Диссертация (1335833), страница 18
Текст из файла (страница 18)
На рисунках хорошо видно, что излучениевторой гармоники становится деполяризованным, и этот эффект возрастает при увеличении интенсивности фундаментального излучения. Этот результат свидетельствует о том,что взаимодействием между излучением оптических гармоник в протяженной области перетяжки пренебрегать некорректно. Таким образом для полного описания поляризацииоптических компонент и терагерцового излучения из плазмы оптического пробоя, необходимо учитывать проявление всех нелинейно-оптических взаимодействий по крайней мередо третьего порядка включительно с учетом дисперсии в генерируемой плазме и прочихэффектов, связанных с распространением всех видов излучения.
Это может быть реализовано в рамках численного моделирования и не поддается аналитическому описанию сиспользованием простых моделей, введенных в данной работе.3.5.2. Поляризация излучения на частоте третьей гармоникиВ другой конфигурации полей, рассматриваемой в данной работе, первая гармоникаимеет циркулярную поляризацию, а вторая гармоника поляризована линейно вдоль оси (см. выражения (1.27) при 1 = /2, = /4).Компоненты нелинейной поляризации, осциллирующие на частотах 2 и 3 , согласно93Рис. 3.23.
Поляризация излучения на частоте2 ,выходящего из перетяжки, прилинейно поляризованных излучениях первой и второй гармоники под углом 45∘друг к другу. Черным показана поляризация второй гармоники в отсутствие излучения первой гармоники, красным, зеленым и синим - поляризация второй гармоники при энергиях первой гармоники 100, 150, 200 мкДж в импульсевыражению (1.26), принимают при этом вид () = 2·2 · 2 · cos(2 + ) + 3/4 · 23 · cos(2 + )+2+3/4· · 2· cos(3 + 2) () = −1/4·1 · 22 · sin(3 + 2)(3.4)Обратим внимание на члены выражений (3.4), описывающие поляризацию на частоте3 . Видно, что в результате четырехволнового смешения в области перетяжки появляетсяизлучение третьей гармоники, поляризованное эллиптически с соотношением полуосей 9:1по интенсивности. Состояние поляризации второй гармоники, как видно из этих выражений, не претерпевает изменений.Если рассматривать излучение на тех же частотных компонентах, обусловленноедействием фототока свободных электронов туннельном приближении, результаты будутнесколько отличными (см.
рис. 3.24). Излучение второй гармоники, как и для предыду94щего механизма, будет иметь линейную поляризацию вдоль исходного направления, излучение третьей гармоники будет поляризовано эллиптически с соотношением полуосей,несколько превышающим значение 9:1.Рис. 3.24. Спектр интенсивности двух ортогональных компонент фототока свободных электроновпри возбуждении циркулярно-поляризованным излучением первой гармоники и линейно-поляризованным излучением второй гармоники. Черным на графике показана интенсивность излученияполяризованного вдоль оси х, серым - вдоль оси y. Стрелками в углу изображены направленияполяризации излучений первой и второй гармоник, а также результирующего излучения третьейгармоники и ТГц излучения.Для экспериментального исследования генерации комбинационной третьей гармоники (3 = 2+2− ), при помощи четвертьволновой фазовой пластинки в плече фундаментальной гармоники устанавливалась поляризация, максимально близкая к циркулярной.Для настройки положения фазовой пластинки при помощи монохроматора наблюдаласьинтенсивность излучения третьей гармоники при закрытом пучке второй гармоники.
По95скольку процесс ГТГ для циркулярно поляризованного излучения запрещен, оптимальнойнастройке фазовой пластинки соответствует минимуму интенсивности. Поскольку диэлектрическое зеркало DM2, с помощью которого проводилось совмещение пучков первой ивторой гармоники (рис. 2.1) имело несколько различный коэффициент пропускания дляs- и p- поляризации, поэтому минимальной эллиптичности можно было добиться дополнительным наклоном фазовой пластинки.
Достигнутое значение соотношения большой ималой осей эллипса поляризации пучка составило 95.1%, полученный эллипс поляризациипоказан красным цветом на рисунке 3.25. Малый остаток излучения конверсионной третьей гармоники при оптимальной настройке фазовой пластинки в дальнейшем не превышал уровень погрешности измерений интенсивности исследуемой комбинационной третьейгармоники.Далее производился поиск значений временной задержки между импульсами первойи второй гармоники, при которых в перетяжке происходила генерация комбинационнойтретьей гармоники. Сканирование временной задержки дает только один острый максимум, соответствующий равенству оптических длин пучков.
