Автореферат (1104781), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Показано, что независимо от характера ДГС антистоксовыйсдвигв спектре СК при филаментации определяется порядкоммногофотонности K процесса генерации лазерной плазмы, и его величинаувеличивается при увеличении K .В подразделе 4.2.2 численно показано, что источники антистоксового крыласуперконтинуума сосредоточены на хвосте импульса в процессе филаментации.В подразделе 4.2.3 представленырезультатыэкспериментальнойрегистрации антистоксового крыла суперконтинуума при филаментациифемтосекундного лазерного излучения в плавленом кварце.
В лабораторномэксперименте использовался источник фемтосекундного излучения на основеперестраиваемого параметрического усилителя TOPAS, совмещенного срегенеративным усилителем Spitfire Pro. Измерение длительностифемтосекундного излучения осуществлялось спектрометром ASF-20 фирмы12«Авеста-Проект». Фемтосекундные лазерные импульсы фокусировались тонкойкварцевой линзой с фокусным расстоянием 50 см на входную грань образцаплавленого кварца (рис.
4). Образец имел форму остроугольного клина, чтопозволяло устанавливать фиксированную длину филамента при различныхдлинах волн импульса. Диаметр пучка в перетяжке составлял ~ 100 мкм.Излучение суперконтинуума собиралось ахроматической линзой на входнующель монохроматора. Матовая пленка, установленная на его входном окне,создавала рассеянное излучение, что позволяло исключить влияние угловойзависимости спектральных компонент СК, характерной для коническойэмиссии. Спектроскопические измерения суперконтинуума в полосе длин волн400 ÷ 1000 нм осуществлялись монохроматором Solar - Tii MS2004 и в полосе1100 ÷ 2700 нм – оригинальным спектрометром ASP-IRHS, разработанным в2010 году фирмой «Авеста-Проект».
Динамический диапазон спектрометровсоставлял 103.Рис. 4. Схема экспериментальной установки.Задачей экспериментов являлось изучение влияния длины волныфемтосекундногоизлучениянагенерациюантистоксовогокрыласуперконтинуума при филаментации в условиях аномальной дисперсии вплавленом кварце. Поэтому в проводимых экспериментах использовалисьимпульсы ближнего ИК – диапазона с длиной волны, перестраиваемой от0 = 1300 нм,0 = 2300 нм,соответствующейнулевойДГС,досоответствующей сильной аномальной ДГС в плавленом кварце.
Длительностьимпульсов составляла FW HM 70фс . При перестройке длины волны энергияизлучения W увеличивалась от 2.2 мДж при 0 = 1200 нм до 4.5 мДж при0 = 1900 нм, так что отношение пиковой мощности Ppeak к критическоймощности самофокусировки в плавленом кварце Pcr принимало одинаковоезначение, близкое к 5. Для критической мощности самофокусировки Pcr былопринято, что на длине волны 0 = 1200 нм ее величина равна Pcr = 4.22 МВт ивозрастает при увеличении длины волны в соответствии с зависимостью Pcr ~20 . На длине волны, превышающей 2000 нм, энергию импульса W приходилосьувеличивать до 8÷12 мДж для компенсации поглощения в плавленом кварце,которое повышается в этом диапазоне длин волн.13При измерениях клиновидный образец перемещался в направлении,перпендикулярном пучку, так чтобы для импульсов различных длин волнполучитьплазменныеканалыравнойпротяженности,которыерегистрировались через боковую грань образца плавленого кварца.
Посколькуплазменный канал совпадает с областью высокой интенсивности, то ееположение и протяженность полностью определяют область филамента, вкоторой происходит самомодуляция фазы светового поля, вызывающаяуширение частотного спектра импульса. Тем самым, перемещением образцадостигалась равная протяженность «излучающих» областей филамента дляимпульсов различных длин волн. В наших экспериментах «излучающие»области филамента имели протяженность около 1 мм и находились, например,на расстоянии от входа в среду около 8 мм для импульса с 0 = 1300 нм и около6.5 мм для 0 = 1900 нм. Таким образом, мы осуществляли регистрацию спектрасуперконтинуума S exp ( ) , который в отсутствие рефокусировки формируютизлучающие области равной длины при филаментации импульсов сцентральной длиной волны, перестраиваемой в широком диапазоне.Спектры S exp ( ) , полученные экспериментально, представлены вполулогарифмической шкале для ряда длин волн на рис.
5, на которыеналожены для сравнения также численные спектры S comp ( ) . Для каждой длиныirволны экспериментальные спектры в инфракрасной области S exp( )ir( 1100нм ir 2700нм ) нормированы на максимальные величины S exp( 0 ) . Вvisvisвидимой области S exp( ) ( 400нм 1100нм ) нормировка экспериментальныхvisспектров S exp( ) / S 0 такова, что их максимальные значения совпадают созначениями численных спектров S comp ( ) в этой спектральной полосе.Относительное изменение спектров S comp ( ) , полученных численно,visпредставлено в диапазоне от 1 до e-8, тогда как в экспериментальных S exp( ) иirS exp( ) относительное изменение ограничено динамическим диапазономспектрометров и составляет три порядка. Спектральные полосычувствительности ПЗС-линейки монохроматора Solar - Tii MS2004 длякоротковолновой области 400 1200 нм и спектрометра ASP-IRHS дляинфракрасной области 1100 2700 нм отмечены на рис.
