Автореферат (1105133), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Исследована вероятностьобразования филамента и продольное положение точки старта филамента.3. Показано, что взаимодействие двух скрещенных когерентных филаментов можетприводить к образованию дополнительных филаментов вне плоскости распространения лазерных пучков.4. Создан пакет программ для численного моделирования филаментации и самофокусировки мощного фемтосекундного лазерного излучения в регулярных и случайно неоднородных средах на вычислительных кластерах с использованием технологий параллельного программирования.—3—Научная и практическая значимость1. Созданный пакет программ для расчета задачи филаментации фемтосекундныхлазерных импульсов позволил эффективно использовать ресурсы суперкомпьютерного комплекса МГУ с возможностью масштабирования задачи.2.
Показана возможность управления параметрами филаментов и плазменных каналов мощного фемтосекундного излучения УФ диапазона за счет изменения радиусафокусировки пучка.3. На основе результатов численного исследования обоснованы способы увеличенияпротяженности плазменных каналов в пучках сфокусированного излучения: посредством введения в пучок астигматической аберрации и использования динамической кривизны волнового фронта, приобретаемой импульсом при прохождениитонкого слоя прозрачного твердотельного диэлектрика.4. Проведенное исследование самофокусировки пучка в турбулентной атмосфере позволяет прогнозировать положение начала филаментации на протяженной атмосферной трассе при различных параметрах излучения и состоянии атмосферы.5.
Построенная модель периодических граничных условий для задачи филаментации в широких пучках позволяет оптимизировать использование вычислительныхресурсов при исследовании распространения лазерного излучения с мощностью,многократно превышающей критическую мощность самофокусировки.6. Использование когерентного взаимодействия лазерных филаментов позволяет управлять пространственным распределением энергии и структурой множественных плазменных каналов.Защищаемые положения1. При изменении радиуса фокусировки в диапазоне от 1 м до 20 м для лазерныхимпульсов УФ диапазона с диаметром пучка порядка нескольких миллиметров ипиковой мощностью в несколько критических мощностей самофокусировки интенсивность в филаменте в воздухе монотонно убывает в несколько раз, пиковая концентрация свободных электронов убывает на 1–2 порядка, а диаметр плазменногоканала возрастает до двух раз. Подобное поведение параметров УФ филаментови их плазменных каналов при изменении фокусировки качественно отличается отслучая ИК излучения.2.
Динамическое изменение кривизны волнового фронта в течение импульса в большей степени влияет на продольное положение начала филамента, чем на положение его конца. Нестационарное возрастание кривизны волнового фронта в центреимпульса приводит к увеличению длины плазменного канала фемтосекундногофиламента.3. При распространении в турбулентной атмосфере на горизонтальной трассе пучка с мощностью, незначительно превышающей критическую мощность самофокусировки ( < 3 ), вероятность образования филамента монотонно убывает с—4—усилением турбулентных флуктуаций, а среднее расстояние до точки старта филамента вначале возрастает, а затем начинает убывать. При большой мощности( > 10 ) в пучке развивается множественная филаментация, продольное положение точки старта которой характеризуется относительно малым разбросом исмещается к началу трассы при усилении турбулентных флуктуаций.4.
При конструктивной интерференции двух пересекающихся когерентных пучковмощного фемтосекундного лазерного излучения помимо филаментов, лежащих вплоскости распространения пучков, возникают дополнительные филаменты, лежащие вне плоскости распространения пучков.Апробация результатов работыОсновные результаты работы опубликованы в 6 статьях в рецензируемых журналах:«Оптика атмосферы и океана», «Квантовая электроника», «Ukranian Journal of Physics»,«Laser Physics Letters», — в сборнике «Суперкомпьютерные технологии в науке, образовании и промышленности», а также докладывались на конференциях «Ломоносов — 2009»(Москва, Россия, 2009), SPIE Optics+Photonics (Сан-Диего, США, 2009), «Оптика — 2009»(Санкт-Петербург, Россия, 2009), Пятая Всероссийская школа для студентов, аспирантов,молодых ученых и специалистов по лазерной физике и лазерным технологиям (Саров,Россия, 2011), 20th International Laser Physics Workshop 2011 (Сараево, Босния и Герцеговина, 2011), 2nd International Conference «Terahertz and Microwave radiation: Generation,Detection and Applications» TERA — 2012 (Москва, Россия, 2012), XVIII Международныйсимпозиум «Оптика атмосферы и океана.
