Диссертация (1104782), страница 15

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

Текст из файла (страница 15)

Из частотно-углового спектра S(, )выделяетсяантистоксовая область Sas (, ) наложением прямоугольного окна П() :Sas (, )  П()  S(, ) , где П() = 1 при   200  1000 нм.Почастотно-угловомуспектруантистоксовых(4.1)компонент Sas (, )определяетсяasпространственно-временное распределение интенсивности излучения I (r, ) :I as (r, )  F1 Sas (, ) ,(4.2)1оператор F включает переход от длин волн  к частотам  , и от углов  к волновымвекторам k  , а затем обратное преобразование Фурье по времени (    ) и обратноепреобразованиеФурье-Бесселяпопространству( r  k  ).Пространственно-временноеasраспределение I (r, ) определяет для временных слоев импульса положение в поперечномсечении тех областей, в которых максимальна интенсивность антистоксового излученияI as (r, ) , и, следовательно, в которых происходить генерация СК в видимой области спектра.Результаты обработки для излучения с центральными длинами волн  0  1300 нм и 0  1900 нм представлены соответственно на рис.

4.8, 4.9. Излучение с длиной волны 0  1900 нм рассмотрено на расстоянии z  6.35 мм, соответствующем образованию первогомаксимума интенсивности в филаменте, и с  0  1300 нм на расстоянии z  7.71 мм, гдеобразовался нелинейный фокус и сформировался «рыбоподобный» спектр, характерный дляфиламентации при нулевой ДГС [П1,П2]. Тоновые картины частотно-угловых спектров СК вовсей полосе длин волн S(, ) приведены в правой верхней четверти на рис. 4.8, 4.9 , в областиasантистоксовых длин волн S (, ) , полученные наложением прямоугольного окна в полосе от400 до 1100 нм (4.1), - на правой нижней четверти рис.4.8 , 4.9.74Рис.

4.8. Пространственно-временное распределение интенсивности I(r, ) для излучения в филаментеas(левая верхняя четверть), интенсивность I (r, ) источников излучения в антистоксовой спектральнойполосе (левая нижняя четверть), частотно-угловые спектры СК S(, ) (правая верхняя четверть) нафиксированном расстоянии z  7.71 мм при филаментации излучения с  0  1300 нм в плавленомasкварце. В нижней левой четверти выделена антистоксовая область частотно-углового спектра S (, ) вполосе от 400 до 1100 нм. Пунктиром отмечено на хвосте импульса время  , при котором максимальнаинтенсивность источников антистоксового излучения.

 0  40 фс, r0  66 мкм, I 0  1.8 1011 Вт / см 2 . S 0 нормировочная константа.Пространственно-временные распределения интенсивности антистоксового излученияI as (r, ) , полученные из Sas (, ) обратным преобразованием Фурье, представлены тоновымикартинами на полуплоскости (r, τ) на левой нижней четверти рис.4.8 , 4.9. Распределенияинтенсивности I(r, ) излучения в филаменте, соответствующее всей полосе частот изображеныasв верхнем ряду слева рис.

4.8, 4.9. Из сравнения распределений интенсивности I (r, ) с I(r, )видно, что источники антистоксового излучения СК сосредоточены на хвосте импульса вобласти с наибольшей крутизной заднего фронта. При этом источники антистоксового крыланаходятся как на оси пучка, где их интенсивность наибольшая, так и на заднем фронтекольцевых структур филамента, где значительны временные градиенты интенсивности. Этивыводы находятся в соответствии с результатами, полученными для филаментации лазерныхимпульсов в воздухе [75,167].75Рис. 4.9. Пространственно-временное распределение интенсивности I(r, ) для излучения в филаментеas(левая верхняя четверть), интенсивность I (r, ) источников излучения в антистоксовой спектральнойполосе (левая нижняя четверть), частотно-угловые спектры СК S(, ) (правая верхняя четверть) нафиксированном расстоянии z  6.35 мм при филаментации излучения с  0  1900 нм в плавленомasкварце.

В нижней левой четверти выделена антистоксовая область частотно-углового спектра S (, ) вполосе от 400 до 1100 нм. Пунктиром отмечено на хвосте импульса время  , при котором максимальнаинтенсивность источников антистоксового излучения. 0  40 фс, r0  79 мкм, I 0  2.7 1011 Вт / см 2 . S 0 нормировочная константа.Приведенныйанализоднозначноподтверждает,чтоантистоксовоеуширениеопределяется фазовой самомодуляцией светового поля на хвосте импульса, которая зависит отпорядка многофотонности генерации плазмы, определяющем крутизну заднего фронтаимпульса.

Однако, ни фазовая самомодуляция, ни генерация плазмы при различном порядкемногофотонности К , ни характер ДГС не объясняют формирование в СК широкого минимума,образующегося между антистоксовым крылом и спектром в окрестности центральной длиныволныимпульса.Но,преждечемпредставитьфизическуюмодельформированияизолированного антистоксового крыла СК, обратимся к экспериментальным исследованиям дляподтверждения выводов, полученных численным моделированием.764.2.3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ РЕГИСТРАЦИЯ АНТИСТОКСОВА КРЫЛАСУПЕРКОНТИНУУМАНа основе результатов численного моделирования был составлен план лабораторныхэкспериментов по регистрации антистоксового крыла суперконтинуума при филаментации вплавленом кварце фемтосекундных лазерных импульсов, перестраиваемых в широкомдиапазоне длин волн. Эксперименты выполнены на фемтосекундном спектроскопическомстенде Центра коллективного пользования Института спектроскопии РАН.В лабораторном эксперименте использовался источник фемтосекундного излучения наосновеперестраиваемогопараметрическогоусилителяTOPAS,совмещенногосрегенеративным усилителем Spitfire Pro.

