Диссертация (1104782), страница 21

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

Текст из файла (страница 21)

5.1)поперечный размер области локализации интенсивности светового поля значительно меньше,чем селектирующая диафрагма. Поскольку с уменьшением диаметра диафрагмы длительностьвыделенного приосевого интервала с высокой интенсивностью излучения сокращалась, можноожидать, что реальная длительность световой пули меньше, измеренной в эксперименте.Одновременно c нашими работами, в [185] зарегистрирована методом спектральнойинтерферометрии (Wizzler) длительность локализованного в пространстве и времени волновогопакета на некотором расстоянии в филаменте, которая составила 20 фс при филаментации вусловиях аномальной ДГС плавленого кварца импульсов на длине волны 1.9 мкм,длительностью 40 фс, энергией 20 мкДж.1095.6 НАСЫЩЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ В СВЕТОВОЙ ПУЛЕВ данном разделе представлен анализ процесса насыщения интенсивности в световойпуле.

На основе результатов численного и экспериментального исследования пространственновременного изменения показателя преломления в плавленом кварце при филаментациифемтосекундного импульса исследовано изменение с расстоянием интегральной величиныоптическойсилынелинейныхлинз,котораянакапливаетсявдольфиламента.Экспериментальные исследования выполнены с участием автора в Институте Физики НАНУкраины. Материалы этого раздела опубликованы в работе [П10].5.6.1 ОПТИЧЕСКАЯ СИЛА НЕЛИНЕЙНЫХ ЛИНЗДля количественного анализа роли нелинейных добавок к показателю преломлениясреды n(r, , z) в трансформации пространственно-временного распределения интенсивности вфиламенте рассмотрим нелинейный набег фазы  nl (r , z,  *) для фиксированного временногослоя   импульса на некотором расстоянии z в нелинейной среде:z nl (r ,  , z )    n(r ,  , z ' ) k0 dz' ,(5.2)0где k0 0c-волновое число в невозмущенной среде.

Представим профиль фазы в сечениипучка  nl (r ,   , z ) в виде разложения, которое в осесимметричном случае запишется в виде:1  2nl (r ,  , z )nl (r, , z)  nl0 ( , z ) 2r 2r 2  ... ,(5.3)r 0илиnl (r,  , z)  nl0 (  , z )  kD(  , z )r2 ... ,2(5.4)Здесь D(  , z ) - оптическая сила нелинейных линз, наведенная во временном слоеимпульса   при распространении на расстоянии z . Из (5.2,5.3) следует, что кривизнанелинейного приращения показателя преломления n(r ,  , z) определяет в параксиальномприближении оптическую силу нелинейной линзы D(  , z ) , наведенной на длине z в филаменте:z 2 n(r ,   , z ' )0r 2D(  , z )   dz' ,(5.5)r 0110Добавкаккоэффициенту преломленияnK (r ,  , z) ,обусловленнаякерровскойнелинейностью, положительна и пропорциональна интенсивности: nK (r , , z)  n2 I (r , , z) .

Наначальной стадии филаментации, определяемой керровской нелинейностью, максимумоминтенсивности формируется на оси пучка. В этом случае профиль керровской добавкиnK (r ,  , z) 2 n K (r ,   , z )является унимодальным, его кривизнаr 2 0 . Согласно (5.5)оптическая сила керровской линзы DK (  , z)  0 , что при отсутствии наведенной лазернойплазмы, приводило бы к фокусировке временного слоя  * в импульсе. Плазменная добавка кпоказателю преломления n Pl (r ,   , z )   2 n Pl (r ,   , z )r24 e 2 N e (r ,   , z )2n0  02 meотрицательна, кривизна профиля 0 , и оптическая сила плазменной линзы согласно (5.5) DPl (  , z )  0 , что, приотсутствии керровской добавки, вызывало бы дефокусировку временного слоя  * в приосевойобласти. Фокусировка или дефокусировка временного слоя импульса  *в процессефиламентации при совместном появлении как керровской, так и плазменной добавок кпоказателю преломления, определяется их суммарным вкладом в кривизну волнового фронтаизлучения.Полагая, что приращения показателя преломления, вызванное керровской nK (r ,  , z) иплазменной nPl (r ,  , z ) нелинейностями аддитивны, представим суммарный вклад n(r ,   , z )в видеn(r ,  , z )  nK (r ,  , z)  nPl (r ,  , z ) .(5.6)Соответственно, на выбранном расстоянии z, наведенная кривизна приращенияn(r ,  , z ) в сечении пучка 2 n(r ,   , z )r 2, которая определяет вклад на данном расстоянии z винтегральную по пройденному расстоянию величину оптической силы нелинейной линзы,равна 2 n(r ,   , z )r 2 2 n K (r ,   , z )r 2 2 n Pl (r ,   , z )r 2.(5.7)Отсюда интегральная оптическая сила нелинейных линз D(  , z ) , наведенных нарасстоянии z в выбранном временном слое  * , равна111D( , z)  DK ( , z )  DPl ( , z ) .При 2 n(r ,  , z )r 2(5.8) 0 - излучение в выбранном временном слое  * дефокусируется иинтегральная оптическая сила нелинейных линз D(  , z ) уменьшается с расстоянием z согласно(5.5).

