Автореферат (1103410), страница 4
Текст из файла (страница 4)
В процессе нелинейного комбинационного рассеяния происходиткогерентное сложение полей от всех индивидуальных источников излучения, что позволяетсформировать высоконаправленный яркий когерентный пучок света. Записанная фазарассеяния света ядерной подсистемой молекул проявляется в профилях спектра и временнойогибающей сформированного светового поля. При варьировании задержки междувозбуждающимиимпульсамивозникающаяинтерференционнаякартинаполногогенерируемого сигнала обладает профилем типа Фано-резонанса, что подчеркивает хорошоразрешенный провал, проявляющийся при деструктивной интерференции резонансного откликадвижения ядер и нерезонансного электронов (рис.4.а, б).-16004002000-200-40020110,12340,010,40,20,01E-3-0,2-10-50510(E15Длина волны, нмДлина волны, нмas(б))0,20,4151050-5-10spy lae deTim470470460450440-6000,0ReВременная задержка , пс(а)(в)0,6Im(Eas)1Фаза , радИнтенсивность, отн.
ед.Частотная отстройка -Rc, см-3000300Время, фс600(г)460450440-600 -3000300Время, фс600(д)Рис.4. Использование фазово-модулированных импульсов для целей повышения эффективностинелинейно-оптических взаимодействий (верхняя строка) и их подавления (нижняя строка). (а)Контролируемое по фазе когерентное комбинационное рассеяние в полистироле: экспериментальные(закрашенные кружки) и моделированные (сплошная линия) зависимости КАРС-сигнала от задержкимежду импульсами , кросскорреляции импульсов (пустые кружки) и интенсивность нерезонансногосигнала (пунктирная кривая), фаза резонансного рамановсокго сигнала относительно когерентногофона (штрихпунктирная кривая).
(б) Траектория, описывающая поведение амплитуды полного КАРСсигнала в комплексном пространстве в зависимости от задержки между импульсами накачки. (в, г)XFROG спектрохронограммы растянутого по времени импульса перед ФК световодом (в) и сжатогопосле него (г). (д) Фотография области фоторазрушения, вызванного сверхкороткими импульсами вмозолистом теле на срезе головного мозга мыши.- 12 -Экспериментально продемонстрировано, что управление задержкой между импульсаминакачек позволяет реализовать фазовый контроль процесса когерентного антистоксоварассеяния света. Селективность процесса рассеяния отражается в полученном высокомспектральном разрешении не хуже чем 9 см-1 при использовании импульсов с шириной спектраоколо 320 см-1. Показано, что в сильно рассеивающих средах методика КАРС-спектроскопии сфазового модулированными импульсами накачки также позволяет получать спектры соспектральным разрешением не хуже 20 см-1, что представляет интерес в задачах безмаркернойвизуализации биотканей.В параграфе 3.2 экспериментально продемонстрировано использование полых фотоннокристаллических (ФК) волноводов для доставки мощного излучения к исследуемому объектудля проведения лазерной хирургии.
Предварительное фазовое модулирование сверхкороткогоимпульса для увеличения его длительности и понижения пиковой мощности представляетсянаиболее удобным подходом для решения проблемы самовоздействия излучения в световоде ипредотвращения пробоя волокна. Использование световодов со специально подобраннойдисперсией позволяет осуществить компрессию импульса по времени при доставке излучениядо объекта (рис.4.в, г). В проведенных экспериментах импульс, скомпрессированный в ФКволокне при распространении до объекта, жестко фокусировался на срез ткани головного мозгамыши в пятно с диаметром 4 мкм, что дает оценки интенсивности 50 ТВт/см2 и потока энергии5 кДж/см2. Значение потока энергии более чем на два порядка превосходят порог пробояпрозрачного широкозонного диэлектрика, такого как плавленый кварц (рис.4.д).
Поля синтенсивностями такого уровня достаточны для широкого круга биомедицинских приложений,включая мультифотонную микроскопию, высокоточную лазерную хирургию, оптическуюгистологию, фотоперфорацию клеточных мембран или фотостимуляцию кальциевого отклика.Развитие новых компактных источников фемтосекундных импульсов с высокой частотойповторения является одним из необходимых условий для реализации экспериментальных схемКАРС-микроспектроскопии.
В параграфе 3.3 представлены результаты по спектральновременному преобразованию сверхкоротких импульсов в МС световодах и нелинейныхкристаллах, позволившие реализовать перестраиваемый источник фемтосекундных импульсовв широком спектральном диапазоне и использовать его далее в экспериментах поспектроскопии когерентного антистоксова рассеяния света. Предложены новые подходы дляувеличения селективности и спектрального разрешения КАРС-спектроскопии, основанные наметодах спектральной компрессии сверхкоротких импульсов в процессах нелинейнооптических преобразований в МС-световодах и нелинейно-оптических кристаллах (рис.5).В МС световодах спектральная компрессия проявляется, когда отрицательночирпированный импульс при распространении испытывает самовоздействие в нелинейнойсреде (фазовую самомодуляцию).
