Автореферат (1335832), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Система уравнений имеет аналитическое решение, в котором в явном виде присутствует скорость электрона, приобретенная им на первом этапе(в течение длительности лазерного импульса).Для того, чтобы от этого решения перейти к дипольному излучению в дальней зоне(т.е. наблюдаемому терагерцовому излучению), необходимо из выражений для фототока,получаемых на упомянутых двух этапах, сформировать функцию зависимости тока от9времениJ().Для получения спектра излучаемого импульса делается преобразованиеФурье производной этого выражения по времени. Спектральная интенсивность излучения пропорциональна квадрату найденной величины.Направление вектора фототока определяет плоскость поляризации излучения, обусловленного нелинейной проводимостью среды.
Таким образом, ключевую роль в определении свойств излучения играет восстановление функции величины и направления фототока от времени в течение действия лазерного импульса. Важно, кроме этого, установитьсоотношение между величиной и направлением импульса, который сообщают электрону“ медленные” силы, описанные выше, и импульса, который приобретают электроны прифотоионизации, так как именно наибольшая из этих двух величин задаёт поляризациюизлучения.Для нахождения начального импульса фотоэлектрона необходимо рассмотреть процесс фотоионизации среды в поле, содержащем фемтосекундные импульсы первой и второй гармоники.
Впараграфе 1.3 для этого применяется метод мнимого времени (ММВ),разработанный в работах М.В. Переломова и В.С. Попова на основе теоретического подхода Л.В. Келдыша. В рамках ММВ был рассмотрен импульс фотоэлектронов для различных комбинаций поляризации полей первой и второй гармоники. Показано, что дляприближений многофотонной и туннельной ионизации он не совпадает. Взаимное расположение векторов поляризации первой, второй гармоники и импульса фотоэлектронов вприближениях многофотонной и туннельной ионизации приведено на рисунке 1.Впараграфе 1.4 описана связь свойствэлектромагнитного излучения в дальнейзоне с фототоком.
Обсуждается направленность излучения и его поляризация в зависимости от геометрических размеров плазменнойобластиинаправлениявекторадрейфового импульса фотоэлектронов. Показывается, что для случая, когда направление фототока перпеникулярно направлению распространения лазерного импульса,пространственное распределение интенсивности терагерцового излучения представляет из себя лепесток с максимумом поднулевым углом к оси распространения и угловой ширинойВ≈√︀2/Рис.
1. Поляризации оптического излучения и напараграфе 1.5 описывается нелиней чального импульса фотоэлектрона, рассчитанныеный откликсвязанных электронов моле в рамках метода мнимого времени для различныхкул и атомов газа - механизм, которыйнезависимо от тока фотоэлектронов даётзначений параметра Келдыша , определяющего режим фотоионизациивклад в ТГц излучение. Для этого изучается нелинейная поляризация кубической средыбез пространственной и частотной дисперсии в поле, содержащем первую и вторую гармонику лазерного излучения, для различных комбинаций их поляризаций.Обнаруживаетсяразличие между направлением поляризации излучения, обусловленного проводимостью10среды (током фотоэлектронов) и описанного впараграфах 1.2-1.4, и поляризацией, определяемой связанными электронами.
Это обусловливает необходимость экспериментального исследования поляризации ТГц излучения при различных состояниях поляризацииоптических импульсов. Кроме того, кратко обсуждается возможность существования резонансного вклада в тензор нелинейной восприимчивости третьего порядка.Параграф 1.6 содержит основные выводы поглаве 1.Во второй главе описан терагерцовый спектрометр-поляриметр, созданный дляпроведения поляризационных исследований, а также ряд других экспериментальных методов, также исплользованных в данной работе. Глава состоит из 6 параграфов.Впараграфе 2.1 приводится обзор используемых различных научных группах экспериментальных установок по исследованию генерации терагерцового излучения в плазмеоптического пробоя фемтосекундными импульсами. Формулируются требования, предъявляемые к создваемому спектрометру.
Объясняется необходимость независимо контролировать интенсивность, состояние поляризации излучения первой и второй гармоники,временную задержку между ними, а также иметь стабилизированную разность фаз между несущими частотами импульсов первой и второй гармоники.Параграф 2.2 содержит описание оптической схемы созданного спектрометра-поляриметра, имеющего разделенные пучки первой и второй гармоники. Излучение регенеративного усилителя титан-сапфирового лазера с длительностью 120 фс, длиной волны800 нм и энергией до 2.4 мДж в импульсе делится в спектрометре на два луча равнойинтенсивности, в одном из которых происходит генерация второй гармоники, а в другом распространяется излучение первой гармоники. Пучки первой и второй гармоникисовмещаются при помощи диэлектрического зеркала, и далее излучение фокусируется.Возникающая вблизи фокуса линзы плазменная область является нелинейной средой,в которой протекают процессы генерации терагерцового излучения и комбинационныхоптических частот, исследуемые в диссертационной работе.
