Пространственно-временная динамика предельно коротких световых импульсов в системах с комбинированной дисперсией и нелинейностью (1104544), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Точность приближенного аналитического подхода к вычислениюсолитонного сдвига частоты проверена численным решением обобщенного нелинейногоуравнения Шредингера и составляет около 1III. Солитонный самосдвиг частоты в сильно нелинейных световодах при условиях нормальной дисперсии третьего порядка сопровождается сужением спектра солитонного импульса. Коэффициент компрессии спектра достигает 20 при смещении центральной длиныволны 7-фс 800-нм солитонного импульса до 1500 нм в сильно нелинейном микроструктурированном волокне.
Расчеты проверены экспериментом [3], в котором получена спек13(б)Групповая задержка (пс)Спектральнаяинтенсивность (отн. ед.)Длительность сжатогоимпульса (пс)(а)Длина волны (мкм)Интенсивность входного импульса (ТВт/см2 )Интенсивность входного импульса (ТВт/см2 )Групповая задержка (пс)Параметр качестваимпульса QСпектральнаяинтенсивность (отн. ед.)(в)(г)Длина волны (мкм)Рис. 7. (а, в) Зависимость (а) длительности импульса и (в) качества сжатия импульса на выходе полого волновода, заполненного ксеноном, от входной пиковой интенсивности: закрашенныесимволы – при компенсации только линейного чирпа; не закрашенные символы – при идеальнойкомпенсации всего чирпа, т.е. для спектрально-ограниченного импульса. Начальная длительностьимпульса составляет 2 пс.
Длина волокна составляет 10 м. Давление газа внутри волокна: (1) 0.25атм, (2) 0.50 атм, (3) 0.75 атм, (4) 1 атм. Внутренний радиус волокна: (1) 2.1 мм, (2) 1.5 мм, (3) 1.2мм, (4) 1 мм. Штриховой вертикальной линией показана максимальная входная интенсивность,ограниченная ионизационным пробоем оболочки волокна. На вставке (а) представлено нарастание электронной плотности вызванное 10.6-мкм 2-пс лазерным импульсом (пунктирная кривая)с интенсивностью 12 ТВт/см2 в ксеноне при давлении 1 атм, вычисленное с (сплошная кривая)и без (пунктирная кривая) учета лавинной ионизации.
Пунктирной линией показана критическая электронная плотность ρc . На вставке (в) показано нарастание электронной плотности вдиэлектрической оболочке волновода, вызванное 10.6-мкм 2-пс лазерным импульсом (штриховаякривая) интенсивностью 18.5 ТВт/см2 . Пунктирной горизонтальной линией показана критическая электронная плотность ρc , достигнутая на краю лазерного импульса. (б, г) Спектр импульсана выходе волокна, рассчитанный с учетом (сплошная кривая) и без учета (штриховая кривая)ионизационных эффектов, спектр входного импульса (штрих-штрихпунктирная кривая), спектральный профиль групповой задержки на выходе волокна (штриховая кривая) и при компенсации линейного чирпа импульса (штрихпунктирная кривая) в режиме, который относится к (б)точке А и (г) точке B.тральная компрессия в 6.5 раз смещенных за счет эффекта вынужденного комбинационного усиления на центральную длину волны 1.58 мкм солитонов от не усиленных импульсовдлительностью 50 фс и центральной длинной волны 1270 нм лазера на кристалле хромфорстерита.IV.
Явление самосдвига частоты в многосолитонном режиме распространения излучения14в микроструктурированных световодах когерентным сложением солитонов позволяет реализовать синтез импульсов длительностью несколько оптических периодов мегаваттногоуровня мощности. Анализ эксперимента [4] показывает, что смещенные по частоте за счетэффекта вынужденного комбинационного усиления солитонные импульсы на выходе сильно нелинейного ФК волокна образуют в выходном спектре интерференционные полосывысокой видности, свидетельствующие о гладком спектральном профиле каждого отдельного солитона.
Предложен новый метод синтеза импульсов длительностью в несколькоциклов поля с помощью когерентного сложения сдвинутых по частоте солитонов, генерированных в высоконелинейном волокне. Методом численного моделирования показано,что 100-фс 1250-нм 30-нДж лазерные импульсы, прошедшие через 5-см отрезок ФК волокна эффективной площади моды 20 мкм2 , формируют на выходе несколько интерферирующих солитонов, которые после добавления простого пяти ступенчатого спектральногопрофиля групповой задержки в световом модуляторе, когерентно складываясь, образуют10-фс 1900-нм 11.7 нДж одиночный импульс.V.
