Автореферат (1104781), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Экспериментывыполнены на фемтосекундномспектроскопическом стенде Центра коллективного пользования Институтаспектроскопии РАН. Схема эксперимента приведена на рис. 1.Рис.1 Схема эксперимента для регистрации частотно-углового распределения излучениясуперконтинуума при филаментации фемтосекундного лазерного излучения в широком диапазонецентральных длин волн в плавленом кварце. Центр коллективного пользования Институтаспектроскопии РАН.Задачейэкспериментальногоисследованияявлялосьизучениеформирования частотно-углового спектра суперконтинуума в процессефиламентации фемтосекундных лазерных импульсов с центральной длинойволны, перестраиваемой от 400 нм до 2200 нм. В проводимых экспериментахиспользован образец в виде остроугольного клина из плавленого кварца.Изменяя положение клина в плоскости поперечного сечения, становитсявозможным получение частотно-углового спектра суперконтинуума в любойточке вдоль длины филамента, начиная с момента его образования, и вплоть домногократных рефокусировок, для начального импульса без варьирования егопараметров.

Эксперименты проводились в режиме одного филамента.Необратимое изменение показателя преломления плавленого кварцапредотвращалось путем регулярного смещения положения образца.В Разделе 3.2 представлен метод обработки численно полученных частотноугловых спектров суперконтинуума для представления их в форматеэксперимента. В численном моделировании определяется частотно-угловой7спектр в широкой полосе длин волн. Тогда как из-за ограничений наспектральный диапазон в системе регистрации, экспериментальнонаблюдаются только спектры СК в полосе длин волн, регистрируемой в полосечувствительности ПЗС-матрицы.В Разделе 3.3 представлены экспериментально зарегистрированные,численноианалитическиполученныечастотно-угловыеспектрысуперконтинуума, приведенные в формате эксперимента для импульсов сцентральными длинами волн, попадающими в область нормальной дисперсиигрупповой скорости в плавленом кварце.В подразделе 3.3.1 рассмотрен импульс с центральной длиной волны0  800нм .

В лабораторном эксперименте на стенде ЦКП ИС РАНиспользовались импульсы с параметрами для выбранной центральной длиныволны: длительность импульсов  FWHM  40фс , радиус в перетяжке a0  70 мкм поуровню e 1 , энергия импульсов W  1.4 мкДж , что соответствует пиковоймощности P0  10Pcr .Для импульсов с центральной длиной волны 800 нм на экспериментальнополученном распределении спектральных компонент интенсивности наплоскости «угол расходимости - длина волны» S exp ( ,  ) видно, чтофиламентация вызвала сверхуширение спектра импульса (рис. 2 д).

Егоспектральная полоса увеличилась до 150 нм по уровню e 1 при начальнойширине 20 нм. В дальней зоне сформировалось непрерывно расходящееся поуглу излучение конической эмиссии, которое имеет вид радужных колец нарис. 2 б. При этом, радиус колец увеличивается с уменьшением длины волныширокополосного излучения. Как в экспериментальном спектре S exp ( ,  ) , так ив численном S sim ( ,  ) и аналитическом Sint erf ( ,  ) , расходящееся излучение КЭимеет вид «крыльев» на плоскости «угол - длина волны» (рис.

2 д,ж,и). Приэтом, слабо видна тонкая структура спектра в виде локальных максимумов поуглу, которая возникает при интерференции излучения протяженногоисточника в филаменте конечной длины.Далее, перемещением кварцевого клина в плоскости, перпендикулярнойнаправлению распространения излучения, увеличивалась длина нелинейнооптического взаимодействия лазерного излучения в образце. При прохожденииизлучением расстояния, достаточного для его рефокусировки, формироваласьцепочка из двух последовательных плазменных каналов (рис. 2 в).

