация гармоник высокого порядка (ГГВП) в атомарныхмишенях была открытавскоре после создания мощных источников оптическихимпульсов с длительностями порядка и меньше пикосекунды. Сущность явления состоитв следующем.
При воздействии на атомарную мишень (пучок, струя, и др.) достаточноинтенсивного лазерного пучка наблюдается генерация значительного число нечетныхгармоник света. Гармоники генерируются одновременно друг с другом, в их спектреобычно наблюдается своеобразное «плато» - интервал, на котором энергетический выходгармоник меняется с их номером относительно медленно и немонотонно.В соответствии с современными теоретическими воззрениями, начало «плато»лежит вблизи частоты Ei / h , где Ei - энергия ионизации атома, высокочастотная жеграница ωcut − off определяется равенствомω cut −off ≈ ( Ei + 3.17U p ) / h(1)где U p - пондеромоторный потенциал электрона в световом пучке (средняя кинетическаяэнергия электрона в осциллирующем поле: U p = Iλ2e 2 / 2πmc 2 , где I и λ интенсивность идлина волны света).В области частот, превышающих (1), выход гармоник быстроуменьшается и становится не обнаружимым.
Гармоники с частотами ниже Ei / h далееназываются гармониками низких порядков. Соотношение (1) наглядно демонстрируетпороговый характер явления. Его механизм будет обсуждаться в главе 1 диссертации(схематически его можно представлять как периодически повторяющуюся – с частотойполя – последовательность актов ионизации, набора энергии в свободном движении3электрона в поле возбуждающей волны и, наконец, рекомбинации его на родительскомионе).Типичные интенсивности возбуждающего света в экспериментах по ГГВП лежат вобласти 1013 – 1015вт/см2.
Номера гармоник высокого порядка (ГВП), наблюдающихся вэкспериментах, составляют десятки и даже сотни. Соответственно, частоты ГВП лежат вобласти жесткого УФ и мягкого рентгеновского излучения.ГГВП интенсивно исследуется в течение последних 15 лет, как экспериментально,так и теоретически. Эти исследования представляют как фундаментальный, так ипрактический интерес. Уже сейчас ГВП широко используются в технике физическогоэксперимента. Их достоинством является когерентность, направленность, возможностьперестройки частоты (хотя бы дискретными шагами), а также, то важное обстоятельство,что импульс гармоники автоматически оказывается синхронизованным с импульсамидругих гармоник и с мощным возбуждающим лазерным импульсом.
(Поэтому ГВП частоиспользуются в экспериментах по схеме «возбуждение – зондирование»).Более широкому применению ГВП, в частности их использованию для силовоговоздействия(например,длякоротковолновойлитографии),покапрепятствуетотносительно низкий выход, достигающийся в экспериментах по ГГВП, сложностьуправления их пространственной структурой. Вместе с тем, по мере углубленияпонимания физики явления, совершенствуются схемы ГГВП и растут, хотя и оченьмедленно, достижения в области эффективности генерации. Рекордные коэффициентыпреобразования энергии возбуждающего импульса в гармонику с номером порядкатридцати – пятидесяти, достигнутые к настоящему времени, лежат в области 10-6 – 10-5 врасчете на гармонику [1, 2].В теоретических исследованиях ГГВП следует выделить две основных проблемы.Первая из них является проблемой атомной физики.
Ее существом является выяснениемикроскопического механизма явления, получение формул и разработка численных4методов для вычисления гармоник атомного отклика (или отклика среды) на полеинтенсивной электромагнитной волны. Вторая проблема – исследование ГГВП вмакроскопической среде – является проблемой электродинамики и состоит в вычисленииполей ГВП вдали от области генерации.На первый взгляд, вторая проблема является рутинной и незначительно отличаетсяот проблем, возникающих, например, при исследовании генерации третьей гармоники вгазе. На самом деле, это не так.
