Нелинейно-оптические взаимодействия сверхкоротких лазерных импульсов в микроструктурированных волноводах (1104068)
Текст из файла
На правах рукописиКоноров Станислав ОлеговичНелинейно-оптические взаимодействия сверхкоротких лазерныхимпульсов в микроструктурированных волноводахСпециальность 01.04.21 — лазерная физикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква — 2005Работа выполнена на физическом факультете Московского государственного университета им.М.В.ЛомоносоваНаучный руководитель:доктор физико-математическихнаук, профессор Желтиков Алексей МихайловичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук, профессор Кравцов Николай Владимировичкандидат физико-математических наук Цхай Сергей НиколаевичВедущая организация: Институт спектроскопии Российской академии наукЗащита состоится «»2005 года в 15 часов на заседании диссертационного советаД501.001.31 в Московском государственном университете им. М.В.
Ломоносова по адресу: 119992 ГСП-2Москва, Ленинские горы, МГУ, Корпус нелинейной оптики, аудитория им. С.А. Ахманова.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультетаМГУ им. М.В.Ломоносова.Автореферат разослан «»2005 года.Ученый секретарьдиссертационного совета Д501.001.31кандидат физ.-мат. наук, доцентТ.М. Ильинова2I.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темыМикроструктурированные оптические волокна – это световоды нового типа, отличающиеся по своейархитектуре, принципу действия и свойствам от обычных оптических волокон. Волокна этого типа реализуютновую архитектуру оптического волокна, позволяющую варьировать в широком диапазоне дисперсионныесвойства волноводных мод и степень локализации электромагнитного излучения в направляемых модах.Благодаря своим замечательным свойствам волокна этого типа являются мощным средством оптическихтехнологий и уникальным объектом для фундаментальных исследований в области оптики направляемых волн,физики микро- и наноструктур, фотонных кристаллов, оптической метрологии, нелинейной оптике, физикесильных полей, оптики сверхкоротких импульсов, лазерной биомедицины, фотохимии и спектроскопии.Являясь одним из наиболее значительных достижений оптических технологий за последнее десятилетие,микроструктурированные волокна открывают новое направление в оптической физике, приводя креволюционным изменениям в области оптической метрологии, нелинейной оптики и оптики сверхкороткихимпульсов.Для решения задач оптической физики, биомедицины и фотохимии наряду с обычными волокнами всеболее широко используются волокна новой архитектуры – микроструктурированные (МС) волокна.Волноводные моды электромагнитного излучения в МС-волокнах формируются в результате интерференцииволн, возникающих при отражении и рассеянии света на микронеоднородностях показателя преломления.Волокна этого типа привели к революционным изменениям в области оптической метрологии, нелинейнойоптики, лазерной физики и оптике сверхкоротких импульсов.
Значительный прогресс, достигнутый благодаряиспользованию МС-волокон в различных направлениях научных исследований, выдвигает их создание в ряднаиболее значительных достижений оптических технологий за последнее время.Управление степенью локализации излучения в сердцевине волокна и мощностью, распространяющейсявдоль сердцевины, достигается в таком волокне за счет изменения процентного содержания воздуха в оболочке.Микроструктурированные волокна этого типа позволяют достичь радикального увеличения эффективностицелого класса нелинейно-оптических взаимодействий, включая фазовую само- и кросс-модуляцию,четырехволновые взаимодействия, генерацию третьей гармоники, вынужденное комбинационное рассеяниесвета. Увеличение эффективности нелинейно-оптических взаимодействий и управление дисперсионнымисвойствами волноводных мод открывают возможность использования лазерных импульсов малых энергий,включая неусиленные лазерные импульсы, для управляемой генерации суперконтинуума – излучения сшироким непрерывным спектром.
Спектральная ширина излучения суперконтинуума при определенныхусловиях может составлять несколько октав. Явление генерации суперконтинуума приводит к революционнымизменениям в области оптической метрологии и активно используется в лазерной биомедицине, спектроскопии,фотохимии, а также оптике сверхкоротких импульсов.Цели и задачи диссертационной работыК началу работы над диссертацией в научной литературе появились сообщения о создании нового классаоптических материалов - микроструктурированных фотоннокристаллических волноводов.
В связи с этим целью3диссертационной работы являлось систематическое исследование линейных и нелинейно-оптических свойствнового класса структур.При этом решались следующие задачи:1. Изучение линейных и нелинейных свойств нового класса структур волоконной оптики –микроструктурированных фотоннокристаллических (ФК) волноводов.2.
Исследование дисперсионных свойств, а также режимов распространения и нелинейно-оптическихвзаимодействий сверхкоротких лазерных импульсов в микроструктурированных волокнах.3. Изучение возможности увеличения эффективности целого класса нелинейно-оптических процессов вфотоннокристаллическихволноводах,атакжевозможностейпримененияизучаемыхструктурвспектроскопических целях и технологических лазерных системах.Научная новизна1.Экспериментально получено высокоэффективное нелинейно-оптическое преобразование частотынеусиленных фемтосекундных импульсов в МС-волокне (до 30%). Разработаны, созданы и испытаны внелинейно-оптических экспериментах МС-волокна с волноведущими каналами в виде субмикронныхкварцевых нитей.
