Пространственно-временная динамика предельно коротких световых импульсов в системах с комбинированной дисперсией и нелинейностью (1104544), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Взаимодействие сверхкороткого лазерного импульса и импульсно возбужденных сверхбыстрых молекулярныхколебаний комбинационно-активной среды в полой сердцевине волновода позволяет генерацию перестраиваемых по частоте световых импульсов мультигигаваттной мощностидлительностью меньше половины оптического периода. 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 эффективное10импульсное возбуждение сверхбыстрых молекулярных колебаний рамановского типа набольших дистанциях распространения в заполненном газом полом волноводе.
Полученагенерация перестраиваемых в спектральном диапазоне 800 – 980 нм световых импульсовмультигигаваттной мощности длительностью меньше половины оптического периода поляв результате взаимодействия сверхкороткого лазерного импульса и импульсно возбужденных сверхбыстрых молекулярных колебаний рамановски-активной среды в полой сердцевине волновода диаметра 200 мкм длины 30 см, заполненном водородом при давлении 0.05(д)Время (фс)(е)Длина волны (нм)Фаза ( )(з)Время (фс)(к)Фаза ( )Спектральная фаза ( )(и)Интенсивность (отн.
ед.)Время (фс)Дистанцияраспространения (см)Дистанцияраспространения (см)Время (фс)Длина волны (нм)(г)Спектральная фаза ( )(в)Время (фс)Дистанцияраспространения (см)Дистанцияраспространения (см)Время (фс)Колебательная когерентность (отн. ед.)Длина волны (нм)(ж)Интенсивность (отн. ед.)(б)Спектральнаяинтенсивность (отн. ед.)(а)Спектральнаяинтенсивность (отн. ед.)Дистанцияраспространения (см)Дистанцияраспространения (см)атм (рис. 5а – 5е).Время (фс)Время (фс)Рис.
5. (а – е) Динамика взаимодействия солитона с длительностью порядка одного периодаполя и молекулярной системы: (a) зависимость спектральной интенсивности светового поля отдлины волны и длины распространения; зависимость (б) интенсивности поля; (в) колебательнойи (г) вращательной части молекулярной когерентности от длины распространения и времени.(д, е) Динамика светового импульса на начальной фазе распространения по волноводу (д) безучета рамановского эффекта и (е) в присутствии рамановского эффекта.
На верхней панели рис.2(в) показаны временные профили колебательной когерентности на дистанции z = 20 см (1) и60 см (2). Начальная длительность импульса составляет 2.1 фс, начальная энергия импульса80 мкДж, внутренний диаметр полого волновода 200 мкм, давление молекулярного водорода вволноводе 0.05 атм. (ж, з) Компрессия до длительности 20 фс 3-мДж импульсов, прошедших черезполое волокно, заполненное аргоном при давлении 0.9 атм, (и, к) компрессия до длительности35 фс 6-мДж импульсов, прошедших через полое волокно, заполненное неоном при давлении4 атм: (ж, и) спектральная интенсивность (красная кривая) и фаза (сплошная зеленая кривая)после восстановления данных FROG, измеренный спектр после волокна (черная кривая), входнойспектр (серая кривая с заливкой), (з, к) восстановленный из данных FROG временной профильинтенсивности (черная кривая), фазы (сплошная зеленая кривая), спектрально ограниченныйимпульс (красная кривая с заливкой), временной профиль входного импульса (синяя кривая).Результаты численного моделирования показаны пунктирными кривыми.Сопровождающаяся фотоионизацией фазовая самомодуляция мультимиллиджоуле11вых импульсов в полой сердцевине заполненного инертным газом волновода позволяетреализовать уширение спектра, достаточное для высокоэффективной компрессии импульса до длительности несколько оптических периодов в обычном решеточном компрессоре.Получено спектральное уширение 200-фс 1030-нм мультимиллиджоулевых лазерных импульсов в заполненном газом полом оптическом волокне с диаметром сердцевины 300 мкмдлины 1 м и их последующая компрессия до длительности 20 фс с 60 % энергетическойэффективностью (рис.