Общая схема спектрометрапоказана на рисунке 2.Впараграфе 2.3 описывается оптическая и электрическая схема системы стабилизации разности оптических длин плеч первой и второй гармоники, которая флуктуируетвследствие малых механических колебаний отдельных оптических элементов. Для этогорегистрировалась интенсивность интерференционной картины, получаемой при прохождении вспомогательного луча непрерывного гелий-неонового лазера по плечам первой ивторой гармоники. Положение одного из зеркал системы колебалось при помощи пъезоактюатора. Синхронное детектирование интенсивности интерференционной картины начастоте малых вынужденных колебаний зеркала позволяет сформировать сигнал ошибки, обеспечивающий отрицательную обратную связь и подаваемый на пъезоактюатор.Параграф 2.4 посвящен описанию использованных экспериментальных методик анализа и детектирования терагерцового излучения, а также оптических компонент излучения, возникающих в перетяжке на частоте второй и третьей гармоники лазерногоимпульса.
Для когерентного детектирования импульсного терагерцового излучения используются такие методики как электрооптическое детектирование в кристалле ZnTe идетектирование по генерации второй гармоники в присутствии постоянного электрического поля. Для исследования спектра ТГц излучения используется автокорреляционное11Рис. 2. Общая оптическая схема спектрометрадетектирование при помощи интерферометра Майкельсона с кремниевым болометром вкачестве приемника, описанное впараграфе 2.5. Спектральные характеристики использованных в интерферометре фильтров, делителя ТГц пучка и чувствительного элементаболометра, а также размер шага использованного моторизованного транслятора, позволяют исследовать спектр ТГц излучения в диапазоне от 0 до 18 ТГц.Параграф 2.6 содержит основные выводы поглаве 2.В третьей главе описываются экспериментальные исследования поляризационных и спектральных характеристик терагерцового и оптического излучения, возникающего при взаимодействии газов с фемтосекундными лазерными импульсами.
Главасодержит шесть параграфов.Впараграфе 3.1 приводится обзор результатов экспериментальных исследований состояния поляризации ТГц излучения, известных из литературы. Впараграфе 3.2 заостряется внимание на понятии “ поляризация” применительно к ТГц импульсу, состоящемуиз малого количества колебаний оптического поля и имеющему спектральную ширинув несколько октав.Параграф 3.3 содержит описание оригинальных экспериментальных результатов. Впервую очередь проводились эксперименты в традиционной экспериментальной схемебез разделения пучков первой и второй гармоники.
Была исследована поляризация терагерцового излучения в зависимости от разности фаз между первой и второй гармоникой,которая регулировалась при движении кристалла второй гармоники вдоль оптическогопучка. Обнаружено, что поляризация ТГц излучения близка к линейной в пределах погрешности для каждого значения разности фаз между гармониками, а ее направление иинтенсивность меняются при изменении разности фаз,что удовлетворительно согласуется с результатами рассмотренных теоретических моделей (см. рис.
3).Далее была исследована поляризация терагерцового излучения в зависимости от12Рис. 3. а) Интенсивность ТГц излучения, прошедшего через анализатор, ориентированный под углом,в зависимости от разности фаз между гармониками.Энергия в импульсе первой гармоники перед кристаллом BBO составляет 400мкДж, угол между первой и второй гармоникой 55∘ , поляризация излучения первой гармоники соответствует углу 90∘ анализатора.
б) Расчетная зависимость интенсивности, полученная в рамках фототоковой моделиугламежду линейными поляризациями первой гармоники в схеме с разделеннымипучками гармоник в воздухе при атмосферном давлении. Обнаружено, что для всехзначений угла,поляризация ТГц излучения близка к линейной (см. рис. 4).Вотличиеотрезультатов,получаемых с помощью моделейгенерации, связанных с нелинейнойпроводимостьюнойполяризацииденных винелинейсреды,привеглаве 1, направление поляризации ТГц излучения остаётся близким к поляризации первой гармоники в широком диапазонеугловмеждуниками(почтидогичныерезультатыгармо∘70 ).Аналобылиполучены при исследовании поляризации ТГц излучения в аргоне,являющемсяатомарнымгазом.Сходство экспериментальных результатовватомарномимолекулярном газе позволяет сделатьвывод,Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
