principy_nelinejnoj_optiki_1989 (769482), страница 109
Текст из файла (страница 109)
Однако нельзя было определить, свободные или связанные электроны давали основной вклад в сигнал ~81 Результаты экспериментов сильно зависели от наличия на поверхности загрязнений. Для получения надежных и воспроизводимых результатов необходимо иметь чистую поверхность металла, находящуюся в сверхвысоком вакууме. Частота лазерного . излучения должна лежать гораздо ниже межзонных переходов, чтобы исключить влияние связанных электронов.
Генерация второй гармоники наблюдалась также при отражении от лазерпо-индуцпрованной газовой плазмы ~9Ь Плазма создавалась при фокусировке лазерного импульса на твердую мишень. Поскольку эта плазма расширялась, она была неоднородной. В атом случае вторая гармоника может генерироваться в объеме плазмы. Однако для количественного анализа щюблемы необходимо хорошо знать характеристики лазерно-индуцированной плазмы ($01. Наблюдалась также генерация высших гармоник в лазерно-индуцированной плазме ~1Ц.
Самый удивительный результат был получен, когда на мишень был сфокусирован импульс мощного лазера на СО, (например, импульс с энергией $00 Дж и длительностью И4 ЗЗ ЗЗМ 2Р Ы 25 25, 55255~ Ш Ы 25 2З г~ (З 2045 Зехз пег,2 па 5020 Езка 557,0 нп' Рнс. 28.1. Мнкроденснтограммы сигнала, полученного на полуметровом вакуумном спектрографе. Числа на осн абсцасс показывают порядок гармонкк лкннн )..20 и полосе й 10 мкм генерации СОглаеера.
Приведены результаты для трех лазерных импульсов, имевших на мишени пнтенснвностя е 2,8 10м Вт/сме (а), / 1,5 10'е Вт/сме (б) н / 3,5 ° Мре Вт/сме (е). Между аыстреламн средняя длнна волны спектра смещалась. Мишень представляла собой шарики не ВеСи дкаметром 250 мкм, покрытые слоем СН толщкной 1 мкм (Сатрап В. Ь., Ваодее С. К., Веп/аппп В. 2'. У РЬув.
Вет. А.— 1981. т'. 24. Р. 2649) 27 25 25 27 10 ~7, 552,0 504,2 025,5 ° Зза 515 1 нс фокусировался до получения интенсивности 8 $0" Вт/сме). При этом на выходе регистрировались гармоники основного излучения вплоть до сорок шестой, причем эффективность их генерации была почти одинаковой [32). Некоторые примеры приведены на рис. 28Л. Ясно, что этот реаультат нельзя объяснить на основании теории возмущений. Беззеридес с сотрудниками [(3] теоретически показали, что когда на крутом профиле плотности плазмы происходит резонансное поглощение (ю — ю„), то плаама становится сильно ангармонической.
Это приводит к образованию сильно аигармонической колебательной системы, которая излучает на частоте высших гармоник. Ясно, что ивлучение происходит в небольшой области на крутом профиле плотности. Коли измерительная техника имеет достаточное временное и пространственное раврешение„ можно зарегистрировать этот эффект в расширяющейся плазме.
Можно ожидать, что такой процесс будет иметь место и при воабуждении плавмы лазерным излучением с более высокой частотой. Повидимому, это открывает возможность получения интенсивного из- лучения с длиной волны, изменяющейся от вакуумного УФ диа- пазона до мягкого рентгеновского, с помощью простого облучения металлических поверхностей интенсивным лазерным светом.
б. Вынужденное комбинационное рассеяние, вынужденное рассеяние Мандельштама — Бриллюэна и параметрические процессы 60 од о,о~ О о,у во во О ве ВО Евез здм д Рве. 23.2. Зависимость энергии излучеввя ВРМБ назад от звертив лазерной накачав с длиной волям 1,06 мвм: в — при фокусировке импульса длительностью 900 пс аввзой 1(14 ва зпплевь из (СВ~) и И; 6 — 'прв фовусвровке импульса длительностью 900 пс лвнзой 111,9 ва мвшевь вз (СР~)„в Со. Насыщевве наступало только в случае (в) вслед аа начальным зксповевпвальвмм ростом (В101п В.
М., МеМвйоп 1. М., Мейеап я. А., Мвпйе1тет )т. М„ 31а трет Х. А. р Ряуа Вет. 1я(ь — 1974. Ч. 33. Р. 634) 616 В лазерно-индуцированной плазме при возбуждении мощными лазерными импульсами (превышающими 10" Вт/ем*) наблюдались процессы ВКР и ВРМБ. Поскольку в процессе ВРМБ участвует плазменная волна, имеющая меньшую дисперсию (У' в (2811) намного меньше (др,!др.)!т, в (28.9) ), для него лучше выполняется условие фазового синхронизма в направлении назад.
Вследствие этого процесс ВРМБ обычно обладает сравнительно низким 'порогом и поэтому легче наблюдается (14). Рассеянное в направлении назад в процессе ВРМБ излучение имеет начальный красныйсдвигнанесколько ангстрем, который соответствует ионна-акустической плазменной частоте, линейно поляризована в томженаправлении,чтои падающее лазерное излучение, распространяется строго навстречу падающему лучу и испытывает экспоненциальное усиление, вслед за которым наступает насыщение энергии рассеянного назад излучения при превышении падающим излучением некоторого порога. по энергии (рис. 28. 2).
