Пространственно-временная динамика предельно коротких световых импульсов в системах с комбинированной дисперсией и нелинейностью (1104544), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В работе моделировано спектральное уширение и последующая компрессия милиджоулевых импульсов, полученных в новом широкополосном одностадийном Yb;Na:CaF2усилителе, до длительности 20 фс.VIII. Основное ограничение метода филаментационной компрессии импульсов связано ссильным пространственным чирпом, приобретаемым лазерным пучком в процессе филаментации. Как следствие, обычно необходима пространственная фильтрация с помощьюдиафрагмы для выбора параксиальной части пучка, которая дает самую высокую степенькомпрессии, но значительно уменьшает энергию сжатых импульсов. В работе определёнперспективный сценарий филаментационной компрессии импульса, который позволяет получить компрессию сверхкоротких лазерных импульсов с высоким энергетическим выходом.IX.
Спектральные полосы усиления СО2 лазеров, даже при высоких давлениях газа,слишком узки для генерации импульсов среднего ИК диапазона длительностью порядканескольких колебаний поля, что ограничивает применимость мощных СО2 лазеров в наукео сверхбыстрых процессах и ее приложениях. В работе показано, что спектральное уширение лазерных импульсов в заполненном газом полом волноводе может быть использованодля компрессии генерируемого на современных газовых лазерах субджоулевых 10.6-мкмимпульсов до нескольких оптических периодов.Научная новизнаI.
Показано, что управление дисперсией и нелинейностью микроструктурированных световодов с большой площадью моды обеспечивает одномодовый режим генерации импульсовпиковой мощности несколько сотен киловатт.II. Выявлено, что явление самоукручения заднего фронта сверхкороткого светового импульса приводит к замедлению солитонного самосдвига частоты, обусловленного вынужденным комбинационным усилением длинноволновой части спектра солитона в сильнонелинейном волокне.III. Показано, что солитонный самосдвиг частоты в сильно нелинейных световодах при3условиях нормальной дисперсии третьего порядка сопровождается сужением спектра солитонного импульса.IV.
Предложена методика синтеза импульсов длительностью несколько оптических периодов мегаваттного уровня мощности когерентным сложением самосдвинутых по частотесолитонов на выходе микроструктурированного световода.V. Показано, что спектральное отталкивание солитонного импульса, вызванное смещённойв длинноволновую часть спектра дисперсионной волной, стабилизирует солитонный сдвигчастоты в сильно нелинейном ФК волокне по отношению к колебаниям мощности накачки.VI. Выявлено, что сильная инерция оптической нелинейности в заполненном жидкостьюволокне приводит к асимметричному уширению спектра с усилением длинноволновой части спектра на выходе волокна, зависящему от длительности импульса.VII.
Продемонстрировано, что взаимодействие сверхкороткого лазерного импульса и импульсно возбужденных сверхбыстрых молекулярных колебаний комбинационно-активнойсреды в полой сердцевине волновода позволяет генерацию перестраиваемых по частотесветовых импульсов мультигигаваттной мощности длительностью меньше половины оптического периода. Выявлено, что в результате такого взаимодействия формируется связанное состояние, динамика которого подвержена сильному влиянию солитонных эффектов,препятствующих увеличению длительности лазерных импульсов больше длительности периода оптического поля и обеспечивающих эффективное импульсное возбуждение сверхбыстрых молекулярных колебаний на больших дистанциях распространения в заполненном газом полом волноводе.VIII.
