Диссертация (1104782), страница 12

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

Текст из файла (страница 12)

3.8 в,д).Каждая Х-форма соответствует одному из субимпульсов, на которые распадается импульс впроцессе филаментации в условиях нормальной ДГС [171,179].Припрохождениирасстояния,достаточногодлярефокусировкиизлучения,формировалась цепочка из двух последовательных излучающих областей. Регистрацияплазменных каналов при филаментации импульсов на длинах волн видимого диапазона спомощью фотокамеры затруднена из-за рассеяния этого излучения в кварце, так какинтенсивность рассеянного излучения оказывается выше, чем инфракрасное свечениеплазменных каналов. Согласнорезультатамчисленного расчета,расщепление колецконической эмиссии однозначно связано с возникновением второй соосной излучающейобласти и является результатом интерференции излучения от двух последовательно55расположенных излучающих областей.

Поэтому появление второй излучающей области вфиламенте при увеличении протяженности области взаимодействия излучения с кварцемнадежно определяется по появлению в спектре импульса S exp (, ) характерной модуляции(рис. 3.8 б), обусловленной интерференцией излучения от двух соосных излучающих областейфиламента.Рис. 3.8. Частотно-угловой спектр импульса на длине волны 400 нм до и после рефокусировки. Леваяколонка - до рефокусировки, правая колонка - после рефокусировки.а), б) экспериментально полученные частотно-угловые спектры конической эмиссии S exp (, ) ;в), г) численно полученный частотно-угловой спектр конической эмиссии в логарифмическоммасштабе S sim (, ) . S 0 — нормировочная постоянная.д), е) аналитический спектр рассчитанный в рамках интерференционной модели S interf (, ) .По экспериментальным S exp (, ) , численным S sim (, ) и аналитическим S interf (, )частотно-угловым спектрам видно, что ранее непрерывное по углу излучение коническойэмиссии разбивается на дискретные кольца, радиус которых, увеличивается с увеличениемсдвига длины волны в антистоксову область (рис 3.8 правая колонка).563.4 ЧАСТОТНО-УГЛОВОЙ СПЕКТР СУПЕРКОНТИНУУМА ПРИФИЛАМЕНТАЦИИ В УСЛОВИЯХ НУЛЕВОЙ ДИСПЕРСИИ ГРУППОВОЙСКОРОСТИНа длине волны λ0 = 1300 нм эксперименты проводились с импульсами, длительностькоторых τFWHM = 80 фс, радиус в перетяжке а0 = 70 мкм, энергия W = 4.15 мкДж.Старт филамента при рассматриваемых параметрах излучения происходит на расстоянииz f  7 мм от входной грани клина.

Когда протяженность излучающей области филаментаl  1 мм (рис. 3.9 а), коническая эмиссия на экране, как и для импульса на длине волны 800 нм,представляет собой белое пятно суперконтинуума, окруженное непрерывными радужнымикольцами, цвет которых монотонно сдвигается в фиолетовую область с увеличением радиусакольца (рис. 3.9 б). На экспериментально полученном распределении спектральных компонентS exp (, ) видно, что спектр импульса сильно уширился (рис.

3.9 д), сформировалосьнепрерывно расходящееся по углу излучение конической эмиссии, соответствующее радужнымкольцам на рис 3.9 б. При этом, как на экспериментальном S exp (, ) (рис. 3.9 д), так и начисленном S sim (, ) (рис. 3.9 ж) и аналитическом Sinterf (, ) (рис. 3.9 и) частотно-угловыхспектрах видна тонкая структура углового расщепления спектра, возникшая при интерференцииизлучения протяженного источника в филаменте.При увеличении протяженности области взаимодействия излучения с веществом, нарасстоянииоколо1.3 ммотпервогоплазменногоканала,образуетсявторой,протяженностью около 1 мм (рис.

