Диссертация (1104782), страница 19

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

Текст из файла (страница 19)

Результаты численного моделирования были использованы для планированияэкспериментальной регистрации формирования «световых пуль» филамента. Как видно изрезультатов численного моделирования, наибольшая компрессии излучения во временипроисходит в приосевой области филамента. На периферии пучка остается протяженная вовремени область невысокой интенсивности. Поэтому для измерения длительности «световойпули» с высокой плотностью энергии необходимо диафрагмирование приосевой области пучка.В результате, в измерениях длительности будет использоваться излучениеI(, r),Dусредненное по сечению селектирующей диафрагмы.

Эффективная форма световой пули вовремени I(, r ) D , получаемая усреднением по апертуре диаметра D, определялась выражением:D/2I()D2 I(, r)r dr /( D / 2)2(5.1)0Определение эффективной формы пули иллюстрирует рис. 5.8. В качестве примера нарис. 5.8 а изображены области интегрирования для используемых в эксперименте диафрагм,распределение интенсивности I(rx , ry ) в поперечном сечении световой пули для временногослоя τ = 12фс (рис. 5.8 a) , пространственно-временное распределении интенсивности I(rx , )(рис. 5.8 б) на расстоянии 2см, где появляется световая пуля.

Видно, что приосевая областьпучка в филаменте, имеющая наименьшую длительность, значительно меньше апертурыиспользуемых диафрагм. С увеличением диаметра диафрагмы возрастает вклад перифериипучка, в которой временное сжатие импульса невелико. Диафрагма диаметром 100 мкмпропускает больше излучения на периферии пучка по сравнению с диафрагмой диаметром 50мкм и эффективная форма световой пули становится шире с увеличением ее диаметра.99Рис 5.8. Пространственное распределение интенсивности I(rx , ry ) в поперечном сечении световой пулидля временного слоя τ = 12фс (а); Пространственно-временное распределение интенсивности I(rx , )импульса и границы интегрируемых областей (б); формы световых пуль  I() D / max  I() D приселектирующей диафрагме 50 мкм и 100 мкм (в).

Усредненные длительности световой пули при 50- и100-мкм диафрагмах 11 фс и 15 фс соответственно. Длина волны 1800 нм, энергия 3 мкДж, начальнаяпиковая интенсивность I0 = 3•1011 Вт/см2, начальный радиус r0 = 80мкм, длина распространенияz = 0.77 см.Изменение эффективной формы пулиI()D, вычисленной для двух диафрагм:D = 50 мкм и 100 мкм, показаны на рис. 5.8 в. В сравнении с гауссовым импульсом, световаяпуля имеет широкие крылья, крутой передний фронт (τ<0) и ударную волну на хвосте (τ>0).Экспериментальная методика регистрации длительности световых пуль основана наавтокорреляционныхизмеренияхизлучениявыделенногоселектирующейдиафрагмой.Численно была определена связь трансформации эффективной формы импульса I(, z)Dприселектирующей диафрагме D = 50 мкм вдоль оси распространении z с изменением ширины ееавтокорреляционной функции J compпри формировании световой пули в филаментеcorr (, z)J compcorr (, z)   I(' , z)DI(', z) Dd' .

Длительность импульса при формировании световой пулиcomp comppulse ( z) (FWHW) и ширина автокорреляционной функции  corr (z) (FWHW) в зависимости отпройденного импульсом расстояния z получены для эффективной временной формы излучения,выделенного диафрагмой I(, z)D(рис 5.9).В процессе формирования световой пули длительность эффективной формы импульсаcomppulse (z) уменьшается от значения начальной длительности импульса 50 фс до длительностисветовой пули 11 фс (рис 5.9, верхняя непрерывная кривая), ширина автокорреляционнойфункции compcorr (z) - уменьшается от 70 фс для начального импульса до 23 фс в световой пуле100comp(рис 5.9, верхняя пунктирная кривая).

