Автореферат (1103410)
Текст из файла
На правах рукописиЛанин Александр АлександровичКогерентные взаимодействия сверхкороткихимпульсов ближнего и среднего инфракрасногодиапазонов в задачах микроспектроскопии идистанционного зондированияСпециальность 01.04.21 — Лазерная физикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква ─ 2014Работа выполнена на кафедре общей физики и волновых процессов физического факультетаМосковского государственного университета имени М.В.ЛомоносоваНаучный руководитель:Кандидат физико-математических наук, доцентФедотов Андрей БорисовичМосковский государственный университет имени М.В.Ломоносова, МоскваОфициальные оппоненты:Доктор физико-математических наук, профессорРябов Евгений Артурович, Федеральное государственное бюджетное учреждениенауки Институт спектроскопии РАН (ИСАН), г.Москва.Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудникВерещагин Константин Александрович, Федеральное государственное бюджетноеучреждение науки Институт общей физики им.
А.М.Прохорова РАН (ИОФАН),г.МоскваВедущая организация:Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институтим. П.Н.Лебедева РАН (ФИАН), Москва.Защита диссертации состоится « 19 » июня 2014 года в 16:30 часов на заседаниидиссертационного совета Д 501.001.31 при Московском государственном университетеимени М.В. Ломоносова по адресу: 119991 ГСП-1 Москва, Ленинские горы, МГУ, улицаАкадемика Хохлова, дом 1, стр. 62, Корпус нелинейной оптики, аудитория имени С.А.Ахманова.С диссертацией можно ознакомиться в отделе диссертаций научной библиотекиМосковского государственного университета имени М.В.Ломоносова (Ломоносовскийпросп., 27), а также на сайте физического факультета www.phys.msu.ru:http://www.phys.msu.ru/rus/research/disser/sovet-D501-001-31/Автореферат разослан «___» апреля 2014 года.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 501.001.31кандидат физ.-мат.
наукА.А.Коновко2Общая характеристика работыАктуальность работыУникальные свойства лазерного излучения позволяют использовать его для решения задачв различных областях науки и технологий на пространственно-временных масштабах от единицнанометров до сотен тысяч километров и от нескольких фемтосекунд до десятков часов и дней.Неотделимой частью лазерной физики является нелинейная оптика, которая привела квозникновению новых подходов в оптической спектроскопии, метрологии, при создании новыхуникальных источников когерентного излучения в различных спектральных областях. Одной изярких демонстраций этих успехов является возникновение и развитие нелинейно-оптической(многофотонной) микроскопии, нашедшей широкое применение в биомедицине дляисследования и визуализации биологических тканей.
В основе многофотонной микроскопииможет быть использован один или несколько нелинейно-оптических процессов: лазерноиндуцированная флуоресценция при двухфотонном поглощении, когерентное комбинационноерассеяние света, генерация оптических гармоник и другие. Нелинейная и когерентная природаэтих оптических эффектов позволяет формировать трехмерные изображения объектов ссубмикронным пространственным разрешением, помогая определять не только внутреннююструктуру исследуемого объекта, но и его химический состав.Высокий порядок нелинейности оптических процессов, лежащих в основе многофотонноймикроскопии, накладывает серьезные требования на пиковые интенсивности используемогоизлучения, в связи с чем, развитие нелинейно-оптических методик визуализации неразрывносвязано с использованием источников сверхкоротких лазерных импульсов.
Когерентнаяприрода нелинейных процессов открывает новые возможности для улучшения основныхпараметров микроспектроскопии – спектральное, временное и пространственное разрешение,что диктует разработку новых технологичных источников сверхкоротких импульсов, а такжеметодик управления спектром, длительностью и фазой этих импульсов, чему посвященабольшая и важная часть данной работы.Противоположными по пространственным масштабам являются задачи дистанционногоисследования объектов оптическими методами. Высокая спектрально-угловая яркость лазерногоизлучения позволяет реализовывать ряд эффективных методик зондирования атмосферы иудаленных объектов, среди которых особенно важными являются лидарные технологии.
Одиниз путей развития в данном направлении является сопряжение техник оптическойспектроскопии и дистанционного зондирования, что позволяет решать задачи химическиселективного распознавания удаленных объектов.Присущая методам нелинейной спектроскопии когерентность оптического сигналапозволяет радикально повысить оптический отклик молекул и атомов исследуемых веществ засчет сфазированности отдельных микроскопических излучателей, а высокая направленностьгенерируемого света помогает решить проблему сбора полезного сигнала и увеличитьчувствительность зондирования в целом.