3.8 в). Спектр S exp (, ) приобретает модуляцию (рис. 3.8 е),ответственную за разбиение конической эмиссии на дискретные кольца (рис. 3.9 г), иобусловленную интерференцией от двух соосных излучающих областей. Видно, что структурыспектров, полученных численно S sim (, ) и экспериментально S exp (, ) , совпадают соструктурой интерференционного спектра Sinterf (, ) , полученного аналитически (рис. 3.8 е,з,к).Таким образом, для импульсов с длиной волны λ0 = 1300 нм, лежащей в области нулевойДГС в кварце, появление модуляции в частотно-угловом спектре конической эмиссии послерефокусировки происходит аналогично появлению модуляции в частотно-угловом спектреконической эмиссии после рефокусировки импульсов с длинами волн, лежащими в областинормальной ДГС.57Рис. 3.9.

Частотно-угловой спектр импульса на длине волны 1300 нм до (левая колонка) и после (праваяколонка) рефокусировки.а), в) фотографии плазменного канала филамента в образце. Размытая серая наклонная полоса- входнаягрань клина.б), г) фотографии колец конической эмиссии суперконтинуумад), е) экспериментальнополученныечастотно-угловыеспектрыконическойэмиссии S exp (, ) ;ж), з) численно полученные частотно-угловые спектры конической эмиссии в логарифмическоммасштабе S sim (, ) с учетом спектральной чувствительности и динамического диапазона ПЗС-матрицы;и), к) аналитически рассчитанные частотно-угловые спектры конической эмиссии в логарифмическоммасштабе S interf (, ) с учетом спектральной чувствительности и динамического диапазона ПЗСматрицы.583.5 ЧАСТОТНО-УГЛОВОЙ СПЕКТР СУПЕРКОНТИНУУМА ПРИФИЛАМЕНТАЦИИ В УСЛОВИЯХ АНОМАЛЬНОЙ ДИСПЕРСИИГРУППОВОЙ СКОРОСТИНа длине волны λ0 = 1900 нм эксперименты проводились с импульсами, длительностькоторых τFWHM = 80 фс, радиус в перетяжке а0 = 80 мкм, энергия W = 12.5 мкДж.

Стартфиламента при рассматриваемых параметрах импульсов происходит на расстоянии z f  15 ммот входной грани клина. Когда длина излучающей области филамента l  1.5 мм (рис. 3.10 а),излучение суперконтинуума в дальней зоне на экране представляет собой белое пятно,окруженное непрерывными зелено-синими кольцами, цвет которых монотонно сдвигается вфиолетовую область с увеличением радиуса кольца (рис.

3.10 б). На экспериментальнополученном распределении интенсивности спектральных компонент на плоскости «угол-длинаволны» S exp (, ) (рис. 3.10 д) видно, что спектр импульса, центральная длина волны которого1900нм, уширился таким образом, что в нем имеется область с относительно высокойинтенсивностью спектральных компонент в видимой полосе длин волн от 400 до 700 нм,соответствующая излучению конической эмиссии (рис 3.10 б). ЧисленныйS sim (, ) ианалитический S interf (, ) спектры в формате эксперимента приведены на рис. 3.10 ж,и.При увеличении протяженности области взаимодействия излучения с веществом, нарасстоянииоколо9 ммпротяженностью около 1 ммотпервого(рис. 3.10 в),плазменногоспектрканала,S exp (, )образуетсяприобретаетвторой,модуляцию(рис. 3.10 е), ответственную за разбиение конической эмиссии на дискретные кольца(рис.

3.10 г) и обусловленную интерференцией от двух соосных излучающих областей. Болееотчетливо данная модуляция представлена на численном S sim( ,  ) и аналитическом S interf (, )спектрах суперконтинуума (рис. 3.10 з,к).Таким образом, для импульсов с длиной волны λ0 = 1900 нм, лежащей в областианомальной ДГС в кварце, появление модуляции в частотно-угловом спектре в видимойполосе конической эмиссии после рефокусировки происходит аналогично появлениюмодуляции в частотно-угловом спектре конической эмиссии после рефокусировки прифиламентации в кварце импульсов с длинами волн, лежащими в области нормальной инулевой ДГС.59Рис.

