Диссертация (1104782), страница 10

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

Текст из файла (страница 10)

В результате, линзой осуществлялось Фурьепреобразование излучения по пространству (т.е. углам расходимости ставятся в соответствиекоординаты на плоскости, перпендикулярной направлению распространения излучения). Послевходной щели монохроматора осуществлялось Фурье-преобразование излучения по времени(т.е. происходит развертка излучения по длине волны) с помощью дифракционной решетки.Использованная схема позволяла наблюдать на белом экране, установленном на выходемонохроматора, распределение интенсивности спектральных компонент излучения послефиламентации S (, ) , то есть его частотно-угловой спектр.

Полученный спектр излучениярегистрировался цифровой камерой «Видеоскан-285/П-USB». Спектральная чувствительностькамеры h() представлена на рисунке 2.3.Таким образом, на экспериментальном стенде были получены изображения плазменныхканалов,зарегистрированныефотокамеройчерезбоковуюгранькварцевогоклина,изображения конической эмиссии в дальней зоне и соответствующие им распределенияспектральных компонент импульса на плоскости угол - длина волны. Все измерениявыполнялись при усреднении по множеству импульсов при частоте их следования 1 КГц.

Приэтом энергия импульсов поддерживалась с точностью ~ 5%, что позволяло регистрироватьизображение КЭ и частотно-угловых спектров с незначительным размыванием. В режимеодного импульса уровень сигнала оказывался слишком слабым для надежной регистрации.44Рис. 3.2. Коническая эмиссия и плазменные каналы при филаментации импульсов на длине волныλ0 = 1900 нм (τFWHM = 80 фс, W = 12.5 мкДж). Изображения плазменного канала в филаменте (слева) исоответствующие изображения конической эмиссии в дальней зоне (справа), зарегистрированные приразличных смещениях клиновидного образца плавленого кварца в направлении, перпендикулярномраспространению импульса.

Импульс распространяется слева направо. Изображения плазменныхканалов (а-г), полученные при различных положениях клина, сведены для наглядности вместе набоковую поверхность клина, выходная грань которого нанесена белой штриховой линией. а)изображение соответствует области излучения в филаменте, ограниченной выходной гранью клина; б) –непрерывной области излучения в протяженном филаменте без рефокусировки импульса, в) – такой жеизлучающей области как в случае б), но отодвинутой от выходной грани клина; г) – условиюрефокусировки, при котором излучают две соосные области в филаменте, одна из которых находитсянепосредственно у выходной грани клина.

Видно, как с увеличением протяженности излучающейобласти и их числа в филаменте меняется изображение спектра конической эмиссии (а-г).В качестве примера на рис. 3.2 слева приведены фотографии плазменных каналов ирассеянного излучения КЭ в образце при филаментации в плавленом кварце импульсов надлине волны λ0 = 1900 нм, длительностью τFWHM = 80 фс, энергия импульсов W = 12.5 мкДж.Изображения плазменных каналов (а-г), полученные при различных положениях клина,сведены для наглядности вместе на боковую поверхность клина, выходная грань которогонанесена белой штриховой линией. Справа на рис. 3.2 даны фотографии изображения КЭ,полученные в дальней зоне для положений клина а)-г). Так как параметры излученияфиксированы, расстояние от входной грани до старта филамента остается неизменным придвижении клина в плоскости, перпендикулярной направлению распространения излучения.Видно розовое свечение при рекомбинации плазмы и тонкие голубые нити рассеянногоизлучения суперконтинуума, которое генерируется в области высокой интенсивности в45филаменте, то есть в области плазменного канала, и распространяется с некоторой угловойрасходимостью вместе с импульсом.

На рис. 3.2 слева в случаях а)-в) существует однаизлучающая область, которая при смещении клина оказывается все дальше от его выходнойнаклонной грани и, следовательно, расстояние до старта филамента остается неизменным.На рис. 3.2 г слева видно, что у выходной грани появляется вторая область высокойконцентрации электронов и, следовательно, область излучения суперконтинуума, котораявозникла при рефокусировке излучения в филаменте [88].

Из фотографий справа на рис. 3.2следует, что в положении клина а)-в), при которых в филаменте существует одна областьгенерации, изображения КЭ имеют одинаковые непрерывные радужные кольца с непрерывноменяющейся окраской. С уменьшением длины волны угловая расходимость излучения КЭвозрастает. В положении клина (рис. 3.2 г) возникает рефокусировка и появляется втораяобласть с высокой интенсивностью излучения, где генерируется суперконтинуум. КЭ в этомслучае (рис. 3.2 г) приобретает вид дискретных колец, разделенных четко регистрируемымиминимумами.Частотно-угловые спектры S exp (, ) и соответствующие изображения КЭ и плазменныхканалов, регистрируемые в эксперименте, приведены на рис. 3.3 для филаментации импульсовна длине волны λ0 = 800 нм , длительностью τFWHM = 40 фс, энергией W = 1.4 мкДж.