При этомрасстояние от входной грани клина до старта филамента оставалосьнеизменным.8Рис. 2. Частотно-угловой спектр импульса на длине волны 800 нм до (левая колонка) ипосле (правая колонка) рефокусировки.а), в) фотографии плазменного канала филамента в образце. Размытая белая наклоннаяполоса- входная грань клина;б), г) фотографии колец конической эмиссии суперконтинуума;д), е) экспериментально полученные частотно-угловые спектры суперконтинуумаSexp ( ,  ) ;ж), з) численно полученные частотно-угловые спектры суперконтинуума влогарифмическом масштабе S sim ( ,  ) с учетом спектральной чувствительности идинамического диапазона ПЗС-матрицы;и), к) аналитически рассчитанные частотно-угловые спектры суперконтинуума влогарифмическом масштабе Sinterf ( ,  ) с учетом спектральной чувствительности идинамического диапазона ПЗС-матрицы.На экспериментально полученном распределении спектральных компонентизлучения Sexp ( ,  ) (рис.2 е) видно появление модуляции как по длине волны  ,так и по углу  .

Модуляция расходящегося по углу излучения соответствуетраспаду ранее непрерывных колец конической эмиссии (рис. 2 б) надискретные кольца, разделенные четкими интерференционными минимумами(рис. 2 г). Более детально появившаяся в результате рефокусировки, модуляциявидна на полученном численно частотно-угловом спектре в форматеэксперимента S sim ( ,  ) (рис. 2 з).

Модуляция частотно-углового спектрасуперконтинуума обусловлена интерференцией излучения от двух соосныхизлучающих областей, что подтверждает изображение аналитическирассчитанного в рамках интерференционной модели частотно-углового спектраSinterf ( ,  ) (рис. 2 к). Рисунок 2 демонстрирует хорошее согласие спектров,полученных в лабораторном Sexp ( ,  ) и численном S sim ( ,  ) экспериментах, ипри аналитическом расчете Sinterf ( ,  ) .9В подразделе 3.3.2 рассмотрено формирование частотно-углового спектрасуперконтинуума при филаментации излучения на длине волны 0  400нм .Эксперименты проводились с излучением длительностью  FW HM  90фс ,радиусом a0  50мкм , энергией W  1.1мкДж . Полученные экспериментально,численно и аналитически, частотно-угловые спектры суперконтинуумаприобретают, так называемую, Х-образную форму, характерную для сильнойнормальной дисперсии групповой скорости.

Контрастная интерференционнаямодуляция появляется в спектре суперконтинуума при формировании второгоплазменного канала за счет рефокусировки филаментирующего излучения.В разделе 3.4представленыэкспериментальные,численныеианалитические частотно-угловые спектры при филаментации импульса надлине волны 0  1300нм , лежащей в области нулевой дисперсии групповойскорости плавленого кварца. Длительность излучения составляла  FW HM  80фс ,радиус a0  70мкм , энергия W  4.15мкДж .

Установлено, что для импульсов сдлиной волны, лежащей в области нулевой ДГС в кварце, появление модуляциив частотно-угловом спектре суперконтинуума после рефокусировкифиламентирующего излучения происходит аналогично появлению модуляции вчастотно-угловом спектре конической эмиссии после рефокусировкиимпульсов с длинами волн, лежащими в области нормальной ДГС.В разделе 3.5 исследовано формирование частотно-углового спектраизлучения на длине волны, лежащей в области аномальной дисперсиигрупповой скорости в плавленом кварце. На длине волны 0  1900нмэксперименты проводились с импульсами, длительность которых составила FW HM  80фс , радиус - a0  80мкм , энергия - W  12.5 мкДж . Старт филамента прирассматриваемых параметрах импульса происходит на расстоянии z f  15 мм отвходной грани клина.

При длине излучающей области филамента l  1.5 мм(рис. 3 а), излучение суперконтинуума в дальней зоне на экране представляетсобой белое пятно, окруженное непрерывной зелено-сининей эмиссией, цветкоторой монотонно сдвигается в фиолетовую область с увеличением ее радиуса(рис. 3 б). На экспериментально полученном распределении интенсивностиспектральных компонент на плоскости «угол-длина волны» Sexp ( ,  ) (рис.

3 д)видно, что спектр импульса, центральная длина волны которого 1900нм,уширился таким образом, что в нем имеется область с относительно высокойинтенсивностью спектральных компонент в видимой полосе длин волн от 400до 700 нм, соответствующая излучению конической эмиссии (рис. 3 б).Численный S sim ( ,  ) и аналитический Sinterf ( ,  ) спектры в формате экспериментаприведены на рис. 3 ж,и.При увеличении протяженности области взаимодействия излучения свеществом на расстоянии около 9 мм от первого плазменного канала образуетсявторой, протяженностью около 1 мм (рис. 3 в), спектр Sexp ( ,  ) приобретаетмодуляцию (рис. 3 е), ответственную за разбиение конической эмиссии надискретные кольца (рис.

