Автореферат (1103410), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Ломоносова.Структура и объем диссертацииДиссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения. Каждая из главснабжена краткой аннотацией, состоит из нескольких основных параграфов и выводов к главе.В конце работы приведен библиографический список используемой литературы, содержащий264 наименования на 16 страницах. Полный объем диссертационной работы составляет 194страницы, включая 65 рисунков.Во введении дано обоснование темы диссертационной работы, сформулированы цели инаправление исследований, показана актуальность рассматриваемой проблемы в контексте еенаучной новизны и практической значимости, также в этом разделе сформулированы основныеположения, выносимые на защиту.
Приведена структура диссертации и кратко изложено еесодержание по главам, а также дан список статей, опубликованных автором по материаламдиссертации.Глава I посвящена обзору литературы в области методик нелинейноймикроспектроскопии и дистанционного зондирования, развитие которых тесно связанно сшироким распространением в конце 90-ых годов прошлого века источников лазерныхимпульсов фемтосекундной длительности. Для широкого круга исследований стали доступныкак квазинепрерывные лазерные генераторы, формирующие цуг когерентных короткихнаноджоулевых импульсов с тактовой частотой около ста мегагерц, так и лазерные системы,формирующие мощные мульти-гигаваттные сверхкороткие импульсы.-8-(а)(б)(д)(в)(е)(г)(ж)Рис.1. На верхней строке представлены микроизображения биологических тканей, полученныеразличными методами нелинейно-оптической микроскопии: (а) ДФП-микроскопия ткани главного мозгаживой мыши, визуализирующая пирамидальные нейроны и кровеносные сосуды; (б) КАРС-микроскопиямиелиновых оболочек нервных волокон в спинном мозге крысы; (в) комбинированное микроизображениеклетки дрозофилы, полученное при помощи ВКР-микроскопии (зеленым отмечены области богатыелипидами, голубым – белками, розовым и фиолетовым – области богатые нуклеиновыми кислотами);(г) комбинированное изображение на основе микроскопии ГТГ (красные области: липиды вмежклеточном пространстве) и ДФП (зеленые: тела клеток) ткани мозга мыши для визуализацииактивности нейронов.
На нижней строке приведены фотографии поперечного сечения различныхмикроструктурированных волокон, полученные с помощью электронно-лучевого микроскопа: (д),(е) –микроструктурированные волокна, работающее за счет полного внутреннего отражения, nоб < nсер;(ж) полое фотонно-кристаллическое волокно, работающие за счет высокой отражательнойспособности оболочки в области фотонно-запрещенных зон.В параграфе 1.1 представлен обзор нелинейно-оптических методик и технологий,используемых для построения изображений объектов с субмикронным разрешением, которыеможно объединить термином ―многофотонная‖ микроскопия.
Среди широкого разнообразиятехник нелинейно-оптической микроскопии особенную популярность завоевали методикилазерной флуоресцентной микроскопии при двухфотонном (ДФП) и трехфотонном (ТФП)поглощении,микроспектроскопиякогерентногоантистоксоваивынужденногокомбинационного рассеяния света (КАРС и ВКР), визуализация микро- и нанообъектов на базегенерации второй (ГВГ) и третьей (ГТГ) оптических гармоник (рис.1.а – г).
Высокаянелинейность процессов накладывает серьезные требования на пиковые интенсивностииспользуемого излучения, что требует наличия импульсов с малой длительностью при ихотносительно невысоких энергетических параметрах, что является необходимым условием дляпроведения неразрушающей диагностики биотканей. В параграфах 1.2 и 1.3 рассмотренывозможности повышения эффективности нелинейно-оптических методик спектроскопии, атакже улучшения их спектрального разрешения, основанные на формировании определенногоспектрально-временного профиля сверхкоротких импульсов накачки.
Особое внимание уделенонелинейно-оптическим методикам спектроскопии и микроскопии когерентного комбинационнорассеяния света, таким как КАРС и ВКР, что обусловлено их универсальностью, высокой-9-селективностью к различным молекулам и востребованностью во многих областях науки.Основные задачи, которые стоят при практической реализации данных методик (на решениекоторых во многом направлена представленная работа), включают генерацию лазерногоизлучения на нескольких длинах волн (как минимум на двух), плавную перестройку оптическойчастоты одного из пучков, сопоставление ширины спектра лазерного излучения и исследуемыхкомбинационных линий, отделение резонансного сигнала КАРС от нерезонансного фона.
Впараграфе 1.3 описываются нелинейно-оптические явления и механизмы, ответственные заспектрально-временные преобразования сверхкоротких импульсов в световодах смикроструктурированной (МС) оболочкой (рис.1.д – ж). Преимущества МС световодов дляреализации эффективных преобразователей излучения связаны с возможностью широковарьировать архитектуру сердцевины и оболочки, что позволяет управлять модовым составом,дисперсионными, поляризационными и нелинейными свойствами волокон. Большое вниманиеуделено вопросам генерации широкополосного излучения (суперконтинуума) в МС световодахи его использования.