Выявлено, что сопровождающаяся фотоионизацией фазовая самомодуляция мультимиллиджоулевых импульсов в полой сердцевине заполненного инертным газом волноводапозволяет реализовать уширение спектра, достаточное для высокоэффективной компрессии до длительности несколько оптических периодов в обычном решеточном компрессоре.IX. Продемонстрирована высокоэффективная филаментационная компрессия сверхкоротких лазерных импульсов в результате неколлинеарной динамики пучка в лазерно индуцированном филаменте.X. Показано, что увеличение с длиной волны критической мощности нелинейного взаимодействия мод полого волновода позволяет осуществить в нём сопровождающееся туннельной и лавинной ионизацией фазовую самомодуляцию субджоулевых пикосекундныхимпульсов в среднем инфракрасном спектральном диапазоне и их последующую компрессию до длительности около одного оптического периода и пиковой мощности несколькотераватт в обычном решеточном компрессоре.Практическая значимостьРезультаты, изложенные в диссертации, могут быть использованы для эффективной генерации суперконтинуума, генерации перестраиваемых по частоте импульсов, создания4удобных волоконных источников излучения для нелинейной спектроскопии и микроскопии, разрешённой по времени спектроскопии, мультиплексной когерентной микроскопиирамановского рассеяния света, визуализации биологических объектов и эндоскопии, дляоптической информации и телекоммуникационных технологий, оптической метрологии,стабилизации фазы огибающей сверхкоротких лазерных импульсов, синхронизации импульсов накачки и затравки в процессе параметрического усиления чирпированных импульсов длительностью в несколько периодов поля, когерентной рамановской микроскопии, оптимального усиления излучения волоконных лазеров, физики сверхкоротких импульсов и технологий на ее основе, приложений физики интенсивных аттосекундных полей, филаментации сверхкоротких лазерных импульсов, для передачи энергии электромагнитного излучения на большие расстояния, удаленного зондирования атмосферы, филаментационной компрессии импульсов, генерации предельно коротких импульсов полявысоких интенсивностей.На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:I.
Cамоукручение заднего фронта сверхкороткого светового импульса приводит кзамедлению солитонного самосдвига частоты, обусловленного вынужденным комбинационным усилением длинноволновой части спектра солитона в сильно нелинейном волокне.Солитонный самосдвиг частоты при этих условиях с хорошей точностью описывается простым аналитическим выражением, которое применимо для произвольных спектральныхпрофилей волоконной дисперсии и вынужденного комбинационного усиления и удовлетворяет закону сохранения числа фотонов при вынужденном комбинационном усилении.II. Солитонный самосдвиг частоты в этих условиях в сильно нелинейных световодахпри условиях возрастающей с длиной волны дисперсии групповой скорости сопровождается сужением спектра солитонного импульса.
При сдвиге центральной длины волнычастоты импульса длительностью менее 10 фс с 800 нм до 1500 нм в сильно нелинейномволокне спектр импульса сужается в 20 раз.III. Взаимодействие сверхкороткого лазерного импульса и импульсно возбуждённыхсверхбыстрых молекулярных колебаний комбинационно-активной среды в полой сердцевине волновода позволяет осуществить генерацию перестраиваемых по частоте световыхимпульсов мультигигаваттной мощности длительностью меньше половины оптическогопериода. Солитонные эффекты, подавляющие дисперсионное расплывание импульса, обеспечивают эффективное импульсное возбуждение сверхбыстрых молекулярных колебанийна больших дистанциях распространения в заполненном газом полом волноводе.IV.
Увеличение критической мощности самовоздействия светового пучка с длинойволны позволяет реализовать эффективное уширение спектра субджоулевых пикосекундных импульсов среднего инфракрасного диапазона и их последующую компрессию додлительности около одного оптического периода.5Апробация работыОсновные результаты диссертации докладывались на 10 международных конференциях[38–47].Публикации.Материалы диссертации опубликованы в 47 печатных работах, из них 37 статей в рецензируемых журналах по списку, рекомендованному ВАК РФ, и 10 статей в сборниках трудовконференций. Наиболее важные работы приведены в списке публикаций [1–37].Личный вклад автора Содержание диссертации и основные положения, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора в опубликованные работы. Подготовка к публикации полученных результатов проводилась совместно с соавторами, причёмвклад диссертанта был определяющим.
Все представленные в диссертации теоретическиерезультаты получены лично автором.Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, обзора литературы, 4 глав, заключения и библиографии. Общий объем диссертации 131 страница, изних 80 страниц текста, включая 33 рисунка. Библиография включает 190 наименованийна 15 страницах.Содержание работыВо введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированацель и аргументирована научная новизна исследований, показана практическая значимость полученных результатов, представлены выносимые на защиту научные положения.В первой главе описаны основные методы анализа пространственно-временной динамики предельно коротких световых импульсов в системах с комбинированной дисперсией и нелинейностью, включающие аналитические методы (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