При 2 n(r ,  , z )r 2 0 - излучение в выбранном временном слое  * фокусируется иинтегральная оптическая сила нелинейных линз D(  , z ) увеличивается.5.6.2 ВРЕРМЯ-РАЗРЕШЕННЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ЧИСЛЕННЫЙ АНАЛИЗНАВЕДЕННОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯРегистрация пространственно-временной трансформации наведенного показателя преломленияn(r , , z )при филаментации в плавленом кварце выполнена для импульсов на длине волны0  800 нм , длительностью  FW HM  160 фс , энергией W  2 мкДж . Эксперименты проведены вцентре коллективного пользования «Лазерный фемтосекундный комплекс» Института физикиНАН Украины. В настоящей работе используется метод фемтосекундной время-разрешающейоптической поляриграфии [186–188] вместе с теневым методом регистрации поглощениясамонаведенной лазерной плазмы [47] для исследования динамики пространственновременного распределения наведенного приращения показателя преломления в процессефиламентации в плавленом кварце.На рис.

5.15 представлена схема лабораторного эксперимента. В экспериментеиспользуются импульсы из регенеративного усилителя Legend F-1K-HE (2 мДж, 160 фс, 800 нм,1 кГц). Полупрозрачное зеркало (ППЗ) разделяет импульс из регенеративного усилителя наимпульс накачки (1) и пробный импульс (2). Пробный импульс проходит через линию задержки(ЛЗ), позволяющую управлять величиной его временной задержки tdelay относительно импульсанакачки.

Длительность пробного импульса сокращается до  probe  65 фс в блоке компрессиипробного импульса (БКИ) с помощью эффекта само-компресии импульса в процессефиламентации в образце плавленого кварца длиной 5 см. Энергия импульса накачкиустанавливалась с помощью вращающейся полуволновой пластинки (λ/2). Импульс накачкипроходил диафрагму (А) с апертурой диаметром 2 мм и фокусировался линзой (Л) с фокуснымрасстоянием 6 см на входную грань образца из плавленого кварца (К). Длина образцасоставляла 4 мм.

Пробный импульс просвечивает область с наведенной керровской добавкой кпоказателю преломления плавленого кварца и область поглощения в самонаведенной лазерной112плазме филамента. При скрещенном положении поляризаторов П1 и П2 в экспериментерегистрируются время-разрешенные оптические поляриграммы (FTOP).

Импульс накачки,формирующий филамент в образце плавленого кварца, приводит к появлению самонаведенногокерровского двулучепреломления в начально изотропной среде. Поляриграммы представляютпространственно-временное распределение керровской добавки к показателю преломления, и,следовательно, отражают пространственно-временное распределение интенсивности световогополя в импульсе в процессе филаментации. При параллельном положении поляризаторов П1 иП2 в эксперименте регистрируются время-разрешенные оптические теневые изображения(FTOS). Изображения, полученные теневым методом, представляют пространственноераспределение областей поглощения лазерно-индуцированной в образце плазмы филамента.Положение поляризаторов П1 и П2 между скрещенным и параллельным положениямипозволяет получать одновременно наложенные друг на друга поляриграфическое и теневоеизображения.

Для регистрации поляриграмм и теневых изображений в схеме экспериментаиспользовался микроскоп (М), передающий увеличенное изображение на CCD-камеру (ПЗС).Пространственное разрешение камеры составляло 2 мкм.Рис. 5.15. Экспериментальная схема по регистрации наведенного в среде показателя преломления в процессефемтосекундной филаментации проляриграфическим (FTOP - femtosecond time-resolved optical polarigram) итеневым (FTOS - femtosecond time-resolved optical shadowgram) методами. Вставка в виде графиков представляетсобой автокорреляционные функции начального импульса длительностью τprobe = 160 фс и импульса на выходе изблока компрессии (БКИ) с длительностью τprobe = 65 фс. З-зеркала, ПГ - Призма Глана; К - образец плавленогокварца; M - микроскоп.Серия поляриграмм при филаментации в плавленом кварце 800-нм 160-фс лазерногоимпульса представлена на рис.

5.16. Шаг изменения задержки пробного импульса составил 50113фс. Рис. 5.16 содержит поляриграфические изображения и соответствующие временныепрофили импульса до образования филамента , в плоскости его старта и после его старта.Координата распространения импульса z определена как z   g  t , где  g - групповая скоростьначального импульса. Координата связана с локальным временем  соотношением :     g .

Характеристики

Список файлов диссертации