Диссертация (1104782), страница 20

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

Текст из файла (страница 20)

5.11 б). В этом случае длительность и область локализации светового поля в спектральноограниченном излучении со спектром световой пули меньше, чем у пули, формируемой вфиламенте. В случае спектрально ограниченной световой пули compFWHMmod  5.4 фс.5.5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ РЕГИСТРАЦИЯ ДЛИТЕЛЬНОСТИ СВЕТОВОЙПУЛИ5.5.1 СХЕМА ЭКСПЕРИМЕНТАЭкспериментальные исследования излучения суперконтинуума при филаментации вплавленом кварце фемтосекундного лазерного излучения различных длин волн выполнены наспектроскопическом стенде ЦКП Института спектроскопии РАН.

Схема экспериментальнойустановки приведена на рис. 5.12. Установка состояла из источника фемтосекундногоизлучения на основе перестраиваемого параметрического усилителя TOPAS, совмещенного срегенеративнымусилителемSpitfirePro. На регенеративныйусилительс накачкойтвердотельным лазером Empower 30 подавались импульсы фемтосекундного генератораTsunami (Ti:Sph) с непрерывным твердотельным лазером накачки Millenia Vs. Фемтосекундныелазерные импульсы с выхода усилителя фокусировались тонкой кварцевой линзой с фокуснымрасстоянием 50 см на входную грань образца.

На длине волны 1800 нм длительность импульсапо половине высоты составляла 50 фс, диаметр пучка в перетяжке ~ 100 мкм, энергияварьировалась от 1 до 20 мкДж.При автокорреляционных измерениях длительности световой пули приосевая частьфиламента, на выходе из образца, выделялась диафрагмой, установленной у его выходнойграни, и собиралась параболическим зеркалом на входном окне автокоррелятора ASF-20(рис. 5.12).Чтобы исключить погрешности измерений, вызванные отклонением излучения навыходе из перемещаемого клиновидного образца, применяемого в Гл. 4, в этой схемеиспользовался прямоугольный образец плавленого кварца.

Измерения автокорреляционной104функции световой пули на выходной грани осуществлялась при плавном варьировании энергииимпульса, что позволяло не изменять юстировку измерительной схемы.Рис. 5.12. Схема экспериментальной установки.5.5.2 АВТОКОРРЕЛЯЦИОННЫЕ ФУНКЦИИ СВЕТОВЫХ ПУЛЬexp(  ) импульсов на длине волны λ0 = 1800 нм, сАвтокорреляционный функции J corrэнергией W , варьируемой от 2 до 3 мкДж, измерены при длине образца 2 см и диаметреселектирующей диафрагмы D = 50 мкм (рис.

5.13 a). Автокорреляционные функции импульсовс энергией от 1.2 до 4.3 мкДж в случае 100-мкм диафрагмы показаны на рис. 5.13 б. Нарис. 5.13 а видно, что ширина автокорреляционной функции J expcorr (t ) немонотонно зависит отэнергии входного излучения W . Ширина  expcorr автокорреляционной функции достигает своегоминимального значения  expcorr  27 фс (FWHM) в случае 50-мкм диафрагмы, и при 100-мкмдиафрагме минимальное значение достигает  expcorr  60 фс, когда энергия начального импульсаW   2.7 мкДж в обоих случаях. При меньшей энергии световая пуля не успеваетсформироваться при распространении импульса в образце и ее автокорреляционная функцияоказывается более широкой и менее интенсивной. При большей энергии импульса пуляобразуется внутри образца, и в процессе распространения до его выходной она граниделокализуется в пространстве и времени и ее автокорреляционная функция уширяется.Поэтому дальнейшее увеличение энергии импульса так же приводит к увеличению  expcorr .

Таким105образом, световая пуля с высокой локализацией интенсивности светового поля формируется увыходной грани 2-см образца из плавленого кварца при энергии импульса 2.7 мкДж. Дляобразца длиной 1 см, наименьшая ширина автокорреляционной функции  expcorr  40 фс былазарегистрирована при энергии входного импульса W   4.23 мкДж (рис. 5.13 в). Чем корочеобразец, тем больше энергии необходимо для того чтобы световая пуля сформировалась у еговыходной грани, так как при уменьшении длины образца уменьшается и длина нелинейнооптического взаимодействия. Чем меньше энергия импульса, тем больше длина образца,необходимая для пространственной и временной локализации энергии и формированиясветового пули.Если W  W  , то одновременно с пулей, смещенной к хвосту импульса, в его центрезарождается новая пуля.