3.10. 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 наклонная полоса- входнаягрань клина.б), г) фотографии колец конической эмиссии суперконтинуумад), е) экспериментально полученные частотно-угловые спектры конической эмиссии S exp (, ) ;ж), з) численно полученные частотно-угловые спектры конической эмиссии в логарифмическоммасштабе S sim (, ) с учетом спектральной чувствительности и динамического диапазона ПЗСматрицы;и), к) аналитически рассчитанные частотно-угловые спектры конической эмиссии в логарифмическоммасштабе S interf (, ) с учетом спектральной чувствительности и динамического диапазона ПЗСматрицы603.6 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕНа основании комплексных исследований, выполненных экспериментально, численно ианалитически, установлено, что закономерности формирования частотно-углового спектраконической эмиссии суперконтинуума при филаментации фемтосекундного излучения надлинах волн, лежащих в области нормальной, нулевой и аномальной дисперсии групповойскорости в плавленом кварце, имеют общий характер.При рефокусировке излучения в филаменте происходит расщепление непрерывногочастотно-угловой спектра на множество контрастных максимумов в результате интерференцииизлучения от последовательности распределенных когерентных источников, образующихсявдоль филамента.

В изображении конической эмиссии на экране в дальней зоне при этомвозникает дискретная структура цветных колец, в частотно-угловом спектре S (, ) характерная структура интерференционных минимумов и максимумов. Интерференцияспектральных компонент охватывает весь антистоксов диапазон суперконтинуума и можетбыть зарегистрирована в видимой области длин волн при филаментации излучения сцентральными длинами волн вплоть до 1900 нм.61ГЛАВА 4. ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СПЕКТРАСУПЕРКОНТИНУУМА В УСЛОВИЯХ АНОМАЛЬНОЙ ДИСПЕРСИИПЛАВЛЕНОГО КВАРЦАВ настоящей главе представлены результаты экспериментального и численногоисследования трансформации спектра фемтосекундного лазерного излучения с центральнойдлиной волны в области аномальной дисперсии плавленого кварца в процессе филаментации.

Вотличие от Гл. 3 здесь рассматривается спектральная плотность мощности S () излучениясуперконтинуума (СК), которая является результатом интегрирования по телесному углучастотно-углового распределения интенсивности спектральных компонент (формула 2.44).Получена спектральная карта суперконтинуума, который генерируется при филаментациифемтосекундных лазерных импульсов с центральной длиной волны  0 , перестраиваемой от800 нм до 2300 нм. Численно предсказано и экспериментально зарегистрировано формированиеизолированного антистоксового крыла суперконтинуума при филаментации в условияханомальнойДГС.Наосновеинтерференционныхпредставленийданафизическаяинтерпретация образования минимума, отделяющего антистоксовое крыло от центральнойобласти спектра входного излучения.

Материалы главы опубликованы в работах [П3-П6].4.1 СПЕКТРАЛЬНАЯ КАРТА СУПЕРКОНТИНУУМА ДЛЯ ДЛИН ВОЛН800 - 2300 НМСценарийфиламентациифемтосекундноголазерногоимпульсаопределяетсясовокупностью факторов, таких как керровская самофокусировка и самомодуляция излучения,ограничение интенсивности и дефокусировка излучения в лазерной плазме, и, наконец,волновые процессы дифракции и дисперсии излучения в среде. Генерация суперконтинуума —многопараметрическая задача, анализ которой во всем множестве физических параметровявляется крайне сложным и одновременно малопродуктивным.

В связи с этим выполнена сериячисленных экспериментов с помощью математической модели филаментации [171] дляизлучения с центральной длиной волны, перестраиваемой в диапазоне  0  800  2300 нм, приравных значениях параметров подобия, которые определяют начальную стадию филаментации,обусловленную керровской самофокусировкой излучения. Такими параметрами являются2дифракционная длина Ld  ka0 и отношение пиковой мощности P к критической Pcr .

Характеристики

Список файлов диссертации