Измерение длительности фемтосекундного излученияосуществлялось спектрометром ASF-20 фирмы «Авеста-Проект». Фемтосекундные лазерныеимпульсы фокусировались тонкой кварцевой линзой с фокусным расстоянием 50 см навходную грань образца плавленого кварца (Рис.4.10). Образец имел форму остроугольногоклина, что позволяло устанавливать фиксированную длину филамента при различных длинахволн импульса. Диаметр пучка в перетяжке составлял ~ 100 мкм.

Излучение суперконтинуумасобиралось ахроматической линзой на входную щель монохроматора. Матовая пленка,установленная на его входном окне, создавала рассеянное излучение, что позволяло исключитьвлияние угловой зависимости спектральных компонент СК, характерной для коническойэмиссии.Спектроскопическиеизмерениясуперконтинуумавполосе400 ÷ 1000 нмосуществлялись монохроматором Solar - Tii MS2004 и в полосе 1100 ÷ 2700 нм – оригинальнымспектрометромASP-IRHS,разработаннымв2010годуфирмой«Авеста-Проект».Динамический диапазон спектрометров составлял 103.Задачей экспериментов являлось изучение влияния длины волны фемтосекундногоизлучения на генерацию антистоксового крыла суперконтинуума при филаментации в условияханомальной дисперсии в плавленом кварце.

Поэтому в проводимых экспериментахиспользовались импульсы ближнего ИК – диапазона с длиной волны, перестраиваемой от1200 нм, близкой к нулевой ДГС, до 2300 нм, соответствующей сильной аномальной ДГС вплавленом кварце. Длительность импульсов составляла 70 фс по половине высоты. Приперестройке длины волны энергия излучения увеличивалась от 2.2 мДж при 0  1200 нм до4.5 мДж при  0  1900 нм , так что отношение пиковой мощности Ppeakк критическоймощности самофокусировки в плавленом кварце Pcr принимало одинаковое значение, близкое77к 5. Для критической мощности самофокусировки Pcr было принято, что на длине волны0  1200 нм ее величина равна Pcr = 4.22 МВт и возрастает при увеличении длины волны всоответствии с зависимостью Pcr ~ 20 .

На длине волны, превышающей 2000 нм, энергиюимпульса приходилось увеличивать до 8÷12 мДж для компенсации поглощения в плавленомкварце, которое повышается в этом диапазоне длин волн.Рис. 4.10 Схема экспериментальной установки.При измерениях клиновидный образец перемещался в направлении, перпендикулярномпучку, так чтобы для импульсов различных длин волн получить плазменные каналы равнойпротяженности, которые регистрировались через боковую грань образца плавленого кварца.Поскольку плазменный канал совпадает с областью высокой интенсивности, то ее положение ипротяженностьполностьюопределяютобластьфиламента,вкоторойпроисходитсамомодуляция фазы светового поля, вызывающая уширение частотного спектра импульса.

Темсамым, перемещением образца достигалась равная протяженность «излучающих» областейфиламентадля импульсов различных длин волн. В наших экспериментах «излучающие»области филамента имели протяженность около 1 мм и находились, например, на расстоянииоколо 8 мм для импульса с  0  1300 нм и около 6.5 мм для  0  1900 нм . Таким образом мыосуществлялирегистрацию спектра суперконтинуумаSexp () , который в отсутствиерефокусировки формируют излучающие области равной длины при филаментации импульсов сцентральной длиной волны, перестраиваемой в широком диапазоне.78Спектры Sexp () , полученные экспериментально, представлены в полулогарифмическойшкале для ряда длин волн на рис.

4.11, 4.12, на которые наложены для сравнения такжечисленные спектры Scomp () .Рис. 4.11 Спектры СК (справа) и изображения КЭ ( слева) при филаментации в плавленом кварцефемтосекундного излучения в условиях нулевой (  0  1300 нм) и аномальной (  0  1900 нм и 2100 нм)ДГС.

Длительность излучения τFWHM = 70 фс, отношение пиковой мощности к критической мощностисамофокусировки P/Pcr ≈ 5. S0 - нормировочная константа.Слева на рис.4.11 приведены также изображения КЭ в дальней зоне. Для каждой длиныволны экспериментальные спектры в инфракрасной области Sirexp () ( 1100 нм  ir  2700 нм )нормированынамаксимальныевеличиныSirexp ( 0 ) .ВвидимойобластиvisSexp( )vis(400 нм   vis 1100 нм) нормировка экспериментальных спектров Sexp() / S0 такова, что ихмаксимальные значения совпадают со значениями численных спектров Scomp () в этойспектральной полосе.

Относительное изменение спектров Scomp () , полученных численно,visпредставлено в диапазоне от 1 до e-8, тогда как в экспериментальных Sexp() и Sirexp ()относительное изменение ограничено динамическим диапазоном спектрометров и составляеттри порядка. Спектральные полосы чувствительности ПЗС-линейки монохроматора Solar Tii MS2004 для коротковолновой области 400  1200 нм и спектрометра ASP-IRHS дляинфракрасной области 1100  2700 нм отмечены на рис.

4.11, 4.12 жирными отрезками на оси79длин волн. Порядок многофотонности К в плавленом кварце указан для излучения различныхдлин волн  0 .visДля излучения на всех длинах волн экспериментально полученные спектры Sexp( ) иSirexp () в пределах динамического диапазона спектрометров близки к численным Scomp () . Этоподтверждает вывод, сформулированный в §4.2 о существовании антистоксового крыла СК прифиламентации излучения на длине волны в области аномальной ДГС.

Характеристики

Список файлов диссертации