Нелинейные методики спектроскопии с использованием сверхкороткихимпульсов также широко применяются в задачах дистанционного зондирования атмосферы,что отражено в представленном в параграфе 1.4 обзоре. Особенно актуальными данныеподходы стали после недавних демонстраций возможности дистанционного формированияисточников высоконаправленного лазерного излучения на атомах кислорода и молекулах азотав атмосфере (рис.2).(а)(б)Рис.2. (а) Концептуальная схема дистанционного зондирования атмосферы, с использованиемсформированного в воздухе удаленного лазерного источника света. Мощный лазерный импульсдистанционно формирует «атмосферный лазер», испускающий когерентное излучение в направлениинаблюдателя («probe»).
Взаимодействие (например, ВКР-усиление) распространяющихся навстречуимпульсов «pump» и «probe» в интересующей области пространства несет спектроскопическуюинформацию о химическом составе вызывающего опасения облака. (б) Энергетические диаграммы ивзаимное направление пучков в случае реализации спектроскопических методик когерентногокомбинационного рассеяния света с использованием источников излучения на земле и в небе.- 10 -(а)1000,8800,6600,4400,2200,0Интенсивность, отн. ед.1201,0ДГС,пс/(нм км)Интенсивность, отн. ед.В Главе II приведено описание лазерных комплексов, на которых проводилисьэкспериментальные исследования.
В работе использовались существующие и были развитыновые источники сверхкоротких лазерных импульсов, которые в дальнейшем применялись дляразвития методик нелинейно-оптической спектроскопии и микроскопии. Основой лазерныхустановок служили генераторы фемтосекундных импульсов на кристаллах Cr:forsterite иTi:sapphire с мегагерцовой частотой повторения.
Использование оптических усилителей, атакже линейных и нелинейных методик управления параметрами импульсов позволили в ходепроведения экспериментов варьировать их энергии от пикоджоулей до одного миллиджоуля,длительности от 45 фс до 16 пс и центральные длины волн от 620 нм до 11 мкм. В параграфе2.1 и 2.2 представлен генератор сверхкоротких импульсов с высокой пиковой мощностью накристалле Cr:forsterite (рис.3.а). Неусиленное излучение этого лазера используется в качественакачки МС световода для спектрально-временного преобразования импульсов иформирования компактного источника перестраиваемых по частоте фемтосекундныхимпульсов в диапазоне 1.35 – 1.8 мкм (рис.3.б, в), который заложил основу для проведения вдальнейшем КАРС-спектроскопии и микроскопии (параграфы 3.3, 3.4 и 3.5).
В параграфах 2.3и 2.4 приведено описание многофункционального фемтосекундного лазерного комплекса накристалле Ti:Sapphire, включающего генератор, многопроходный усилитель, оптическийпараметрический усилитель и генератор разностной частоты. Подробное описание итехнические параметры генератора сверхкоротких импульсов среднего ИК диапазона на базегенератора разностной частоты приведено в параграфе 2.4. Представленные в данной главелазерные системы находятся в распоряжении лаборатории фотоники и нелинейнойспектроскопии кафедры общей физики и волновых процессов физического факультета иМеждународного учебно-научного лазерного центра МГУ имени М.В.Ломоносова.01200 1350 1500 1650Длина волны, нм(б)1,01230,80,640,40,20,051425 1500 1575 1650Длина волны, нм(в)Рис.3. (а) Спектр импульса лазера Cr:forsterite (пунктирная линия) и спектр излучения из МС световодапротяженностью 20 см, измеренный при входной энергии импульса накачки 5 нДж (сплошная линия).(б) Спектры сдвинутых по длине волны солитонов в МС волноводе при энергии заводимого в световодимпульса 3.5 нДж (1), 4 нДж (2), 4.4 нДж (3), 4.9 нДж (4), 6.3 нДж (5), и 7.5 нДж (6).
(в) XFROG-картасолитона на длине волны 1.6 мкм длительностью 55 фс.Глава III посвящена вопросам спектрального, фазового и временного преобразованиясверхкоротких импульсов, используемых в качестве излучения накачки в техниках КАРСмикроспектроскопии, для повышения ее эффективности и спектрального разрешения.Продемонстрированы новые компактные решения, которые представляют большой интерес для- 11 -осуществления спектрально-селективной диагностики и визуализации объектов, в том числебиологических тканей, на базе различных методик многофотонной микроскопии.В параграфе 3.1 развиваются идеи фазового контроля процесса когерентногокомбинационного рассеяния света (в частности КАРС) с использованием линейночирпированных импульсов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