Иных максимумов, подобныхувиденным при измерении поляризациии второй гармоники, в эксперименте не наблюдалось.Экспериментально полученная зависимость интенсивности третьей гармоники от ориентации анализатора показана на рисунке 3.25 вместе с теоретической зависимостью, описываемой выражением (3.4).
Видно, что наблюдаемая эллиптическая поляризация по ориентации большой полуоси и по степени эллиптичности удовлетворительно согласуется стеоретической зависимостью для нерезонансной изотропной газовой среды. Таким образом, модель четырехволнового взаимодействия в изотропной нерезонансной среде позволяет с удовлетворительной точностью аналитически описать состояние поляризации комбинационной третьей гармоники, генерируемой в перетяжке при смешении циркулярнополяризованного пучка и линейно поляризованного пучка 2 .3.6. Выводы по главе 31.
Поляризация терагерцового излучения, возникающего при коллинеарном взаимодействии линейно-поляризованных фемтосекундных импульсов первой и второй гармониктитан-сапфирового лазера с длительностью порядка 100 фс и энергиями до 0.5 мДж и 0.02мДж, с углом между направлениями их поляризации меньшим 70∘ и при отстуствии вре96Рис. 3.25. Поляризации излучения первой и второй гармоники, используемые в эксперименте по генерации комбинационной третьей гармоники, а также поляризациягенерируемого излучения на частотеполяризованного пучка3 ,генерируемой при смешении циркулярнои линейно поляризованного пучка2 .Оранжевым показана теоретическая зависимость, получаемая с учетом выражения (3.4).менной задержки между ними в воздухе и аргоне при комнатной температуре , близка клинейной и совпадает по направлению с поляризацией первой гармоники.2.
Показана возможность управления состоянием поляризации терагерцового излучения, возникающего при коллинеарном взаимодействии линейно-поляризованных фемтосекундных импульсов первой и второй гармоник, с помощью изменения временной задержкимежду ними.3. При коллинеарном взаимодействии в воздухе линейно поляризованного фемтосекундного импульса второй гармоники и циркулярно поляризованного импульса первойгармоники титан-сапфирового лазера при их энергиях порядка 0.5 мДж и до 0.02 мДжсоответственно, возникающее терагерцовое излучение линейно поляризовано, при этомнаправление поляризации определяется разностью фаз между гармониками.4. Вид спектра терагерцового импульса, возникающего при взаимодействии фемтосекундных импульсов первой и второй гармоник титан-сапфирового лазера с газово-плазменной средой, зависит от нелинейной поляризации среды и её проводимости.5.
Ориентации эллипсов поляризации второй и третьей гармоник, возникающих приколлинеарном взаимодействии фемтосекундных импульсов первой и второй гармоники97титан-сапфирового лазера в воздухе при их энергиях до 0.5 мДж и до 0.02 мДж соответственно, совпадают с результатами, полученными теоретически для кубических сред безпространственной и частотной дисперсии6. Линейно поляризованный импульс второй гармоники, распространяющийся в воздухе коллинеарно с импульсом первой гармоники, имеющим иную линейную поляризациюи более высокую интенсивность, деполяризуется в результате взаимодействия с первойгармоникой в области оптического пробоя.98Глава 4Пространственный профиль интенсивности иполяризации ТГц излучения4.1.
ВведениеСуществует несколько методик экспериментального изучения пространственного профиля интенсивности излучения импульсных терагерцовых источников. Ряд из них предполагает измерение профиля методом изменения положения детектора излучения относительно генератора. Такие измерения можно проводить, в частности, с применениемболометрического детектора, имеющего малую апертуру. Группа Шеваля ([141]) использовала для этой цели фотопроводящую антенну, детектировавшую временной профильТГц поля в данной точке пространства, то есть появлялась возможность анализироватьраспространение отдельных компонент спектра излученного поля в пространстве. Другаягруппа методов предполагает получение информации о профиле поля косвенным образом,сканируя пространственное распределение поля щелевой или ирисовой диафрагмой принеподвижном положении детектора излучения.Первое экспериментальное исследование пространственного профиля излучения плазмы оптического пробоя для различных условий фокусировки было дано в статье [142], гдепространственная селекция осуществлялась с помощью щелевой диафрагмы, а детектирование производилось электрооптическим методом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