5ж – 5к). Результаты расчетов проверены экспериментально [8].Результаты третьей главы опубликованы в [7, 8].В четвертой главе описана генерация мощных предельно коротких импульсовэлектромагнитного излучения ближнего и среднего инфракрасного диапазона в условиях сверхбыстрой ионизации. Продемонстрирована высокоэффективная филаментационная компрессия миллиджоулевых суб-100-фс лазерных импульсов в результате неколлинеарной динамики пучка в лазерно-индуцированном филаменте до 20-25-фс импульсов сэнергетической эффективностью 70 % (рис. 6). Результаты трехмерного суперкомпьютерного численного моделирования подтверждены экспериментально [9].Увеличение критической мощности самовоздействия светового пучка с длиной волныпозволяет реализовать сопровождающеюся туннельной и лавинной ионизацией фазовуюсамомодуляцию субджоулевых 2-пс 10.6-мкм импульсов и их последующую компрессиюдо длительности около одного оптического периода и пиковой мощности 8.3 тераватт простой компенсацией параболического набега спектральной фазы в обычном решеточномкомпрессоре (рис.
7).Результаты четвертой главы опубликованы в [9, 10].В Заключении, основными результатами и выводами диссертационной работы являются:I. Управление дисперсией и нелинейностью микроструктурированных световодов с большой площадью моды обеспечивает одномодовый режим генерации импульсов пиковоймощности несколько сотен киловатт. Показана генерация перестраиваемых в спектральном диапазоне 1300 –1800 нм солитонных импульсов с пиковой мощностью до 300 кВт идлительностью 25 фс, что составляет около 4 оптических периода, в ФК волокне со сплошной сердцевиной эффективной площади моды 20 мкм2 .
Результаты численного анализапроверены экспериментально [2] для генерации 1650-нм 2-нДж 65-фс импульсов пиковоймощностью выше 80 кВт.II. Cамоукручение заднего фронта сверхкороткого светового импульса приводит к замедлению солитонного самосдвига частоты, обусловленного вынужденным комбинационнымусилением длинноволновой части спектра солитона в сильно нелинейном волокне. Рассчитанный с учетом эффекта самоукручения солитонный сдвиг частоты 10-фс 100-пДжлазерных импульсов, распространяющихся в сильно нелинейном ФК волокне со сплош12Мощность (отн. ед.)мм(г)Время (фс)Время (фс)(в)ммВремя (фс)Время (фс)(ж)Время (фс)Дистанцияраспространения (см)СпектральнаяРадиальная координата (мм)интенсивность (отн.
ед.)Дистанцияраспространения (см)(а)(д)Мощность (отн. ед.)Радиальная координата (мкм)Мощность (отн. ед.)Время (фс)Радиальная координата (мм)(б)(а)(б)(е)Длина волны (нм)Время (фс)(з)Время (фс)Рис. 6. (а) Динамика лазерного пучка в филаменте. Локализованная сжатая солитонная волна,сформированная на заднем фронте импульса, распространяется вдоль оси z (траектория пучка1), в то время как расходящаяся часть пучка распространяется в направлении траектории 2, образуя угол α с траекторией пучка 1. (б), (в) η − −k карты интенсивности (в логарифмическоммасштабе) при (б) z = 50 см и (в) 145 см.
Штриховая горизонтальная линия показывает нулевую точку отсчета времени, соответствующую центру импульса в сопровождающей его системекоординат. (г) Динамика интенсивности, интегрированной по сечению пучка. (д) Экспериментальная временная огибающая филаментационно сжатого импульса [9] (кружками) и временнойпрофиль расчетной интенсивности импульса, интегрированной по пучку (сплошная линия).
(е)Спектр импульса после филамента: (кружками) эксперимент [9], (сплошная линия) расчет. (ж),(з) Временная огибающая лазерного импульса, отфильтрованного диафрагмой диаметра (ж) 25мкм (кривая 1) и 12 мм (кривая 2) и (з) 2 мм (1) и 12 мм (2), расположенных на дистанциираспространения (ж) z = 52.0 см (з) z = 145 см. На всех панелях лазерный импульс начальнойдлительности τ0 = 70 фс, энергии E0 = 2.2 мДж и центральной длины волны λ0 = 1565 нм,распространяется в аргоне при давлении p = 5 атм.ной сердцевиной в 1.8 раз меньше, чем рассчитанный без учета этого эффекта. Выведеныпростые аналитические выражения для солитонного сдвига частоты, учитывающие сохранение числа фотонов при вынужденном комбинационном усилении, позволяющие вычислить величину и скорость солитонного сдвига частоты для произвольных спектральныхпрофилей волоконной дисперсии и рамановского усиления без численного решения уравнения эволюции импульса.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