В рассеянное в процессе ВРМБ назад излучение может быть преобразовано до нескольких процентов мощности ю Рвс. 28.3. Долл излучения, рассеянного назад вследствие ВКР, в зазвсвиости от интенсивности накачки. В эксперименте пучок СО~- лазера, гепврвровзвшего длинные импульсы, фокусировался зеркалом 7/15 в удержвваемый иагввтзым полем шнур водородной плазмы.
Экспервмевтальвые точки соответствуют усреднению по весвозьпин лазерным вмпульсаи. Штрихом проведены теоретические кривые, рассчвтаввые для двух различных значений параметра Х, учитывающего неливейвое затухзвие плазнепвых воли 116). Вертикальные и горззовтвльвые отрезки пряных указывают экспериментальные погрешности 1О з 50 г,з дз магнитным полем плазменном шнуре при вовбужденииизлучением СО,-лазера был получен коэффициент преобразования при ВКР до 0,7 % [16). В лазерно-индуцированной плазме коэффициент преобразования намного меньше (порядка $0-з) ($5].
Насыщение наступает главным образом из-за эффекта нелинейного затухания ($6). За счет процесса ВКР в плавме образуются «горячие» электроны, которые сильно увеличивают затухание Ландау для плазменных колебаний; баланс между увеличением комбинационного усиления и ростом затухания Ландау с увеличением интенсивности накачки и приводит к наблюдаемому в эксперименте насыщению. Спектр рассеянного излучения обычно является очень широким, что отражает изменение электронной плотности плазмы.
517 падающего излучения. ВРМБ, по-видимому, играет основную роль в наблюдаемой зависимости коэффициента отражения мишени от интенсивности. С точки зрения проблемы лазерного нагрева плазмы или лазерного термоядерного синтеза вынужденное рассеяние играет вредную роль, поскольку оно уменьшает энергию, вкладываемую в мишень. Повысить порог ВРМБ можно, если нагревать плазму с помощью широкополосного лазера (расширение спектра резко снижает эффективность взаимодействия встречных волн).
С увеличением интенсивности накачки в плазме возникает и процесс ВКР (15). Он начинается позже ВРМБ (461; максимальное усиление соответствует рассеянию назад. Излучение на выходе имеет частотный сдвиг, пропорциональный квадратному корню иа электРонной плотности (Люжш,е 14ЯУ,~д*,~т,Р~~) и хаРактеРизуется участком реакого нарастания энергии рассеянного излучения, вслед за которым при некоторой пороговой интенсивности падающего иалучения наступает насыщение (рис. 28.3). В удерживаемом В процессе ВКР генерируется электронная плазменная волна, которая затем диссипирует в тепло.
Это наводитна мысльовозможности использования ВКР для нагрева плазмы. Однако эффективность этого процесса оказывается очень низкой. Эффективность нагрева можно увеличить, используя для возбуждения электронных плазменных колебаний процесс оптического смешения ~[17]. В этом случае две лазерные волны с частотами ю, и ю„где е,— ю.= юг служат для резонансного возбуждения плазменной волны.
Информацию о параметрах лазерной плазмы можно получить методами спектроскопии четырехволнового смешения, зондируя плазменную волну специальным лазерным пучком. Такой же процесс смешения можно использовать для возбуждения в плазме конно-акустической волны, если ю~ — ю. ю, [$81.
Тем не менее параметрическая нестабильность открывает более эффективный путь нагрева плазмы, поскольку падающие фотоны, участвующие в этом процессе, полностью преобразуются в плазмоны. Этот процесс был детально изучен при использовании микроволновой накачки в холодной плазме малой плотности [191 При лазерной накачке также наблюдалась параметрическая нестабильность [9, 20ь Этот процесс обладает меньшим порогом, чем процесс ВКР. При параметрической нестабильности фотон параметрически распадается либо на два электронных плазмона, либо на один электронный и один ионно-акустический плазмон, причем первый процесс наблюдается легче. Генерируемые электронные плазменные волны с частотами вз,= оь/2 могут излучать или когерентно рассеивать падающее излучение с частотой юо что приводит к появлению в отраженном свете частот ю,/2, Зю,/2 и других субгармоник [9, 201.
В результате параметрической нестабильности в лазерно-индуцированной плазме могут образоваться высокоэнергнчные электроны. Это может привести к предварительному нагреву сердцевины мишени в экспериментах по лазерному термоядерному синтезу. в. Са.зофокусировка Эксперименты по наблюдению в плазме самофокусировкивследствие зависящего от интенсивности изменения показателя преломления обычно весьма трудны. Изначально присутствующая вариация показателя преломления, обусловленная распределением плотности в неоднородной плазме, усложняет интерпретацию наблюдавмых результатов, особенно в случае лазерно-индуцированной плазмы. Первые эксперименты по наблюдению самофокуснровкн в плазме были выполнены при оптическом пробое в воздухе [2Ц. Сделанные с большой выдержкой фотографии фокального объема лазерного пучка выявили возникновение при пробое ярких нитей.
Эти нити имели всею 5 мкм в диаметре, что в $0 раз меньше диаметра фокального объема. Они были образованы очень яркими то4камн пробоя, движущимися по направлению к возбуждающему лазеру. Картина напоминает явления, происходящие при самофокусировке в твердых телах (см. раздел $7.5). Спектроскопические исследования показали, что излучение, рассеянное из области пробоя, было 818 спектрально уширено, предположительно нз-за фазовой самомодуляции. Трудность при выполнении подобных экспериментов связана с тем, что нельзя быть уверенным, вызвано ли изменение показателя преломления исключительно оптической пел инейностью плазмы. Во многих случаях существовала большая вероятность того, что фокусировка была связана с градиентом плотности плазмы, возникающим при динамическом обрааовании плазмы ~221.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