Слеванаправо представлены: изображения плазменных каналов (импульс распространятся слева направо; белаянаклонная черта - выходная грань клина) ; экспериментально зарегистрированные частотно-угловые спектры конической эмиссииS exp (, ) ;соответствующее изображение конической эмиссии в дальней зоне.Строка (а) соответствует положению клина до рефокусировки, строка (б) - послерефокусировки излучения. Калибровка шкалы длин волн при регистрации частотно-угловыхспектров осуществлялась с помощью набора фильтров для длин волн от 400 до 1100 нм, сшириной полосы пропускания 10 нм.46Рис. 3.3. Слева направо: изображение плазменных каналов филамента, экспериментально полученныйчастотно-угловой спектр конической эмиссии S exp (, ) , фотография колец конической эмиссиисуперконтинуума в дальней зоне при филаментации импульсов на длине волны λ 0 = 800 нм,τFWHM = 40 фс, W = 1.4 мкДж.

а) до рефокусировки ; б) после рефокусировки473.2 ЧИСЛЕННЫЕ ЧАСТОТНО-УГЛОВЫЕ СПЕКТРЫ СУПЕРКОНТИНУУМАВ ФОРМАТЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЧастотно-угловой спектр 800-нм импульса S num (, ) при фемтосекундной филаментациив плавленом кварце, имеет вид суперпозиции, так называемых, Х- и “Fish”-образных форм.Х-образная форма спектра образуется в условиях нормальной ДГС, “Fish”-образная форма - вусловиях нулевой ДГС [171,179],. При филаментации излучения на длине волны λ0 = 800нм,начальный импульс в условиях нормальной ДГС распадается на субимпульсы. Спектр"быстрого" субимпульса смещен в красную область относительно центральной длины волны и ,приближаясь к области нулевой ДГС, имеет “Fish”-образную форму.

Спектр "медленного"субимпульса смещен в синюю область и имеет Х-форму, характерную для нормальной ДГС. Врезультате, суммарный частотно-угловой спектр является суперпозицией Х- и “Fish”- форм. Вчисленном моделировании определяется частотно-угловой спектр S num (, ) в широкой полоседлин волн. Тогда как из-за ограничений на спектральный диапазон в системе регистрации,экспериментально мы наблюдаем только спектры СК в видимой полосе длин волн.

Длясравнения экспериментальных и численных результатов спектры, полученные численно,необходимо представить в формате экспериментальных измерений.В качестве примера рассмотрим обработку численного частотно-углового спектрасуперконтинуума S sim (, ) при филаментации 800-нм импульса в плавленом кварце. Спектр,представленный в формате лабораторного эксперимента S sim (, ) на рис.3.4 г, получен изполного спектра следующим образом.

Из найденного при численном моделировании спектрS num (, ) (рис 3.4 ж) выделен на оси длин волн диапазон, регистрируемый спектрометром(рис. 3.4 е), и затем преобразован по (2.30), то есть выделенный частотно-угловой спектрумножен на спектральную чувствительность ПЗС-матрицы (рис. 3.4 д). Этапы такой обработкичисленного спектра показаны на рис. 3.4 в направлении широкой стрелки1 . Численный спектрS sim (, ) в формате эксперимента (рис. 3.4 г) близок к зарегистрированному на установке(рис.

3.4 б). Здесь узкий хвост принадлежит Х-форме, а широкие крылья — “Fish”-форме.Аналогичное преобразование применяется для получения в формате экспериментааналитических частотно-угловых спектров S interf (, ) , рассчитанных с помощью интерференционной1модели (2.38) в широком диапазоне длин волн.48Рис. 3.4. Частотно-угловой спектр импульса на длине волны λ0 = 800 нм в плавленом кварце до рефокусировки.Длительность излучения на входе в среду τ0 = 40 фс, энергия W = 1.4 мкДж.а) Фотография плазменного канала филамента в образце. Размытая белая наклонная полоса- выходная граньклина;б) Экспериментально полученный частотно-угловой спектр конической эмиссии S exp (, ) ;в) Фотография колец конической эмиссии суперконтинуума в дальней зоне;г) Численно полученный с учетом спектральной чувствительности и динамического диапазона ПЗС-матрицычастотно-угловой спектр конической эмиссии в логарифмическом масштабе S sim (, ) ;д) Относительная спектральная чувствительности ПЗС-матрицыh() ;е) Численно полученный частотно-угловой спектр конической эмиссии в логарифмическом масштабе S num (, )в диапазоне длин волн, регистрируемых в эксперименте;ж) Численно полученный полный частотно-угловой спектр конической эмиссии в логарифмическоммасштабе S num (, ) ;49Частотно-угловой спектр импульса с центральной длиной волны λ0 = 1300 нм в широкойполосе длин волн S num (, ) (рис.

Характеристики

Список файлов диссертации