Автореферат (1335832), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Эта общая идея объединяет исследование генерации терагерцового излучения в газовых средах,где свободные носители заряда рождаются в течение взаимодействия вещества с оптическим полем, и пленках VO2 , где эти носители уже существуют в среде, но их количествомможно управлять с помощью изменения температуры.Таким образом,тематика диссертационной работы является важной и востребованной для практического применения и в области фундаментальных исследований.Цель диссертационной работы: Исследование состояния эллипса поляризациитерагерцового излучения при его генерации в газово-плазменных средах и модельныхсистемах с управляемой проводимостью с общей целью определения вкладов проводимости и нелинейной поляризации среды на параметры терагерцового излучения. Для этогорешались следующие задачи:1.
Теоретическое и экспериментальное исследование состояния эллипса поляризациии пространственных свойств терагерцового излучения, возникающего при одновременном взаимодействии в газово-плазменной среде оптических фемтосекундныхимпульсов первой и второй гармоники титан-сапфирового лазера.2. Исследование явления генерации терагерцового излучения в модельной системе суправляемой проводимостью - тонких плёнках диоксида ванадия в металлическоми изолирующем фазовом состоянии при самовоздействии в них фемтосекундныхимпульсов титан-сапфирового лазера. Определение состояния эллипса поляризации излучения данного источника.Научная новизна проведенных исследований определяется следующими положениями:1.
На основе анализа известных из литературы теоретических зависимостей, а также оригинальных экспериментальных данных показано, что поляризация терагерцового излучения, возникающего при взаимодействии фемтосекундных импульсовтитан-сапфирового лазера с газово-плазменными средами, определяется взаимнымсоотношением проводимости и нелинейной поляризации этих сред2. Впервые экспериментально показано, что поляризация терагерцового излучения,возникающего при коллинеарном взаимодействии линейно-поляризованных фемтосекундных импульсов первой и второй гармоник титан-сапфирового лазера с энергиями порядка 1 мДж и 50 мкДж соответственно, углом между направлениями их6поляризации меньшим 70∘и отстуствии временной задержки между ними, близкак линейной и совпадает по направлению с поляризацией первой гармоники3.
Впервые было установлено, что пространственное распределение интенсивности терагерцового излучения, возникающего при оптическом пробое газов фемтосекундными импульсами первой и второй гармоники с энергиями порядка 1 мДж и 50мкДж соответственно, является коническим с углом раскрытия, зависящим от длины плазменного канала, в котором происходит генерация, и частоты излучаемойволны.4.
Впервые экспериментально обнаружено наличие высокочастотной (на частотах 7до 13 ТГц при использовании импульса первой гармоники длительностью 120 фс)компоненты спектра терагерцового излучения, обусловленной нелинейной поляризацией среды оптического пробоя.5. Впервые было обнаружено явление генерации терагерцового излучения в тонкихплёнках диоксида ванадия в двух фазовых состояниях при их взаимодействии с2излучением фемтосекундного лазера с плотностью потока энергии до 6 мДж/см .Практическая значимость Результаты и закономерности, полученные в диссертации, могут быть использованы для построения и оптимизации спектроскопическихсистем, использующих газовые среды для генерации и детектирования терагерцовогоизлучения.
В работе выявлены методы управления поляризацией и интенсивностью генерируемого терагерцового излучения путём изменения поляризации возбуждающих оптических импульсов и разности фаз между ними. Обнаружен способ быстрой модуляции направления поляризации генерируемого широкополосного терагерцового излучения при помощи изменения временной задержки между возбуждающими лазернымиимпульсами. Этот способ может найти применение для таких исследовательских задач,как поляризационная ТГц спектроскопия в широком диапазоне частот.На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:1. Ориентация эллипса поляризации терагерцового излучения, возникающего при самовоздействии и взаимодействии фемтосекундных импульсов титан-сапфировоголазера с газово-плазменными средами и проводящими плёнками, определяется взаимным соотношением проводимости и нелинейной поляризации этих сред.2.
Состоянием поляризации терагерцового излучения, возникающего при коллинеарном взаимодействии в газах фемтосекундных импульсов первой и второй гармониктитан-сапфирового лазера с энергиями до 1 мДж и 0.05 мДж соответственно идлительностью порядка 100 фс, можно управлять, изменяя временную задержкумежду ними3. Пространственное распределение интенсивности линейно поляризованного терагерцового излучения, возникающего в газе при взаимодействии фемтосекундных импульсов первой и второй гармоники титан-сапфирового лазера с энергиями до 17мДж и 0.05 мДж соответственно и длительностью порядка 100 фс, имеет конический характер.
