Спектрально-временные преобразования сверхкоротких лазерных импульсов в микроструктурированных световодах (1104853), страница 6
Текст из файла (страница 6)
9), что позволяетрассчитывать на высокую эффективность генерации третьей гармоники в случае мощныхфемтосекундных лазерных импульсов. Был сделан вывод, что фазовый синхронизмизолированных волноводных мод интенсивных лазерных импульсов, взаимодействующих вполом фотонно-кристаллическом волокне, определяет и стабилизирует пространственныйпрофиль интенсивности нелинейного сигнала. Данное обстоятельство обеспечивает высокоекачество пучка на выходе из волокна и открывает возможность модового управления процессомнелинейно-оптической обработки высокоинтенсивных лазерных импульсов. Результаты данноготеоретического исследования прекрасно согласуются с экспериментальными данными [41, 49].В параграфе §4.2.6 кратко рассмотрены возможности эффективного когерентногоприготовления и зондирования комбинационно-активных молекулярных колебаний в газовойфазе методом КАРС (см.
рис. 7) в изолированных волноводных модах полых фотоннокристаллических волокон. В качестве иллюстрации, были исследованы возможности фазовогосогласования для резонансного когерентного антистоксова рассеяния света на комбинационноактивном переходе молекулярного азота из атмосферного воздуха, заполняющего полуюсердцевину ФК-волокна. Теоретический анализ показал [39], что, незначительно варьируяструктуру волокна, можно очень точно настроить синхронизм на частоту, соответствующуюрезонансному переходу.
Таким образом, полые ФК-волокна открывают возможностизначительного повышения чувствительности нелинейно-оптической спектроскопии газовых среди позволяют снизить требования к энергиям лазерных импульсов в задачах нелинейнойспектроскопии. Как следует из представленных результатов, полое ФК-волокно способносовмещать функции элемента, синхронизующего когерентное антистоксово рассеяние света иувеличивающего его длину нелинейно-оптического взаимодействия, а также узкополосногофильтра. Ведь полосы прозрачности, связанные с фотонными запрещёнными зонами оболочки,обеспечивают эффективную фильтрацию КАРС-сигнала, что может быть использовано дляповышения чувствительности нелинейной спектроскопии.- 17 -Анализ дисперсионных свойств волноводных мод полых ФК-волокон указывает путирешения проблемы фазового согласования не только для четырёхволновых взаимодействий, но идля процессов более высоких порядков, в частности для процесса генерации высших оптическихгармоник, который является одним из ключевых в оптике сверхсильных световых полей.Раздел 4.3 посвящён перспективе использования полых фотонно-кристаллических волокон вкачестве эффективных источников генерации высших оптических гармоник [1, 42].В параграфе §4.3.1 рассмотрены аспекты, связанные с волноводным распространениемкоротковолнового излучения ультрафиолетового и рентгеновского излучения, а также сфизическими принципами генерации гармоник высокого порядка.Длина волны накачки, нм768771774777∆N7801 - Np1 - Nh-5Длина волны накачки, нм7687717741,0x107802,0x1014-51,0x10777-5-51,0x10330,00,00,014-5-1,0x10-5-1,0x10(а)22-5-1,0x10(б)-5-5-5-2,0x10-2,0x10101520253035-2,0x1023,3Длина волны гармоник, нм23,423,523,6Длина волны гармоники, нмРис.
10. (a) Параметры 1− Np и 1− Nh для полей накачки (тонкие сплошные линии 1 – 4) и гармоник (тёмносиняя кривая) в ФК-волокне на длине z = 1 см (1), 2 см (2), 3 см (3), и 4 см (4). Горизонтальные пунктирныелинии показывают границы области фазового согласования.
(b) Расстройка Nh − Np эффективныхпоказателей преломления для генерации 33-ей гармоники в полом ФК-волокне на длине распространения z = 2см (1), 4 см (2), 6 см (3), и 8 см (4). Входная пиковая мощность импульса 2 ГВт, начальная длительностьимпульса 50 фс. ФК-волокно заполнено аргоном при давлении 0.03 бар.В параграфе §4.3.2 на основании анализа солитонного распространения в поломФК-волокне фемтосекундного импульса гигаватного уровня мощности, представленного нарис. 6, получено динамическое широкополосное фазовое согласование для процесса генерациигармоник высокого порядка.
На рис. 10а оно иллюстрируется зависимостями эффективныхпоказателей преломления от длины волны для полей накачки и гармоник,N p = k p−1 ∂ϕ p ∂z = β p k p + k p−1 ∂ϕ nl ∂z и N h ≈ k h−1∂ϕ h ∂z , где k p ,h = 2π λ p ,h , λ p,h длина волнынакачки (солитона) или гармоники соответственно, в случае ФК-волокна (см. вставку к рис. 3) ссердцевиной, заполненного аргоном при давлении 0.03 бара. На этом графике внутри области,ограниченной двумя горизонтальными пунктирными линиями, условие Nh = Np, эквивалентноеналичию фазового согласования, выполняется для спектральных компонент поля накачкилежащих внутри диапазона длин волн от 771 до 775 нм и гармоник разного порядка q.Минимальная и максимальная величина q, получаемая на верхней и нижней границах областифазового согласования на рис.