Размер и форма канала является ключевым параметром, определяющим дисперсионныесвойства волноводных мод и, следовательно, область спектра, в которую с максимальной эффективностьюпреобразуется частота излучения накачки.2.Экспериментально продемонстрировано поляризационное управление процессом трансформацииспектра фемтосекундных лазерных импульсов в системе микронных и субмикронных нитевидных кварцевыхволноводных каналов МС-волокна.3.Экспериментально измеренный спектр мод, поддерживаемых полой сердцевиной ФК-волокон,содержит набор изолированных максимумов, соответствующих фотонным запрещенным зонам ФК-оболочки.Перестройка спектра мод волокна данного типа осуществляется путем изменения параметров оболочки.4.Представленные эксперименты демонстрируют возможность использования полых ФК-волокон длярадикального увеличения эффективности фазовой самомодуляции фемтосекундных лазерных импульсов (напорядок по сравнению с режимом жесткой фокусировки).Научная и практическая значимость работы•Выполненные эксперименты показывают, что МС-волокна со специальными профилем дисперсиипозволяют создать высокоэффективные источники перестраиваемых по частоте коротких световых импульсовдля нелинейной спектроскопии а также для фотохимических и фотобиологических исследований, открываяновые области приложений методов фемтосекундной спектроскопии и управления сверхбыстрыми процессамив физике, химии и биологии.•Фазовая кросс-модуляция обеспечивает эффективный способ контроля спектрального преобразованияфемтосекундных лазерных импульсов в фотонно-кристаллическом волокне со специально выбраннымпрофилем дисперсии.•Продемонстрированное радикальное увеличение эффективности четырех-волновых (ЧВВ)-процессов вполых ФК-волокнах, открывает новые возможности в области нелинейной оптики мощных сверхкороткихлазерных импульсов, физики сильных световых полей и нелинейной спектроскопии.
Эти волокна позволяют4реализовать волноводные режимы нелинейно-оптических взаимодействий для мощных лазерных импульсов,которые не могут передаваться через стандартные оптические волокна вследствие возникновения оптическогопробоя.•СозданныеиисследованныеФК-волокнасполойсердцевинойперспективныдлятелекоммуникационных приложений и могут быть использованы для транспортировки мощного лазерногоизлучения для технологических целей.
Фотонно-кристаллические волокна открывают уникальную возможностьреализации нелинейно-оптических взаимодействий волноводных мод с поперечными размерами несколькомикрометров в газовой средеОсновные положения, выносимые на защиту1.Микроструктурированныеволокнасоспециальнымпрофилемдисперсииобеспечиваютвысокоэффективное преобразование частоты и трансформацию спектра сверхкоротких световых импульсов,включая фемтосекундные импульсы нано- и субнаноджоулевых уровней энергии. Такие волокна позволяютсформировать короткие импульсы антистоксова излучения с гладкой временной огибающей и регулируемымчирпом,открываявозможностисозданияновыхволоконно-оптическихисточниковизлученияипреобразования частоты для нелинейной спектроскопии, оптической метрологии и лазерной биомедицины.2.
Полые фотонно-кристаллические волноводы позволяют сформировать устойчивые изолированныенаправляемые пространственные моды сверхкоротких световых импульсов субгигаваттного уровня мощности.3. Фазовый синхронизм изолированных волноводных мод интенсивных лазерных импульсов,обеспечиваемый специальным профилем дисперсии полого ФК-волокна, приводит к эффективномупреобразованию частоты интенсивных фемтосекундных лазерных импульсов с интенсивностью порядка 1014Вт/см24. Волноводный режим нелинейно-оптического взаимодействия, реализуемый в изолированных модахполых ФК-волноводов, приводит к радикальному увеличению эффективности когерентного антистоксоварассеяния света по сравнению с режимом жесткой фокусировки и позволяет реализовать когерентноеприготовление и зондирование комбинационно-активных молекулярных колебаний в газовой фазеизолированными волноводными модами мощных лазерных импульсов.5.
Светоиндуцированное пространственно неоднородное изменение показателя преломления газа,наполняющеговолновод,приводиткизменениюфемтосекундных импульсов,распространяющихся впоперечногопрофиляинтенсивностимощныхволноводе, открывая возможность передачи мощныхсверхкоротких импульсов в режиме самоканалирования.Апробация работыПо материалам диссертации опубликовано 59 научных работ, из них 43 – статьи в научных журналах: Proc.SPIE (2002), Journal of Raman Spectroscopy (2002, 2003, 2004), Письма в ЖЭТФ (2002, 2003, 2004), ЖЭТФ(2003), Laser Physics (2002, 2003, 2004), Journal of Physics D: Applied Physics (2003), Optics Letters (2003, 2004),Optics Express (2003, 2004), Applied Optics (2004), Оптика и Спектроскопия (2004), Applied Physics B: Lasers andOptics (2004), Квантовая электроника (2003, 2004), PHYSICAL REVIEW A (2004), PHYSICAL REVIEW E(2004), Applied Physics B (Lasers and Optics) (2004).5Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях: International Conference ofyoung scientists “Optics’2001” (St-Petersburg, 2001), Fourth Italian-Russian Laser Symposium (ITARUS’01) (StPetersburg, Russia, 2001), International conference of yang scientists of M.V.
Lomonosov 2001, European Conferenceon Nonlinear Spectroscopy (Switzerland, 2002), 11th International Laser Physics Workshop (Bratislava, SlovakRepublic, 2002), International Quantum Electronics Conference (Moscow, Russia, 2002), St.Peterburg LOYS 2003,12th International Laser Physics Workshop (Hamburg, Germany, 2003), 5th Italian-Russian Laser Symposium (Moscow,Russia, 2003), European Conference on Non-linear Spectroscopy (Erlangen, Germany, 2004), 19 InternationalConference on Raman Spectroscopy, (Cold Coast, Australia, 2004) и на семинарах кафедры Общей физики иволновых процессов физического факультета МГУ им М.В.
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}