Угол раскрытия конуса обратно пропорционален корню из длиныобразующегося плазменного канала и частоты терагерцового излучения4. Эффективность генерации терагерцового излучения, возникающего при взаимодействии фемтосекундного импульса титан-сапфирового лазера длительностью 50фси энергией до 0.2 мДж с эпитаксиальной пленкой диоксида ванадия, возрастаетболее чем на порядок при его переходе из изолирующего в проводящее состояниеАпробация работы Основные результаты диссертации докладывались на следующих конференциях: 8я международная конференция Strong Microwaves and TerahertzWaves: Sources and Applications 2011, г.
Нижний Новгород, 9-16 июля 2011 г.; 2я международная конференция Terahertz and Microwave radiation (TERA-2012), г. Москва,20-22 июня 2012 г.; 20я международная конференция Advances in Laser Technologies(ALT-2012), г. Тун, Швейцария, 2-6 сентября 2012 г.; международная конферениция TheInternational Conference on Coherent and Nonlinear Optics/The Lasers, Applications, andTechnologies (ICONO/LAT 2013), г. Москва, 18-22 июня 2013 г.; 8я международная конференция молодых ученых и специалистов “ Оптика-2013” , г.
Санкт-Петербург, 22я конференция Advances in Laser Technologies (ALT-2014), г. Касси, Франция, 6-10 октября 2014г, 40я международная конференция Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMWTHz 2015), г. Гонконг, КНР, 23-27 августа 2015 г, 23я конференция Advances in LaserTechnologies (ALT-2015), г. Фаро, Португалия, 6-11 сентября 2015 гПубликации. Материалы диссертации опубликованы в 21 печатной работе, из них8статей в рецензируемых журналах из списка ВАК России и13тезисов докладов.Личный вклад автора Содержание диссертации и основные положения, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора в опубликованные работы.
Экспериментальные результаты, представленные в диссертации результаты получены авторомлично или при его определяющем участии. Теоретический анализ, использованный длясравнения с оригинальными экспериментальными результатами, был выполнен совместно с сотрудниками лаборатории численного эксперимента в оптике физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова (Н.А.Пановым, О.Г. Косаревой, В.А.
Андреевой),сотрудником Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН И.А. Котельниковым и сотрудником Объединенного института высоких температур РАН А.А. ФроловымПодготовка к публикации полученных результатов проводилась совместно с соавторами.Автором осуществлялось планирование, подготовка и проведение экспериментов, обработка экспериментальных данных, их анализ и интерпретация.Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, 5 оригиналь147 страниц, включаяссылок 181.ных глав, заключения и библиографии. Общий объем диссертации52рисунка и2таблицы и список литературы с общим числом8Содержание работыВо Введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированацель и аргументирована научная новизна исследований, показана практическая значимость полученных результатов, представлены выносимые на защиту научные положения.Первая глава диссертации посвящена теоретическому описанию процесса генерации терагерцового излучения в рамках двух моделей: модели четырехволнового выпрямления, основывающейся на нелинейном отклике связанных электронов среды, и фототоковой модели, в которой основную роль играет нелинейный отклик свободных электронов, возникающих при фотоионизации среды.
Первая глава состоит из 6 параграфов иимеет частично обзорный характер, поскольку опирается на ряд ранее опубликованныхформул и теоретических зависимостей.Впараграфе 1.1 приводится краткая историческая справка по развитию теоретических моделей генерации ТГц излучения в плазме оптического пробоя. Обосновываетсянеобходимость рассмотрения как вклада нелинейной поляризации, обусловленной связанными электронами, так и вклада проводимости, обеспечиваемой фотоэлектронами,для описания нелинейных процессов, приводящих к генерации ТГц излучения. Объясняется необходимость детального рассмотрения процесса фотоионизации газа полем, содержащим импульсы первой и второй гармоники.Параграфы 1.2-1.4 посвящены рассмотрению вклада нелинейной проводимости, определяемогоВсвободными электронами и фототоком, в генерацию терагерцового излучения.параграфе 1.2 описывается двухступенчатая модель генерации фототока, в рамках которой выделяются два этапа.
В течение первого на среду воздействует лазерное излучение, происходит фотоионизация молекул и атомов газа и дрейф электронов от своегоисходного положения. Плазменные колебания, развивающиеся и затухающие за время,превышающее длительность лазерного импульса, выделяются во второй этап.Для первого этапа рассматриваются силы, воздействующие на электроны плазмыв течение длительности лазерного импульса, содержащего первую и вторую гармоникуизлучения, и содержащие компоненты на “ нулевой” комбинационной частоте. Эти силы приводят к дрейфовому смещению электронов от начального положения. Скоростьэлектронов, приобретаемая к окончанию действия лазерного импульса, определяется интегральным воздействием этих сил, а также начальной скоростью электронов, с которойте покидают атом. Фототок, возникающий в среде, получается при суммировании поскоростям всех свободных электронов.На втором этапе движение фотоэлектронов описывается классическими уравнениями движения в поле, обусловленном пространственным разделением зарядов среды, иуравнением непрерывности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