Спектральное отталкивание солитонного импульса, вызванное смещённой в длинноволновую часть спектра дисперсионной волной, образующейся в результате солитоннойнестабильности, обусловленной волоконной дисперсией высоких порядков, стабилизируетсолитонный сдвиг частоты в сильно нелинейном ФК волокне с воздушной наноразмерной полостью в сердцевине по отношению к колебаниям мощности накачки. Рассчитанустойчивый солитонный сдвиг частоты 50-фс 800 нм лазерных импульсов в волокне с диаметром сердцевины 2.3 мкм, модифицированной 900 нм воздушной полостью, при которомстабилизированная длина волны солитона 960 нм на выходе ФК волокна не чувствительна к изменениям энергии импульсов накачки в диапазоне от 60 до 100 пДж. Результатырасчетов подтверждены экспериментально [5].
Методом численного моделирования получена компрессия 70-пДж импульсов длительностью 30 – 570 фс в волокне с приведеннымивыше параметрами до длительности 16 фс.VI. Сильная инерция оптической нелинейности в заполненном жидкостью волокне приводит к асимметричному уширению спектра с усилением длинноволновой части спектра навыходе волокна, зависящему от длительности импульса.
Рассчитанное по аналитическимформулам асимметричное спектральное уширение 200-фс 6-нДж лазерных импульсов вполом фотонно-кристаллическом волокне с диаметром сердцевины 4 мкм, заполненномсильно нелинейной жидкостью, хорошо согласуется с экспериментом [6].VII. Взаимодействие сверхкороткого лазерного импульса и импульсно возбужденных сверхбыстрых молекулярных колебаний комбинационно-активной среды в полой сердцевиневолновода позволяет генерацию перестраиваемых по частоте световых импульсов мультигигаваттной мощности длительностью меньше половины оптического периода. В результате такого взаимодействия формируется связанное состояние, динамика которого подверже15на сильному влиянию солитонных эффектов, препятствующих увеличению длительностилазерных импульсов больше длительности периода оптического поля и обеспечивающихэффективное импульсное возбуждение сверхбыстрых молекулярных колебаний рамановского типа на больших дистанциях распространения в заполненном газом полом волноводе.
Получена генерация перестраиваемых в спектральном диапазоне 800 – 980 нм световыхимпульсов мультигигаваттной мощности длительностью меньше половины оптического периода поля в результате взаимодействия сверхкороткого лазерного импульса и импульсновозбужденных сверхбыстрых молекулярных колебаний рамановски-активной среды в полой сердцевине волновода диаметра 200 мкм длины 30 см, заполненном водородом придавлении 0.05 атм.VIII. Сопровождающаяся фотоионизацией фазовая самомодуляция мультимиллиджоулевых 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.
Результаты расчетов проверены экспериментально [7].IX. Физический механизм, в котором слабо расходящаяся волна, возникающая в хвостовойчасти импульса, догоняет сильно расходящуюся компоненту, возникающую в центральнойчасти импульса, позволяет увеличить энергетическую эффективность филаментационнойкомпрессии сверхкоротких лазерных импульсов и осуществить компрессию миллиджоулевых суб-100-фс импульсов до 20-25-фс импульсов с энергетической эффективностью 70%.Результаты трехмерного суперкомпьютерного численного моделирования подтвержденыэкспериментально [9].X.
Увеличение критической мощности нелинейно-оптического взаимодействия мод пологоволновода с длиной волны позволяет осуществить в нём сопровождающееся туннельной илавинной ионизацией фазовую самомодуляцию субджоулевых 2-пс 10.6-мкм импульсов иих последующую компрессию до длительности около одного оптического периода и пиковой мощности 8.3 тераватт простой компенсацией параболического набега спектральнойфазы в обычном решеточном компрессоре.16Список публикаций автора по теме работы1. Voronin A.A., Zheltikov A.M. Soliton self-frequency shift decelerated by self-steepening//Opt. Lett.
2008. Vol. 33. Pp. 1723–1725.2. Fedotov A.B., Voronin A.A., Fedotov I.V., Ivanov A.A., Zheltikov A.M. Powerful wavelengthtunable ultrashort solitons in a solid-core photonic-crystal fiber// Opt. Lett. Vol. 34. Pp.851–853.3. Fedotov A.B., Voronin A.A., Fedotov I.V., Ivanov A.A., Zheltikov A.M. Spectral compressionof frequency-shifting solitons in a photonic-crystal fiber// Opt. Lett. 2009. Vol. 34, Pp. 662–664.4. Voronin A.A., Fedotov I.V., Fedotov A.B., Zheltikov A.M. Spectral interference of frequencyshifted solitons in a photonic-crystal fiber// Opt.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