5 жирными отрезкамина оси длин волн. Порядок многофотонности К в плавленом кварце указан дляизлучения различных длин волн 0 .14Рис. 5. Спектр суперконтинуума при филаментации импульсов на длинах волн от 1200 до 2100 нм.Непрерывные линии — экспериментально зарегистрированные спектры в ИК и видимомдиапазонах, пунктирные линии — численное моделирование.Для излучения на всех длинах волн экспериментально полученные спектрыirS ( ) и S exp( ) в пределах динамического диапазона спектрометров близки кчисленным S comp ( ) . С увеличением центральной длины волны излучения 0 от1200 до 2100 нм спектр СК становится существенно немонотонным иформируется антистоксовое крыло в виде изолированного максимума ввидимой области длин волн (рис.5).
При этом спектральная полосаантистоксовое крыла сужается, а интенсивность спектральных компонентувеличивается, достигая e 5 · S ( 0 ) . Длина волны коротковолновой отсечкиантистоксовых компонент спектра min уменьшается и антистоксовый сдвиг as 0 min этих компонент от центральной длины волны возрастает сувеличением порядка многофотонности К процесса генерации лазернойплазмы.visexp15В подразделе 4.2.4 на основе интерференционной модели представленоаналитическоеисследованиеформированиямодуляциивспектреширокополосного когерентного источника, движущегося в филаменте.Показано, что в условиях аномальной дисперсии плавленого кварца, сувеличением протяженности излучающей области филамента - области,которую пролетает широкополосный точеный источник, - в спектре излученияв дальней зоне происходит формирование широкого минимума, разделяющегообласть спектра вокруг центральной длины волны и изолированный максимумв высокочастотной области спектра.В Разделе 4.3 сформулированы основные выводы по четвертой главе.В Главе 5 «Световыепулиприфемтосекунднойфиламентации»представлены результаты численного и экспериментального исследованияпространственно-временной трансформации фемтосекундного лазерногоимпульса при филаментации в плавленом кварце в условиях аномальной ДГС.Исследовано влияние аномальной ДГС на процесс локализации энергии впространстве и времени при филаментации.
Численно предсказано и впервыеэкспериментально зарегистрировано в плавленом кварце образование световыхпуль - локализованных в пространстве и времени областей с высокойинтенсивностью светового поля - в фемтосекундном лазерном филаменте вусловиях аномальной дисперсии для импульсов на длине волны 1800 нм.В Разделе 5.1 с помощью численного моделирования представленаэволюция световой пули в процессе филаментации. Показано, что прианомальной дисперсии образуется последовательность световых пуль,возникновение которых обусловлено совместным проявлением временного ипространственного факторов.
В этом случае происходит перекачка мощности схвоста и переднего фронта импульса к центру, вызванная аномальнойдисперсией в условиях положительной фазовой модуляции и последующеепространственное сжатие временных слоев вследствие самофокусировки.В разделе 5.2 исследованы спектральные характеристики импульса прифемтосекундной филаментации в условиях аномальной дисперсии групповойскорости плавленом кварце.
Установлено, что появление световой пулисопровождается резким выбросом антистоксовых компонент спектрасуперконтинуума. С увеличением числа образованных пуль возрастаетинтенсивность спектральных компонент антистоксового крыла, в его спектрапоявляется интерференционная модуляция.В разделе 5.3 представлен численный анализ трансформации длительностисветовой пули в процессе фемтосекундной филаментации. Показано, чтопервоначальныйгауссоваформаимпульсатрансформируетсявнесимметричную форму световой пули: ее передний фронт значительно менеекрутой, чем хвост, в котором произошло сильное увеличение крутизны.compУстановлена связь между длительностью световой пули pulseи шириной ее16compавтокорреляционнойфункции.Определено,чтоотношение corrcompcompk pulse/ corrсоставляет 0.5 при достижении пулей минимальной длительности.В разделе 5.4 рассмотрено вопрос о спектральной ограниченности световойпули.
Численно показано, что световая пуля не является спектральноограниченной, длительность световой пули на длине волны 1800 нм присинфазности ее спектральных компонент составила бы 5.4 фс.Раздел 5.5содержит результатыэкспериментальной регистрациипоследовательности световых пуль при филаментации в плавленом кварце, атак же оценки минимальной зарегистрированной длительности световой пули.В подразделе 5.5.1 представлена схема лабораторного эксперимента.Установка состояла из источника фемтосекундного излучения на основеперестраиваемого параметрического усилителя TOPAS, совмещенного срегенеративным усилителем Spitfire Pro. На регенеративный усилитель снакачкой твердотельным лазером Empower 30 подавались импульсыфемтосекундного генератора Tsunami (Ti:Sph) с непрерывным твердотельнымлазером накачки Millenia Vs.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
