Автореферат (1104781), страница 5

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

Текст из файла (страница 5)

Фемтосекундные лазерные импульсы с выходаусилителя фокусировались тонкой кварцевой линзой с фокусным расстоянием50 см на входную грань образца. На длине волны 0  1800нм длительностьимпульса составляла  0  50фс , диаметр пучка в перетяжке a0  100 мкм , энергияW варьировалась от 1 до 20 мкДж.Рис. 6. Схема экспериментальной установки.При автокорреляционных измерениях длительности световой пулиприосевая часть филамента, в котором происходило ее формирование,выделялась диафрагмой, установленной у выходной грани образца, исобиралась параболическим зеркалом на входном окне автокоррелятора ASF-20(рис. 6).В подразделе 5.5.2 представлены экспериментально зарегистрированныеexp(  ) при филаментации 1800автокорреляционные функции световых пуль J corrнм фемтосекундного излучения в плавленом кварце.В подразделе 5.5.3 на основе экспериментально зарегистрированных ичисленно полученных автокорреляционных функций световых пуль проведенаоценка минимальной длительности световой пули, зарегистрированной17экспериментально.

Для определения длительности световой пули поэкспериментально зарегистрированной ширине автокорреляционной функциибыло использовано численно полученное отношение длительности световойcompcomp( z ) /  corr( z ) , так какпули к ширине автокорреляционной функции k(z)   pulseформа световой пули качественно отличатся от гауссовой формы импульса навходе в среду. В соответствии с результатами численного моделированияcompпринято, что отношение k длительности световой пули  1/2к ширине ее АКФcompлежит в интервале 0.5÷0.44. Используя значение параметра k  0.5 , corrсоответствующие минимальной длительности излучения мы оценилиминимальную длительность экспериментально зарегистрированных световыхexpпуль:  1/2 13.5 fs , которая соответствует 27-фс ширине экспериментальнозарегистрированной автокорреляционной функции световой пули (рис.

7).Минимальная длительность световой пули составляет около 2 периодовсветового поля для центральной длины волны импульса, испытавшегофиламентацию.Рис. 7. АКФ J corr (  ) световой пули при филаментации в кварце излучения на длине волныexp(  ) - сплошные линии, полученные1800 нм, длительностью 50 фс. Измеренные J corrcomp(  ) – штриховые.

а) Излучение на входе в среду. Шириначисленным моделированием J corrАКФ 70 фс. б) Одна световая пуля. Диаметр диафрагмы D = 50 мкм, энергия импульсаW * = 2.7 мкДж, толщина кварцевого образца 2 см. в) Две световых пули. Диаметрдиафрагмы 100 мкм, энергия импульса W = 9.4 мкДж, толщина кварцевого образца 1 см.В разделе 5.6 представлен анализ процесса насыщения интенсивности всветовой пуле. На основе результатов численного и экспериментальногоисследования пространственно-временного изменения показателя преломленияв плавленом кварце при филаментации фемтосекундного импульса исследованоизменение с расстоянием интегральной величины оптической силы нелинейныхлинз, которая накапливается вдоль филамента. Экспериментальныеисследования выполнены с участием автора в Институте Физики НАНУкраины.В подразделе 5.6.1 введено понятие оптической силы керровской иплазменной нелинейных линз филамента D(  , z ) во временном слое импульса18  при распространении на расстоянии z.

Кривизна нелинейного приращенияпоказателя преломления n(r,  , z) определяет в параксиальном приближенииоптическую силу нелинейной линзы D(  , z) , наведенной на расстоянии z вфиламенте:z 2 n(r ,  , z ' )0r 2D(  , z )   dz' ,(2)r 0где суммарное приращение к показателю преломления n(r ,  , z) ,вызванное аддитивными керровской nK (r,  , z) и плазменной n Pl (r ,  , z )нелинейностями n(r ,  , z) , представлено в виде:n(r ,  , z )  nK (r ,  , z)  nPl (r ,  , z ) .(3) 2 n(r ,  , z ) 0 - излучение в выбранном временном слое  *r 2дефокусируется и интегральная оптическая сила нелинейных линз D(  , z )Приуменьшается с расстоянием z согласно (2).

При 2 n(r ,  , z ) 0 - излучение вr 2выбранном временном слое  * фокусируется и интегральная оптическая силанелинейных линз D(  , z ) увеличивается.В подразделе 5.6.2 представлены экспериментальные и численныерезультаты трансформации наведенного показателя преломления за счеткерровской и плазменной нелинейностей при филаментации в плавленомкварце импульсов на длине волны 0  800 нм длительностью  FWHM  160 фс иэнергией W  2 мкДж . Эксперименты проведены в центре коллективногопользования «Лазерный фемтосекундный комплекс» Института физики НАНУкраины.

В экспериментах используется метод фемтосекундной времяразрешающей оптической поляриграфии, вместе с теневым методомрегистрации поглощения самонаведенной лазерной плазмы для исследованиядинамикипространственно-временногораспределениянаведенногоприращения показателя преломления в процессе филаментации в плавленомкварце. Численно показано, что из равенства добавок max n numи max n numKPlr 0r 0не следует условие для насыщения интенсивности в филаменте.В подразделе 5.6.3 показано, что при слабом влиянии нормальнойдисперсии групповой скорости интенсивность достигает своего максимальногозначения в первый раз в филаменте на расстоянии z str когда суммарнаяоптическая сила нелинейных линз в филаменте D( z)  DPl ( z)  DK ( z) прекращаетсвой рост:( DK  DPl )0zzstr(4).Условие (4) означает, что насыщение интенсивности происходит, когдаабсолютные значения радиальной кривизны керровской и плазменной добавокк показателю преломления достигают одинаковой величины.19В подразделе 5.6.4 установлено, что при аномальной ДГС равенство (4)не определяет насыщения интенсивности в филаменте.