Однако, в естественных атмосферных условиях,когерентный сигнал в направлении «назад» является очень слабым, так что до сих поросновным методом когерентного зондирование в обратном направлении было детектированиедиффузно рассеянного излучения. Важным шагом в этом направлении явилась демонстрациявозможности формирования удаленного когерентного источника света в воздухе,-3-генерирующего свет как по направлению распространения импульса накачки, так и против него,и обладающего всеми свойствами лазерного излучения.
Недавно было продемонстрированодистанционное формирование такого лазерного источника на атомах кислорода и молекулахазота, причем генерация когерентного излучения на азоте реализовывалась при филаментациимощного фемтосекундного импульса в газовой смеси с аргоном. Высокое качество пучка,стабильность и мощность сгенерированных в воздухе импульсов открывают перспективыразвития новых подходов и методов когерентного дистанционного зондирования, что являетсяодной из целей, на решение которой направлена наша работа.Цели и задачи диссертационной работыСпектр приложений нелинейно-оптических методик неуклонно увеличивается, и тематиканастоящей диссертационной работы включает широкий диапазон исследований в областиприменения нелинейно-оптических взаимодействий в схемах когерентного оптическогозондирования с использованием сверхкоротких лазерных импульсов в спектральном диапазонеот 0.6 мкм до 12 мкм.
В работе большое внимание уделено на разработку новых волоконныхисточников перестраиваемых фемтосекундных импульсов и их интеграцию с нелинейнооптическими кристаллами с целью реализации компактной лазерной системы для проведениямикроспектроскопии когерентного антистоксова рассеяния света объектов различной природы.Цели диссертационной работы заключаются в повышении эффективностиспектроскопии и микроскопии когерентного комбинационного рассеяния света прииспользовании оптических волокон и фазово-модулированных фемтосекундных импульсовнакачки, а также развитии методик когерентного дистанционного зондирования ихарактеризации сверхкоротких лазерных импульсов в среднем инфракрасном спектральномдиапазоне.В процессе выполнения поставленной цели были решены следующие задачи:I.II.III.Развита методика когерентного антистоксова рассеяния света (КАРС), позволяющаяуправлять фазой антистоксова сигнала при изменении задержки между фазовомодулированными сверхкороткими импульсами накачки.
С помощью этой методикипродемонстрирована КАРС-спектроскопия высокого спектрального разрешения сильнорассеивающих объектов.Реализован КАРС-микроспектрометр на базе фемтосекундного Cr:forsterite источника,микроструктурированныхсветоводовинелинейно-оптическихкристаллов,позволяющий генерировать перестраиваемое по длине волны излучение в диапазоне 630– 1800 нм с длительностью импульсов от 50 до 580 фс.
С целью повышенияспектральной селективности КАРС-спектроскопии продемонстрированы методыкомпрессии спектра фемтосекундных импульсов в микроструктурированных световодахи нелинейно-оптических кристаллах. С помощью созданного КАРС-микроспектрометраполучены данные по пространственному распределению плотности оптических фононовв искусственной пленке алмаза, а также изображения распределения липидов в тканяхголовного мозга лабораторной мыши.Развита методика дистанционного зондирования газовых сред и атмосферы на базекомбинационного рассеяния света в схеме когерентного нелинейно-оптического-4-IV.взаимодействия встречных пучков с использованием удаленно сформированноголазерного источника.Реализована методика измерения огибающей интенсивности, спектральной и временнойфазы сверхкоротких импульсов среднего инфракрасного диапазона (3 – 11 мкм)методами широкополосного оптического стробирования с разрешением по частоте ввоздухе.Научная новизна1.
Показано, что управление фазой и временной задержкой оптических импульсов накачкипозволяет осуществлять фазовый контроль процесса когерентного антистоксоварассеяния света, который визуализируется при интерференции когерентногокомбинационного сигнала с нерезонансным фоном и позволяет восстановитькомбинационныйоткликвещества.Экспериментальнопродемонстрированоиспользование методики фазового модулирования импульсов накачки для КАРСспектроскопии сильно рассеивающих сред со спектральным разрешением не хуже 20 см.2.
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}