ГВП атомного отклика на возбуждающее поле оченьсложнымобразомзависятотпараметровпоследнего.Этозатрудняетполноеаналитическое исследование генерации в среде, и делает очень трудоемким ее численноеисследование. Трудоемкость такого исследования, естественно, зависит от сложностиалгоритма, используемого для вычисления ГВП отклика среды на поле.Таким образом, качество результатов, достигнутых при решении первой проблемы,в значительной мере определяет и перспективы исследования электродинамики генерациивмакроскопическойсреде.Другимисловами,исследованиегенерациивмакроскопической среде требует адаптации моделей, используемых для расчетов отклика,к условиям задачи.Одним из вопросов, требующих теоретического исследования, является вопрос озакономерностях, определяющих пространственное распределение ГВП. По крайней мере,до проведения данного исследования в литературе отсутствовали рекомендации,руководствуясь которыми можно было бы управлять расходимостью ГВП.Вместе с тем, в ряде экспериментальных работ пространственное распределениегармоник исследовалось(см., например [3, 4]).В основном, исследования касалисьгармоник с относительно небольшими номерами.
В частности, в них показано, чтоугловые распределения немонотонны. Один из интересных результатов получен в работе[4], в которой обнаружено, что пучок гармоники состоит из двух компонент – двух5пучков, отличающихся друг от друга сечением в плоскости наблюдения, и длинойкогерентности.К сожалению, упомянутые исследования не носили регулярный характер и не былинаправлены на разработку методов управления расходимостью ГВП. Разработка такихметодов остается актуальной задачей.Целью диссертации является:1.
Расчет угловых распределений ГВП, генерируемых в атомарных мишенях сразличными толщинами при различных конфигурациях эксперимента, выяснениезакономерностей,определяющихформированиераспределенийивыработкарекомендаций по управлению их шириной.2. Расчет мощностей ГВП, генерируемых в протяженных мишенях при разных дисперсияхпоказателя преломления, разных толщинах и положениях мишени относительно фокусалазерного пучка.Научная новизна работы состоит в следующем:Впервые получена аналитическая формула, описывающая с помощью элементарныхфункций угловое распределение ГВП, генерируемых в тонком слое атомарного газа.Практическая ценность результатов состоит в том, что в диссертации:1.
Найдены аналитические выражения, с высокой точностью аппроксимирующие ГВПатомного отклика на сильное поле.2. Указаны условия, при которых реализуется минимальная расходимость ГВП.Защищаемые положения61. Поле ГВП, генерируемой в тонкой атомарной мишени, как правило, (исключениесоставляют ГВП с номерами, лежащими на границах «плато») может быть представлено ввиде суммы полей двух пучков, близких друг к другу по мощности, но сильно (на порядоки более) различающихся по расходимости.2. Расходимость ГВП, генерируемой в тонком слое атомарного газа в гауссовскомсветовом пучке, может быть доведена до дифракционной расходимости за счетправильного расположения генерирующего слоя относительно фокуса возбуждающегопучка.3.
Минимальная расходимость ГВП, генерируемой в протяженной мишени вгауссовском лазерном пучке, реализуется при расположении мишени за фокусомвозбуждающего пучка.4. В зависимости мощности ГВП от дисперсии показателя преломления максимумлежит в области, где дисперсия среды почти компенсирует геометрическую дисперсию,но остается несколько меньше (на 10-20%) последней по абсолютному значению.5. При оптимальных значениях дисперсии показателя преломления максимумы взависимостях мощности ГВП от положения мишени наблюдаются при расположениимишени за фокусом гауссовского лазерного пучка.Апробация работыРезультаты диссертационный работы докладывались и обсуждались на международнойконференции: “12th International Laser Physics Workshop (LPHYS’03)“ (Hamburg, Germany,August 25-29 2003), а также на семинарах кафедры общей физики и волновых процессовфизического факультета МГУ им.
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}
