Закономерности фазовой самомодуляции и сверхуширения спектров оптических импульсов из малого числа колебаний в нелинейных диэлектрических средах

• Автор: Дроздов, Аркадий Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 120 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
ГЛАВА 1. Особенности фазовой самомодуляции и уширения спектров оптических импульсов в нелинейных диэлектрических средах (обзор)
1Л. Особенности фазовой самомодуляции и уширения спектров сверхкоротких оптических импульсов
1.2. Особенности фазовой самомодуляции и сверхуширения спектров оптических импульсов из малого числа колебаний
ГЛАВА 2. Уравнения динамики поля оптических импульсов в нелинейных диэлектрических средах
2.1. Уравнение динамики поля оптических импульсов из малого числа колебаний в однородной изотропной диэлектрической среде с безынерционной кубической нелинейностью
2.2. Предельный переход от уравнения динамики поля оптического импульса из малого числа колебаний к уравнениям динамики огибающих ква-зимонохроматических импульсов в нелинейных средах
2.3. Нормировка уравнения динамики поля оптического импульса из малого числа колебаний в нелинейной диэлектрической среде
ГЛАВА 3. Изменение закономерностей самовоздействия оптических импульсов из малого числа колебаний при уменьшении этого числа вплоть до одного-двух в однородных изотропных диэлектрических средах с безынерционной кубической нелинейностью

3.1. Изменение закономерностей самовоздействия оптических импульсов из малого числа колебаний при уменьшении этого числа вплоть до всего одного при нелинейной длине много меньшей дисперсионной и дифракционной длин
3.2. Изменение закономерностей самовоздействия оптических импульсов из малого числа колебаний при уменьшении этого числа вплоть до всего одного при соизмеримых нелинейной и дисперсионной длинах, но много меньших дифракционной длины
3.3. Особенности изменения характера спектрального уширения оптических импульсов из-за фазовой самомодуляции при уменьшении в них числа колебаний оптического поля вплоть до одного-двух
ГЛАВА 4. Закономерности самовоздействия параксиальных пучков из малого числа колебаний в нелинейных диэлектрических средах
4.1. Особенности коллимации и фокусировки параксиального волнового пакета, получаемого при дифракции в дальней зоне исходно однопериодной волны
4.2. Закономерности самовоздействия сфокусированного однопериодного параксиального волнового пакета в нелинейной оптической среде
Заключение
Благодарности
Основные работы, опубликованные по теме диссертации
Список литературы
Приложение 1. Методика численных решений уравнения динамики поля оптических импульсов из малого числа колебаний в прозрачных однородных изотропных диэлектрическоих средах с нерезонансными дисперсией и безынерционной кубической нелинейностью

ВВЕДЕНИЕ
Развитие методов сокращения длительностей лазерных импульсов привело к созданию лазерных систем, генерирующих оптическое излучение фемтосекундного [1-8] (1 фс = 10-15 с) и ещё более короткого аттосекундного [9-16] (1 ас = 1СГ18 с) временных диапазонов. В настоящее время уже обсуждаются возможности получения импульсов зептосекундной длительности [17-19] (1 зс = 10-21 с), что соответствует характерным временам для ядерных процессов, и даже йоктосекундного диапазона [20-22] (1 ис = 10~24 с), за времена которого происходят явления рождения и распада нестабильных элементарных частиц.
Сегодня многие научные группы научились получать оптические импульсы, содержащие лишь одно-два полных колебания электромагнитного поля [6,23-33]. Импульсы, содержащие не более одного десятка колебаний оптического поля, в научной литературе часто называют предельно короткими (ПКИ) и выделяют их среди пико- и фемтосекундных импульсов из большого числа колебаний поля, к которым применяют термин “сверхкороткие импульсы”. Следует отметить, что под предельно малым подразумевают именно число колебаний электромагнитного поля, а не саму длительность импульса. Импульсы из малого числа колебаний сегодня находят широкое применение в самых разнообразных областях исследований. Например, взаимодействие ПКИ с атомами инертных газов может приводить к генерации высших гармоник основной частоты [34-39], простирающихся до мягкого рентгена. На основе нелинейнооптических взаимодействий интенсивных предельно коротких лазерных импульсов стала возможной генерация аттосекундных импульсов [40-44] ультрафиолетового диапазона спектра, использование которых сегодня позволяет рассмотреть динамику движения электронов в молекулах в масштабе реального времени. Распространение ПКИ в нелинейных средах также приводит к образованию излучения со сверхшироким спектром или генерации спектрального суперконтинуума [45], которое сегодня активно используется в оптических системах сверхбыстрой передачи информации [46,47], спектроскопии [48-50] и

волн из малого числа осцилляций, интегральное слагаемое, описывающее дифракцию, было записано в другом, более часто используемом виде эквивалентного обратного оператора:
^ [ є(г,х,у, і') ехр (йі?0(£ — і')) ^ *
і д_ ді

є(г,х,у,і), (2.9)
В справедливости (2.9) несложно убедиться, применив к его правой и

левой частям прямой оператор
[166].
1 Н ~п?
Шо ОТ
При обсуждении соотношения уравнения (2.1) с уравнениями для огибающих отметим также, что подстановка в (2.1) выражения
Е(г, х, у, і) = ^єШо(г, х, у, і) ехр(і{к0г - шо*))+ +“£зШо(2, х, у, і) ехр(і(к(3ш0)г - 3ш0і)) + к.с.,
(2.10)
где еШо(г,х,у^), £зш0(г, х, у, I) - рассматриваются как огибающие квазимоно-хроматических импульсов с несущими частотами и Зшп, после характерных для метода медленно меняющихся огибающих упрощений приводит к другим хорошо известным уравнениям взаимодействия в нелинейной среде волны накачки и генерируемой в её поле третьей гармоники:

1 дєш„ , ./32„п<92є(
дг УШо ді

дєзио
(кШо|2 + 2|гза;0|2) ЄШ0 + є**оє3шо ехр {г (к (Зи;0) - Зк0) г) /%3шо д2є3шо
дг V*
2к0А±Є“°

П3шо ді 2 ді2 з (кззді2 + 2|<гШо|2) £3шо + 40 ехр {і (Зко - к (За*о)) г)
6к0А±£3ио
(2.11)
где К
а/о,За;о
дк (а;) ди
-■ = (Рк(и)
^ V З"2 /
и о,Зс^о
Таким образом, используемое в настоящей работе уравнение динамики электрического поля излучения (2.1) отвечает принципу соответствия и включает, как частный случай, хорошо известные уравнения эволюции огибающих