Физика атмосферы» (Иркутск, Россия, 2012),International Conference on Coherent and Nonlinear Optics & International Conference onLasers, Applications, and Technologies ICONO/LAT — 2013 (Москва, Россия, 2013), XIXМеждународный симпозиум «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы» (Барнаул,Россия, 2013), «Оптика-2013» (Санкт-Петербург, Россия, 2013), V Всероссийская молодежная конференция по фундаментальным и инновационным вопросам современной физики(Москва, Россия, 2013), Laser Optics 2014 (Санкт-Петербург, Россия, 2014), EighteenthInternational School on Quantum Electronics «Laser Physics and Applications» (Созополь,Болгария, 2014).Структура и объем работыДиссертация состоит из титульного листа, оглавления, пяти глав, заключения, спискапубликаций автора, благодарностей и списка цитируемой литературы.
Объем работы составляет 146 страниц, включая 55 рисунков и 2 таблицы. Список цитируемой литературысодержит 205 наименований, включая 4 авторских публикации.Личный вклад автораВсе представленные в диссертации теоретические результаты получены автором лично. Экспериментальные результаты получены в лаборатории газовых лазеров Физиче—5—ского института РАН Л.
В. Селезневым и Е. С. Сунчугашевой и центре коллективногопользования «Фемтосекундный лазерный центр» Национальной академии наук УкраиныВ. Н. Каданом.Содержание диссертацииВ первой главе «Введение» представлен краткий обзор исследований филаментации фемтосекундных лазерных импульсов в воздухе, и рассмотрены ее основные приложения.
Определены цели и задачи диссертационной работы, сформулированы ее научнаяновизна и практическая ценность, приведены защищаемые положения.В разделе 1.1 приведена краткая ретроспектива исследований филаментации, включая первое экспериментальное наблюдение филаментации в жидкостях, теоретическое рассмотрение процесса самофокусировки, первое наблюдение фемтосекундной филаментациив воздухе. Также приведено краткое описание физических механизмов, лежащих в основе процесса филаментации. Рассмотрен сценарий распада мощного пучка на отдельныемножественные филаменты.В разделе 1.2 перечислены практические приложения филаментации, включая широкополосное зондирование атмосферы излучением суперконтинуума, сгенерированнымфиламентом, флуоресцентную спектроскопию при многофотонном возбуждении молекулпримесей (FIFS), спектроскопию пробоя, индуцированная филаментом (FIBS), микромодификацию твердых диэлектриков.
Также перечислены практические приложения, связанные с образованием плазменных каналов при филаментации: управление электрическими разрядами (в том числе, атмосферными разрядами) и создание виртуальных плазменных волноводов.В разделе 1.3 приведен обзор методов регистрации и измерений плазменных каналов:интерферометрических (продольных и поперечных), электрических (также продольных ипоперечных) и поляризационного метода. Там же приводятся характерные значения размеров плазменных каналов и концентраций электронов в них, известные из литературы.В разделе 1.4 приведен обзор исследований филаментации излучения УФ диапазона. Отмечается практическая обусловленность большей части исследований.
Также отмечается потенциальная возможность управления параметрами филаментов и плазменныхканалов излучения УФ диапазона.В разделе 1.5 рассмотрены экспериментальные и теоретические исследования филаментации на протяженных атмосферных трассах с учетом влияния атмосферной турбулентности. Отмечается необходимость проведения статистических исследований. Краткорассмотрен вопрос о влиянии аэрозолей на филаментацию лазерного пучка.В разделе 1.6 приведен обзор исследований взаимодействия филаментов в режимемножественной филаментации, а также в режиме взаимодействия отдельных филаментов.
Отмечена важность фазовых соотношений между импульсами. Кратко рассмотренвопрос о перераспределении энергии в пространстве при взаимодействии филаментов, в—6—частности, о передаче энергии от одного импульса другому.В разделе 1.7 рассмотрены исследования филаментации в сфокусированных пучках.Также приведен обзор методов управления параметрами плазменных каналов: использование фокусировки, пучков нестандартного профиля (бесселевых пучков, эллиптическихпучков), а также использование аберрационной фокусировки.В разделах 1.8 – 1.13 приведены цели и задачи диссертационной работы, ее научнаяновизна и практическая ценность, защищаемые положения, апробация ее результатов, атакже личный вклад автора.Во второй главе «Математическая модель явления филаментации фемтосекундных лазерных импульсов» приведен вывод основных уравнений, описывающихдинамику лазерного импульса при филаментации в приближении медленно меняющейся комплексной амплитуды светового поля.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