Параметр k(z)   comppulse (z) /  corr (z) определяет изменениеотношения длительности световой пули к ширине ее автокорреляционной функции в процессеформирования. На входе в среду (z = 0.01 см) импульс имеет гауссову форму и k(z  0)  0.7(рис 5.9, кривая в среднем окне). В процессе формирования световой пули эффективная формаимпульса I(, z)Dменяется значительно, k(z) уменьшается с расстоянием z . Минимальнаядлительность световой пули достигалась на расстоянии z  0.77 см и соответствует k  0.5 .Дальнейшее распространение световой пули вдоль z приводит к сдвигу ее на хвост импульса иначалу формирования новой пули в центральных временных слоях, что видно по эффективнойформе I(, z)Dи вызывает увеличение ее длительности  comppulse ( z) и уменьшению k(z) до 0.44.Значительное уменьшение с расстоянием z параметра k(z) , связывающего длительностьcompэффективной формы импульса comppulse (z) с шириной ее автокорреляционной функции  corr ( z) ,является следствием существенного изменения формы импульса при формировании световойпули.

Из эффективной формы импульса при появлении световой пули приведенной внизу рис.5.9, видно, что первоначальная гауссова форма импульса трансформируется в существеннонесимметричную форму световой пули: передний фронт световой пули значительно менеекрутой, нежели ее хвост. Таким образом, при обработке результатов экспериментальныхизмерений необходимо использовать рассчитанный параметр k(z) , который отличается от егозначения для обычно используемого в измерениях гауссового импульса.101Рис 5.9. а) Эволюция с пройденным расстоянием z длительности эффективной формы световойcompпули 1/2(z) (сплошная линия), ширина автокорреляционной функции  compcorr ( z) (пунктирная линия); б)compпараметра k(z)  1/2/ compcorr при формировании световой пули фемтосекундного филамента в плавленомкварце.

Диаметр селектирующей диафрагмы 50 мкм.в) Эффективные формы импульса  I()  D / max  I()  D усредненные по 50-мкм диафрагме навыбранных расстояниях распространения z: z = 0.01 см - импульс на входе в среду; второй: z = 0.66 см начало самокомпресии импульса; z = 0.77 см - появление световой пули; z = 0.794 см - световая пулясдвинулась к хвосту импульса; z = 0.794 см - отношение длительности импульса к ширине егоавтокорреляционной функции достигает минимального значения, z = 0.794 см.Длина волны импульса λ0 = 1800 нм, энергия W = 3 мкДж, начальная пиковая интенсивностьI0 = 3×1011 Вт/см2.1025.4 ВОПРОС О СПЕКТРАЛЬНОЙ ОГРАНИЧЕННОСТИ СВЕТОВОЙ ПУЛИКаждаясветоваяпуляявляетсяисточникомширокополосногокогерентногосуперконтинуума.

На рис.5.10 изображены в полулогарифмической шкале тоновая картинаинтенсивности компонент частотно-углового спектра S ( ,  ) и распределение интенсивностиспектральных компонент S ( )   S ( ,  )d .Рис.5.10 Спектральныехарактеристикисветовойпули.Частотно-угловой спектр СК S(, )(сверху) и частотный спектр СКS()  S(, )d(снизу)первойсветовой пули при филаментации вкварце излучения на длине волны1800 нм, длительностью FWHM 50фс, энергией 3мкДж, пиковойРис.5.11. Пространственно-временныесветовойпули.РаспределениеI(r, ) (сверху)иэффективнаяхарактеристикиинтенсивностиформа I()  D(усредненная по апертуре D = 50 мкм) (снизу) первойсветовой пули при филаментации в кварце излучения надлине волны 1800 нм, длительностью FWHM 50 фс,энергией 3мкДж, пиковой мощностью 4P cr, z = 0.75 см (а).РаспределениеинтенсивностиI mod (r, )(сверху)иэффективная форма  I mod ()  D (усредненная по апертуремощностью 4Pcr, z = 0.75 см.

Smax иD = 50 мкм) (снизу) модельной световой пули  I mod ()  DS0 - нормировочные константы.с полностью сфазированными компонентами частотноуглового спектра СК (б).Рассмотрим спектр на расстоянии z, где световая пуля имеет наименьшую длительность.Видно, что в окрестности центральной длины волны спектр равномерно уширен как по углу,103так и по длине волны. Кроме того, существует коническая эмиссия в антистоксовом крылесуперконтинуума с невысокой интенсивностью спектральных компонент (Гл.

4).Обработка приведенного спектра позволяет оценить, является ли излучение световойпули спектрально ограниченным. Для этого в предположении синфазности всех компонентспектра вычислялось пространственно-временное распределение интенсивности I mod (r, ) исоответствующая эффективная форма пули  I mod ()  D усредненная по диаметру D = 50 мкм(рис.

Характеристики

Список файлов диссертации