Формирование сверхкоротких импульсов в твердотельных лазерах с инерционным насыщающимся поглотителем и применение фемтосекундного излучения для объемной модификации полимеров

• Автор: Корытин, Алексей Иванович
• Шифр специальности: 05.27.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 138 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Теоретические аспекты формирования фемтосекундных импульсов в
твердотельных лазерах с инерционным насыщающимся поглотителем
1Л. Теоретические модели фемтосекундных лазеров с пассивной синхронизацией мод
1.2. Диссипативные оптические солитоны
1.3. Самонастройка диссипативных оптических солитонов на нулевое
значение дисперсии второго порядка
1.4. Численные расчеты генерации фемтосекундных импульсов
в твердотельных лазерах с инерционным насыщающимся поглотителем
Глава 2. Экспериментальные исследования фемтосекундных лазеров с насыщающимся брэгговским отражателем
2.1. Фемтосекундные лазеры с диодной накачкой и полупроводниковыми насыщающимися поглотителями
2.2. Cr:LiSGAF лазер с насыщающимся брэгговским отражателем (НБО)
2.3. Комбинированная синхронизация мод в Ti:sapphire лазере
с керровской линзой и НБО
Глава 3. Трехмерная контролируемая модификация полимеров излучением фемтосекундного Ti:sapphire лазера
3.1. Объемная модификация прозрачных диэлектриков фемтосекундными импульсами
3.2. Модификация внутренней структуры полиметилметакрилата (ПММА), допированного спиропираном

3.3. Модификация внутренней структуры недопированного ПММА
Заключение
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Одним из наиболее ярких направлений в современной фемтосекундной оптике является исследование модификации физических свойств вещества при нелинейном воздействии на его внутреннюю структуру сверхкороткими оптическими импульсами. Преимущества фемтосекундного излучения связаны с максимальной концентрацией лазерной энергии и локализацией возбуждения в произвольном месте объема вещества за счет многофотонных процессов. В конце 90-х годов в ряде экспериментов было показано, что острая фокусировка мощных фемтосекундных импульсов позволяет осуществлять локализованную структурную модификацию прозрачных диэлектриков в виде объемных точек [1] и протяженных каналов [2] с микронным и субмикронным разрешением. В наших экспериментах [3-10] было показано, что аналогичная модификация происходит при воздействии на полимеры излучением фемтосекундного лазера с низкой энергией и высокой частотой следования импульсов. Тем самым открывается реальная возможность создания сложных трехмерных структур с большим количеством элементов, которые представляют значительный интерес для различных микро- и нанотехнологий, при разработке перспективных систем хранения информации, элементов интегральной оптики и фотонных кристаллов.
Основным источником фемтосекундных оптических импульсов являются лазеры с пассивной синхронизацией мод. Для генерации сверхкоротких импульсов в лазерах нужно обеспечить выполнение трех условий. Во-первых, лазерная среда должна обладать широкополосным усилением. Во-вторых, в резонаторе лазера должна быть скомпенсирована дисперсия собственных частот продольных мод. В-третьих, необходим эффективный механизм самосинхронизации мод лазера. Теоретические

(1.2.10) - (1.2.12) допускает точное интегрирование, в результате которого для распределений энергии, амплитуды и частоты имеем
и = 1 + ЬтЬ( + р, (1.2.18)

42(а%У4 + р)
0. = -Щ, (1.2.20)
При учете д2в/д%2 решение (1.2.18) - (1.2.20) нарушается при Е,3 а < 0.3, и в области % < 0 должно сшиваться с Эйриевой ассимптотикой полной линеаризованной системы. Эта сшивка определяет константы аир, бывшими произвольными в аналитическом выражении (1.2.18) - (1.2.20). Численная процедура решения задачи на собственные значения дает распределение поля (Рис. 1.2.1), прекрасно совпадающее с (1.2.18) - (1.2.20) практически во всей энергосодержащей области (ср. и() для аналитического и численного решений на Рис. 1.2.1с). При этом параметры моды оказываются следующими: а(0) = 0.478; р(0) = 2.96. Таким образом, в широкополосной активной среде с волновой дисперсией существуют самоускорякяциеся локализованные волновые структуры (авто-солитоны) со стационарным профилем огибающей и непрерывно смещающимся в область больших групповых скоростей частотным спектром. Существование и свойства таких автосолитонов не зависят от закона дисперсии групповой скорости, как видно из выражений (1.2.8), (1.2.9) при замене 5 —> - 8 меняется лишь знак частоты (вперед выбегают гармоники с меньшими О).
Обнаруженные оптические автосолитоны не имеют аналогов в физике консервативных нелинейных сред. Они напоминают скорее автоволны горения [62] или ионизации [63], когда диссипативные свойства системы не только определяют структуру, но и