При аномальнойдисперсии групповой скорости определяющее влияние временного фактора,связанного с перекачкой мощности излучения к центру импульса, качественноизменяет процесс насыщения интенсивности. Рост интенсивностипродолжается в условиях плазменной дефокусировки, доминирующей надкерровской самофокусировкой.В разделе 5.7 сформулированы основные выводы по пятой главе.20ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫВ результате данной работы впервые выполнено комплексное численное,экспериментальное и аналитическое исследование формирования световыхпуль фемтосекундного филамента и частотно-углового спектра импульса прифиламентации в плавленом кварце.

В работе изучены общие закономерностиформирования частотно-углового спектра суперконтинуума при филаментациив условиях нормальной, нулевой и аномальной дисперсии групповой скорости,определены условия генерации последовательности световых пуль филамента,показана возможность управления спектральными и пространственновременными параметрами световых пуль.Численныммоделированиемпредсказаноформированиеквазипериодической последовательности «световых пуль» с высокойпространственно-временной локализацией светового поля при филаментациифемтосекундного излучения в условиях аномальной дисперсии групповойскорости плавленого кварца.

Каждая «световая пуля» формируется вцентральных временных слоях импульса, и затем, смещаясь к хвосту импульса,исчезает. Возникновение следующей световой пули происходит в результатеперетекания мощности с хвоста и переднего фронта импульса к центру,вызванного аномальной дисперсией в условиях положительной фазовоймодуляции. Пиковая интенсивность световой пули на длина волны 1800 нмдостигает величины 5·1013 Вт/см2 , радиус - 10 мкм и длительность - несколькопериодов светового поля. На основе численного анализа формы световой пулиcompустановлено, что отношение ее длительности 1/2к ширине АКФ  compcorrсоставляет 0.44÷0.5.Предложен и осуществлен лабораторный эксперимент по регистрациипоследовательности световых пуль при филаментации в плавленом кварце. Наоснове результатов численного моделирования и экспериментальнойрегистрации ширины АКФ световой пули получена оценка длительностисветовой пули, согласно которой при минимальной экспериментальнозарегистрированной ширине АКФ  expcorr  27 фс ее длительность составляет13.5 фс при диаметре селектирующей диафрагмы 50 мкм.

При этом вфиламенте не достигается полная синфазность спектральных компонентсуперконтинуума, и излучение световой пули не является спектральноограниченным.Численно, экспериментально и аналитически исследовано формированиеизолированного антистоксового крыла суперконтинуума в фемтосекундномимпульсе на длинах волн 0  1200  2100 нм в условиях аномальной ДГС вплавленом кварце. Установлено, что влияние увеличения длины волныизлучения 0 на спектр суперконтинуума определяется двумя факторами:первый - увеличение антистоксового уширения спектра, вызванное сильнымувеличением крутизны хвоста импульса, обусловленный ростом порядкамногофотонности К, второй - деструктивная интерференция широкополосногоизлучения суперконтинуума и формирование широкого минимума в полосе21между изолированным антистоксовым крылом и уширенным спектромимпульса. Независимо от характера ДГС величина антистоксового сдвигаas  0  min излучения СК при филаментации возрастает с увеличениемпорядка многофотонности K процесса генерации лазерной плазмы.Аналитически с помощью развитой интерференционной моделиформирования излучения суперконтинуума, качественно расширяющей модельтрехволнового смешения, получена убедительная физическая интерпретацияобразования изолированного максимума в видимой области спектрасуперконтинуума (антистоксового крыла), обусловленного материальнойдисперсией среды в процессе филаментации в условиях аномальной ДГС.Образование при филаментации фемтосекундного излучения на длиневолны  0  1200  2100 нм в плавленом кварце широкого минимума в спектреСК, отделяющего его антистоксовое крыло от области в окрестностицентральнойдлиныволны,являетсярезультатомдеструктивнойинтерференции широкополосного излучения суперконтинуума, котороегенерируется в излучающей области конечной длины.

При увеличениицентральной длины волны излучения в условиях аномальной ДГС происходитуменьшение ширины антистоксового крыла СК и возрастание его сдвига всинюю область спектра.При рефокусировке излучения в филаменте, не зависимо от характераДГС происходит расщепление непрерывного частотно-угловой спектрасуперконтинуума на множество контрастных максимумов в результатеинтерференции излучения от последовательности распределенных когерентныхисточников, образующихся вдоль филамента.

В изображении коническойэмиссии на экране при этом возникает дискретная структура цветных колец, вчастотно-угловом спектре S(, ) - характерная структура интерференционныхминимумов и максимумов. Интерференция спектральных компонентохватывает весь антистоксовый диапазон суперконтинуума и может бытьзарегистрирована в видимой области для филаментации излучения на длинахволн вплоть до 1900нм.Численно и экспериментально исследована эволюция пространственновременного распределения керровской nK (r , ) и плазменной nPl (r , ) добавокк показателю преломления плавленого кварца в процессе фемтосекунднойфиламентации.

Характеристики

Список файлов диссертации