10а, соответственно равны 19 и 129. Столь широкочастотноефазовое согласование для ГГВП стало возможным благодаря тщательному подбору наклонапрофилей фаз ϕ p и ϕ h полей накачкии гармоник, а также балансу между фазовыми ичастотными сдвигами, возникающими за счет ионизации газа и керровской нелинейностиоболочки волокна. Оптимальные условия фазового согласования на рис.
10а выполняются длязначений q, принадлежащих центральной части рассматриваемого интервала. Фазовое- 18 -согласование для 33-ей гармоники проиллюстрировано на рис. 9б, на котором представленаразность Nh − Np эффективных показателей преломления, построенная как функция длиныволны. Как видно из графика, фазовый синхронизм между спектральными компонентаминакачки, лежащими в диапазоне длин волн 772-774 нм, и 33-ей гармоникой сохраняется какминимум при распространении на длину равную 8-ми сантиметрам.Таким образом, благодаря специальному конструированию структуры полого волокна, атакже грамотному выбору начальных параметров лазерного импульса и давления газа, былатеоретически продемонстрирована возможность достижения широкочастотного динамическогофазового синхронизма для процесса генерации гармоник высокого порядка в области мягкогорентгена и далекого ультрафиолета.В заключении сформулированы основные результаты и выводы диссертационнойработы, которые перечислены ниже:1.
На основании уравнений Максвелла была разработана теоретическая модель для анализаоптических свойств микроструктурированных волокон, а также для исследования спектральновременной эволюции сверхкоротких лазерных импульсов в процессе волноводногораспространения.2. Были подробно изучены оптические свойства различных МС-волокон, отличающихсягеометрией сердцевины и оболочки, а также принципами обеспечения волноводногораспространения. Рассмотрены возможности активного формирования заданных профилейдисперсии и пространственного распределения интенсивности поля в волноводных модах МСсветоводов с кварцевой сердцевиной.3. Для разработки новых классов волоконно-оптических источников сверхкороткихсветовых импульсов предложен алгоритм создания световодных элементов на основе МСволокон, позволяющих реализовать высокоточную компенсацию дисперсии, вносимойразличными компонентами волоконной лазерной системы.4. Исследовано явление солитонного сдвига частоты в режиме распространенияультракороткого лазерного импульса, состоящего из нескольких циклов светового поля.
Былопоказано, что центральная частота солитона может быть перестроена в очень широкомспектральном диапазоне путем варьирования начальной энергии импульса, а также изменениемтипа и длины МС-волокна.5. Предложен способ частотной стабилизации и уменьшения флуктуации временнойзадержки сдвинутого в длинноволновую область солитона, обеспечивая возможность болееточной синхронизации солитонного излучения с оптическими компонентами, инициированнымилазерным импульсом, поступающем на вход МС-волокна.6. Было показано, что неустойчивость солитонов, заключающаяся в резонансном обменеэнергии между солитоном и линейной дисперсионной волной, вызванном действием дисперсиивысоких порядков, приводит к генерации интенсивных изолированных линий в коротковолновойчасти спектра.7. Разработана оригинальная методика спектрального сжатия фемтосекундных лазерныхимпульсов, основанная на использовании МС-волокна с аномальной дисперсией групповойскорости.- 19 -8.
Было исследовано влияние ионизационных эффектов на спектрально-временнуюэволюцию высокомощных лазерных импульсов распространяющихся в полых ФК-волокнах вквазисолитонном режиме. При заполнении полого ФК-волокна газом с высоким потенциаломионизации, теоретически продемонстрировано формирование солитонов гигаватного уровнямощности.9. Продемонстрировано, что специальное конструирование структуры поперечного сечениямикроструктурированных волокон как с кварцевой, так и с полой сердцевинами, позволяетосуществить синхронизацию процессов четырехволнового взаимодействия в режимеизолированных волноводных мод интенсивных лазерных импульсов.10.Было продемонстрировано, что полое ФК-волокно способно совмещать функцииэлемента, синхронизующего резонансное когерентное антистоксово рассеяние света иувеличивающего длину его нелинейно-оптического взаимодействия.11.Было также показано, что МС-волокно с надлежащим образом выбранными параметраминелинейности и дисперсии может совмещать в себе функции нелинейно-оптическогопреобразователя спектра лазерных импульсов и синтезатора профиля фазы, обеспечивающегорезонансное возбуждение комбинационно-активных мод.12.
Теоретически продемонстрирована возможность полых ФК-волокон, со специальносконструированной волноводной структурой и в случае грамотного выбора параметров входногоимпульса, а также газа и его давления, обеспечивать уникальный режим широкополоснойсинхронной генерации большого числа гармоник в области мягкого рентгена и далекогоультрафиолета.Список публикаций по теме диссертации[1] Serebryannikov E.E., D. von der Linde, Zheltikov A.M. Broadband dynamic phase matching ofhigh-order harmonic generation by a high-peak-power soliton pump field in a gas-filled hollowphotonic-crystal fiber // Optics Letters.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