В экспериментах для подбора наилучших условийкомпрессии были опробованы световоды с различными диаметрами сердцевины (5 и 7 мкм) иразной протяженностью (7, 10 и 20 см). Перед спектральным сжатием импульсы на длиневолны 1250 нм обладали длительностью 70 фс (после растяжения – 300 фс) и спектральнойшириной 34 нм. На рис.5.а двумерная карта показывает изменение спектра излучения вволноводе при различных энергиях распространяющегося импульса.
При увеличении энергии вимпульсе сначала происходит сжатие спектра до предельного значения, а затем уширение. Вдлинных световодах возможно достигнуть предельного сжатия при меньших энергиях накачки,тогда как волокна с большой сердцевиной позволяют спектрально компрессировать болеемощные импульсы (рис.5.б). В экспериментах максимальный достигнутый коэффициент сжатия- 13 -12801240120011600(а)123Энергия, нДж4(б)5mkm 7cm5mkm 20cm7mkm 10cm40302010001234Энергия, нДж1,00,80,60,40,20,0120012501300Длина волны, нм(в)Длина волны накачки p, нм14003020100650 700 750 800 850(г)(д)160017002050СПМ, отн. ед.СПМ, отн.
ед.401500Длина волны ВГ, нм10-100(е)025Угол фаз. согласования , град.Ширина спекктра, нмДлина волны, нм1320Интенсивность, отн. ед.спектра импульса равен 3.7 (рис.5.в), что соответствует компрессии спектра до 9 нм. Этиимпульсы с энергией от 1 до 2.5 нДж далее служили излучением накачки в схемеспектроскопии когерентного комбинационного рассеяния света (параграф 3.4).700750800Длина волны ВГ, нм850-20Рис.5. Методы спектральной компрессии фс-импульсов в процессах нелинейно-оптическихпреобразований в МС-световодах (верхняя строка) и нелинейно-оптических кристаллах (нижняястрока) (а) Динамика спектральной компрессии импульса в зависимости от его энергии в световоде сдиаметром сердцевины 5 мкм длинной 7 см.
(б) Изменение ширины спектра импульсов в различныхсветоводах. (в) Сжатие спектра в 3.7 раза в световоде с диаметром 5 мкм при энергии 3.2 нДж. (г)Диаграмма процесса ГВГ для вырезанного в плоскости xz кристалла LBO: P - поле накачки, SH - втораягармоника, - угол между волновым вектором накачки и осью y. (д, е) Спектры импульсов вторыхгармоник, генерируемых в кристалле LBO длиной 2 мм (б) и 20 мм (в), при накачке формируемыми в МСволокне перестраиваемыми импульсами.Альтернативный подход к управлению параметрами излучения состоит в его нелинейнооптической спектральной конверсии в видимую область спектра.
При этом возможноосуществлять спектрально-временное управление параметрами импульсов в процессе удвоениячастоты в нелинейных кристаллах, в частности проводить спектральную компрессию. Для этихцелей были специально подобраны кристаллы PPLN и LBO (рис.5.г) для преобразованияимпульсов на 1.25 мкм и 1.3-1.8 мкм, соответственно. На рисунках 5.д, 5.е представленыспектры вторых гармоник, сформированные в системе, включающей фемтосекундныйлазерный источник, волоконный преобразователь частоты и нелинейно-оптический кристаллLBO толщиной 2 мм (д) и 20 мм (е). Длинный кристалл (20 мм) позволяет преобразовыватьизлучение во вторую гармонику с максимальной эффективностью около 40%, формируяимпульсы длительностью около 350 фс в диапазоне 690 – 760 нм с энергиями до 0.6 нДж, чтоявляется подходящими параметрами излучения для проведения КАРС-микроскопии объектовразличной природы (параграфы 3.4 и 3.5).- 14 -2,52,01,50(е)13261,0Z=30 m13321338-1/2c (см )0,50,01000(в)Z=0 m13,0СКР сигнал,отн.
ед.КАРС сигнал, отн. ед.В параграфах 3.4 и 3.5 представлены результаты КАРС-микроспектроскопии алмазныхпленок и тканей головного мозга лабораторных животных, полученные с помощьюреализованных компактных экспериментальных систем.12001400160018005 m-1Рамановская отстройка /2c (см )(г)(ж)(д)(з)Рис.6. Результаты КАРС-микроспектроскопии с использованием компактных лазерных систем накристалле Cr:forsterite. Схемы собранных КАРС-спектрометра (а) и КАРС–микроскопа (б) дляисследования оптических фононов в средах, обладающих кристаллической структурой.
(в) КАРСспектры CVD-алмазной пленки, записанные при помощи ИК КАРС-спектрометра (панель а).Экспериментальные спектры изображены кружками, теоретический расчет – сплошными линиями. (г,д) Двумерные карты пространственного распределения КАРС-сигнала от искусственной алмазнойпленки при фокусировке излучений накачки на поверхность пленки (г) и на глубину 30 мкм (д).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