3 г), и обусловленную интерференцией от двух10соосных излучающих областей. Более отчетливо данная модуляцияпредставлена на численном S sim ( ,  ) и аналитическом Sinterf ( ,  ) спектрахсуперконтинуума (рис. 3 з,к).Рис. 3. Частотно-угловой спектр импульса на длине волны 1900 нм до (левая колонка)и после (правая колонка) рефокусировки;а), в) фотографии плазменного канала филамента в образце. Размытая серая наклоннаяполоса- входная грань клина;б), г) фотографии колец конической эмиссии суперконтинуума;д), е) экспериментально полученные частотно-угловые спектры конической эмиссииSexp ( ,  ) ;ж), з) численно полученные частотно-угловые спектры конической эмиссиилогарифмическом масштабе S sim ( ,  ) с учетом спектральной чувствительностидинамического диапазона ПЗС-матрицы;и), к) аналитически рассчитанные частотно-угловые спектры конической эмиссиилогарифмическом масштабе Sinterf ( ,  ) с учетом спектральной чувствительностидинамического диапазона ПЗС-матрицы.вивиТаким образом, для импульсов с длиной волны 1900 нм, лежащей в областианомальной ДГС в кварце, появление модуляции в частотно-угловом спектре ввидимой полосе конической эмиссии после рефокусировки происходитаналогично появлению модуляции в частотно-угловом спектре коническойэмиссии после рефокусировки при филаментации в кварце импульсов сдлинами волн, лежащими в области нормальной и нулевой ДГС.В Разделе 3.6 сформулированы основные выводы по третьей главе.В Главе 4 «Особенности формирования спектра суперконтинуума вусловиях аномальной дисперсии плавленого кварца» представлены результатыэкспериментального, численного и аналитического исследования спектрафемтосекундного лазерного излучения с центральной длиной волны в областианомальной дисперсии плавленого кварца в процессе филаментации.

В отличие11от гл.3 здесь рассматривается спектральная плотность мощности S() излучениясуперконтинуума, которая является результатом интегрирования по телесномууглу частотно-углового распределенияинтенсивности спектральныхкомпонент S ( ,  ) . Получена спектральная карта суперконтинуума, которыйгенерируется при филаментации фемтосекундных лазерных импульсов сцентральной длиной волны 0 , перестраиваемой от 800 нм до 2300 нм.Численно предсказано и экспериментально зарегистрировано формированиеизолированного высокочастотного (антистоксового) крыла суперконтинуумапри филаментации в условиях аномальной ДГС. На основе интерференционныхпредставлений дана физическая интерпретация образования минимума,отделяющего антистоксовое крыло от центральной области спектрафиламентирующего излучения.В Разделе 4.1 представлены результаты серии численных экспериментов пофиламентации в кварце, выполненных для фемтосекундного излучения сцентральной длиной волны  0 , плавно перестраиваемой в интервале800÷2300 нм.

Результаты численного исследования обобщены в видеспектральной карты СК S comp (  0 , ) , на которой интенсивность его спектральныхкомпонент представлена поверхностью на плоскости: «  (длина волны СК) − 0 (центральная длина волны падающего излучения)». Численно установлено,что формирование изолированного максимума спектральных компонент ввысокочастотнойобластиспектрасуперконтинуума - антистоксовогокрыла- происходит при филаментации в условиях аномальной дисперсиигрупповой скорости.Раздел 4.2 посвящен результатам численного, экспериментального ианалитического исследования антистоксового крыла суперконтинуума прифиламентации излучения в широком диапазоне длин волн, лежащих в областианомальной дисперсии групповой скорости плавленого кварца.В подразделе 4.2.1 исследовано влияние порядка многофотонностипроцесса генерации лазерной плазмы на формирование антистоксового крыласуперконтинуума.

Характеристики

Список файлов диссертации