Диссертация (1104782), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Авторы сформулировали положение, согласно которому,ширина запрещенной зоны рассматриваемых веществ определяет максимальный сдвиг частотыизлучения в антистоксову область, формирование которой происходит в результате фазовойсамомодуляции импульса в условиях воздействия плазменной нелинейности. Значительноеуширение спектра, которое можно определить как генерацию суперконтинуума, достигаетсятолько при ширине запрещенной зоны U i , превышающей более чем в три раза энергию квантаh лазерного излучения [80]. Общий вывод о ширине спектра суперконтинуума, генерируемогов конденсированных средах фемтосекундными лазерными импульсами, представлен в [81] наоснове результатов экспериментов, выполненных в различных оптических материалах сизлучением на длинах волн 262, 393 и 785 нм.
Установлено, что порог генерацииантистоксовых компонент суперконтинуума определяется условием U i h 2 , а величинауширения в антистоксову область не зависит от параметров среды и излучения, а определяетсясоотношением U i h , возрастая с увеличением этого отношения (рис. 1.3).Рис. 1.3.
Спектральная полосасуперконтинуума, измеренная в различныхконденсированных средах прифиламентации сфокусированноголазерного излучения на длинах волн 262,393 и 785 нм. Интенсивность вфокусе ~ 1013 Вт/см2 [81].Теоретическое исследование [82] показывает, что в результате пространственновременной фокусировки и самоукручения профиля интенсивности на хвосте импульса, спектримпульса уширяется в антистоксову область. При появлении плазмы хвост импульсаиспытывает дефокусировку и интенсивность излучения уменьшается. При этом пикинтенсивности сдвигается ближе к переднему фронту импульса и, таким образом, переднийфронт импульса становится более крутым, что проявляется в уширении спектра в стоксовуобласть. Когерентность спектральных компонент излучения суперконтинуума определяетсякогерентностью импульса накачки [21,83].15Угловая расходимость излучения суперконтинуума, получившая название коническаяэмиссия (КЭ), и ее возрастание с увеличением сдвига спектральных компонент в голубуюобласть обнаружены в первых работах по наблюдению сверхуширения при самофокусировкепикосекундных импульсов [84].Впоследующихэкспериментахэтоявлениеисследованоприфиламентациипикосекундных импульсов в воде и тяжелой воде [85], фемтосекундных импульсов в струеэтиленгликоля (рис.
1.4) [86], в кристалле BaF2 в режиме множественной филаментации [87].Генерация КЭ при филаментации фемтосекундных лазерных импульсов в воздухе впервыезарегистрирована в [14,15,88].Рис. 1.4. Кольцо конической эмиссии, полученное с помощьюузкополосного фильтра на 530 нм.Центральная длина волны импульсов 0 640 нм, длительностьимпульсов FWHM 100 фс,Начальная интенсивность излучения I 0 31012 Вт/см2,среда – этиленгликоль [86].Схема регистрации частотно-углового спектра конической эмиссии суперконтинууманепосредственновпеременных«угол – длинаволны»(рис. 1.5)прифиламентациифемтосекундных импульсов использована в экспериментах с кристаллом LBO [89], с водой [90–92].
Исследования суперконтинуума при филаментации фемтосекундных импульсов вплавленом кварце [93,94] показали, что непрерывная по углу радужная картина коническойэмиссии распадается на совокупность дискретных колец при образовании цепочки плазменныхканалов вдоль филамента, возникающей при рефокусировке импульса с увеличением егоэнергии.Рис. 1.5. Частотно-угловаяспектральная интенсивностьS (, ) суперконтинуума,измеренная в дальней зоне прифиламентации импульса на длиневолны 0 527 нм в воде[92].В условиях нормальной ДГС, согласно экспериментам [95] по филаментации вплавленом кварце импульсов на длине волны 0 810 нм, интенсивность спектральныхкомпонент в антистоксовой полосе монотонно убывает с увеличением их отстройки отцентральной длины волны.
Монотонное уменьшение интенсивности спектральных компонентсуперконтинуума с увеличением их отстройки от центральной длины волны как в стоксовой,16так и в антистоксовой областях спектра зарегистрировано при филаментации 800-нм импульсовс энергиями от 0.4 до 200 мкДж в воде, хлороформе и стекле [12], а так же при филаментации775-нм импульсов в различных лазерных материалах (YAG, sapphire, KGW,YVO4,GdVO4) [96].В антистоксовой области полоса суперконтинуума монотонно уширена и простирается вголубую область до 530 нм при филаментации импульсов с центральными длинами волн от1100 до 1600 нм в кристалле YAG [96].Рис. 1.6. Генерация суперконтиннума при распространении мощных импульсов на длине волны 0 1540 нм в кварце.