Вследствие этого импульс на выходе из образца принимает двугорбуюформу,автокорреляционнаязарегистрированнуюсфункциядиафрагмойexpJ corr( )диаметромприобретает100мкм.трехгорбуюструктуру,Подобноеизменениеавтокорреляционной функции зарегистрировано как в образце длиной 2см (рис. 5.13 б), так и вобразце длиной 1 см (рис. 5.13 в). В этих случаях световая пуля на выходе из образцаформируется при большей энергии, величина которой составляет 4.3 и 9.4 мкДж,соответственно. Расстояние между световыми пулями в сформированной последовательностиопределяется энергией и длительностью начального импульса.106Рис.

5.13. Трансформация измереннойавтокорреляционнойизменениифункцииэнергииприимпульсадлительностью 50 фс на длине волны1800 нм при филаментации в плавленомкварце.а)длинаобразца2см.Диаметрселектируюшей диафрагмы 50 мкм;б)длинаобразца2см.Диаметрселектируюшей диафрагмы 100 мкм;в)длинаобразца1см.Диаметрселектируюшей диафрагмы 100 мкм.1075.5.3 ДЛИТЕЛЬНОСТЬ СВЕТОВОЙ ПУЛИАвтокорреляционные функции(АКФ)световойпули,измеренныеexpJ corr( )иcompрассчитанные J corr(  ) при толщине образца, равной 2 см и 1 см, изображены на рис.5.14.Сплошными линиями представлены экспериментально полученные автокорреляционныеcompexpфункции J corr(  ) .

Пунктирными линиями - численные J corr(  ) . На рис. 5.14 а представленыавтокорреляционные функции входного импульса, длительность которого составляла 50 фс.Рис. 5.14 б соответствует световой пуле, образовавшейся непосредственно у выходной граниобразца. В этом случае длина плазменного канала и, следовательно, протяженность областигенерации излучения суперконтинуума не превышает 0.1 мм.

При увеличении энергииимпульса формируется последовательность из двух пуль. При наложении хвоста первойсветовой пули на передний фронт второй, импульс на выходе из образца принимает двугорбуюформу, а АКФ J expcorr (t ) – характерную трехгорбую структуру (Рис.

5.14 в).Рис. 5.14. АКФ J corr (  ) световой пули при филаментации в кварце излучения на длине волны 1800 нм,exp(  ) - сплошные линии, полученные численным моделированиемдлительностью 50 фс. Измеренные J corrcompJ corr(  ) – штриховые. а) Излучение на входе в среду. Ширина АКФ 70 фс. б) Одна световая пуля.Диаметр диафрагмы D = 50 мкм, энергия импульса W* = 2.7 мкДж, толщина кварцевого образца 2 см. в)Две световых пули.

Диаметр диафрагмы 100 мкм, энергия импульса W = 9.4 мкДж, толщина кварцевогообразца 1 см.Посколькупоперечноесечениепервойсветовойпулиувеличиваетсяприраспространении к выходной грани образца, то перекрытие ее со второй пулей надежнорегистрируется при использовании диафрагмы большего диаметра и импульсов большейэнергии. Экспериментально зарегистрированные и численно полученные автокорреляционныефункции находятся в хорошем соответствии. Численно полученное минимальное значение108expcompавтокорреляционной функции  corr 27 fs , 23 fs близко соответствующему значению  corrкоторое было получено экспериментально. Отличие в приведенных значениях может бытьобусловлено временным разрешением автокоррелятора ASF-20, которое составляет 20 фс.Кроме того, измерение было произведено в режиме накопления путем усреднения по большойсерии световых пуль, длительность которых на выходе образца зависит от энергии импульса,поддерживаемой с точностью  10% .Для определения длительности световой пули по экспериментально зарегистрированнойширине автокорреляционной функции было использовано численно полученное отношениеcompcomp( z ) , так какдлительности импульса к ширине автокорреляционной функции k(z)   pulse ( z ) /  corrформа световой пули качественно отличатся от гауссовой формы импульса на входе в среду(см.

п. 5.3). Из результатов численного моделирования следует, что отношение длительностиcompcompимпульса при сформированной световой пуле  pulseк ширине его АКФ  corrлежит винтервале k  0.5 ÷ 0.44 . Используя значение параметра k  0.5 , соответствующее минимальнойдлительностисветовойпули,мыполучилиоценкуминимальнойдлительностиexpэкспериментально зарегистрированных световых пуль:  1/2 13.5 fs , что соответствует 27-фсширине экспериментально зарегистрированной автокорреляционной функции световой пули.Минимальная длительность световой пули составляет около 2 периодов светового поля дляцентральной длины волны импульса, испытавшего филаментацию.

В померенной световойпуле,согласно5 1013 Вт / см2 .результатамЭнергия,численногопереносимаямоделирования,пулей,невеликаинтенсивностьисоставляетдостигает0.3мкДж.Зарегистрированная минимальная длительность световой пули получена при диаметреселектирующей диафрагмы 50 мкм. Как следует из численного моделирования (п.

Характеристики

Список файлов диссертации