а) Снимок цифровой камеры; б) Спектр суперконтинуума, измеренный тремяспектрометрами: черная линия – NIR256-2.1, красная линия – NIR512, зеленая линия – USB2000, синяяпунктирная линия – начальный спектр импульса [98].Однако существует ряд работ, в которых представлено немонотонное изменение счастотой интенсивности спектральных компонент суперконтинуума (СК) при филаментации вконденсированных диэлектриках. В [96] исследовано формирование изолированного голубогопика в спектре суперконтинуума при различных условиях фокусировки в образец кварцатолщиной 2 см импульса на длине волны 1055 нм, лежащей в области слабой нормальной ДГС.Для интерпретации образования широкого минимума между импульсом накачки и голубымпикомавторыиспользуютфазовоесоотношениедляX-волн.Прифиламентациифемтосекундного импульса на длине волны 0 1500 нм в области аномальной ДГС вплавленом кварце зарегистрирован широкий максимум в окрестности 600 нм, которыйпростирается от 400 нм до 1000 нм в антистоксовой области суперконтинуума [97].
Авторыобращают внимание на то, что провал спектральных компонент СК формируется в областинулевой ДГС в плавленом кварце. Максимум спектральной интенсивности на длине волны670 нм в антистоксовой области суперконтинуума при филаментации в плавленом кварцеимпульса на длине волны 0 1600 нм, полученный численно в [73], объясняется авторами этойработы формированием ударной волны огибающей при самоукручении хвоста импульса.
Пик в17видимой области спектра СК (рис. 1.6) зарегистрирован так же при множественнойфиламентации в плавленом кварце 100-ГВ импульсов на длине волны 0 1540 нм [98].Объясняя немонотонное уширение спектра СК, авторы ссылаются на теоретическую работу[99], в которой спектральные области перекачки энергии излучения определяются из условияфазового синхронизма для 3-х волнового смешения и отмечается влияние материальнойдисперсии среды на формирование спектра СК.В одномодовом волноводе, согласно численным [100–102] и аналитическим [103]исследованиям, при распространении солитона в условиях аномальной дисперсии происходитформирование пика спектральных компонент в высокочастотной области спектра.
Появление,так называемого, резонансного излучения [103] в синей области спектра солитона происходит врезультате сильного влияния третьего порядка дисперсии среды, а отстройка частотырезонансногоизлученияотнесущейчастотыимпульсаопределяетсяотношениемдисперсионных коэффициентов второго и третьего порядков.ИсследоватьформированиеантистоксовойобластиСКприфиламентациифемтосекундного лазерного излучения, перестраиваемого в широком диапазоне длин волн, иустановить физический механизм образования широкого минимума, отделяющего максимум ввысокочастотной области спектра от несущей частоты импульса, является одной из задачнастоящей работы.1.3 КОМПРЕССИЯ ИМПУЛЬСА И СВЕТОВЫЕ ПУЛИПространственная локализация фемтосекундного лазерного импульса в филаментевызывает сокращение его длительности.
При нелинейно-оптическом преобразовании световогополя в филаменте осуществляется одновременно уширение спектра импульса и сфазированиеего гармоник. Как показано теоретически в [104,105] наибольшее сжатие лазерного импульса ввоздухе достигается на определенном расстоянии в филаменте. В экспериментах, выполненныхв аргоне при давлении 0.8 атм, продемонстрирована самокомпрессия импульса длительностью55 фс до 8 фс [106,107].
При этом волновой пакет наиболее сильно сжимается во времени вприосевой области пучка, где высокая интенсивность. Поэтому при увеличении диафрагмыприемника от 300 до 700 мкм длительность импульса, зарегистрированная в эксперименте,увеличивается от 8 до 12 фс. В импульсе при круговой поляризации светового поля спектр прифиламентации уширяется больше, чем при линейной поляризации, и в этом случае можноожидать более эффективной компрессии импульса [108].
Пространственный профиль пучка18существенно влияет на соотношение керровской и плазменной нелинейностей в филаменте итем самым на амплитудно-фазовый спектр генерируемого суперконтинуума и компрессиюимпульса. Возможность управления сжатием импульса посредством изменения профиля пучкапродемонстрирована в [109], где получен импульса длительностью 8.2 фс энергией 0.9 мДж прифиламентации в аргоне при давлении 1 атм излучения длительностью 45 фс.Пространственно-временная компрессия оптического излучения впервые рассмотрена в[110] на основе анализа в безаберрационном приосевом приближении [7,111] нелинейногоуравнения квазиоптики.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
