Каналирование и сверхуширение частотного спектра мощных оптических импульсов при генерации электронной плазмы в прозрачных диэлектриках

• Автор: Вислобоков, Никита Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 143 с. : ил.

ГЛАВА 1. КАНАЛИРОВАНИЕ МОЩНОГО ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ПРОЗРАЧНЫХ ДИЭЛЕКТРИКАХ ТИПА САПФИР, КВАРЦЕВОЕ СТЕКЛО
1.1. Взаимодействие мощной электромагнитной волны с кристаллом диэлектрика
1.2. Численное исследование влияния многофотонной и лавинной ионизации на эволюцию высокоинтенсивного светового импульса в диэлектрике
1.3. Формирование высокоинтенсивного фемтосекундного квазисолитона в прозрачных диэлектриках
1.4. Дифференцированный вклад многофотонного поглощения и плазменной дефокусировки в эволюцию лазерного пучка в кристалле диэлектрика
1.5. Параметрическая обусловленность процессов формирования и распространения высокоинтенсивных фемтосекундных квазисолитонов
ГЛАВА 2. ПУЛЬСИРУЮЩИЙ КАНАЛ РАСПРОСТРАНЕНИЯ МОЩНОГО СВЕТОВОГО ИМПУЛЬСА В КВАРЦЕВОМ СТЕКЛЕ
2.1. Распространение мощного лазерного излучения в прозрачных диэлектриках на большие расстояния в пульсирующем канале при индуцированной ионизации среды
2.2. Аналитическая модель эволюции сверхмощного светового импульса в кристалле диэлектрика с учётом его фотоионизации (многофотонной, лавинной и туннельной ионизаций) сильной электромагнитной

ВОЛНОЙ
2.3. Каналирование серии сверхкоротких мощных лазерных импульсов в кварцевом стекле

ГЛАВА 3. ГЕНЕРАЦИЯ НИЗКО- И ВЫСОКОЧАСТОТНОГО КОНТИНУАЛЬНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ФЕМТОСЕКУНДНЫМИ ИМПУЛЬСАМИ В КВАРЦЕВОМ СТЕКЛЕ
3.1. Механизмы генерации континуального излучения в широкозонных прозрачных диэлектриках
3.2. Эволюция сверхмощного (Р-т /Рсг > 10) ультракороткого лазерного импульса в кварцевом стекле при генерации континуального излучения
3.3. Анализ физической природы процессов, приводящих к получению континуальных компонент частотного спектра
ПРИЛОЖЕНИЕ А. ФОРМИРОВАНИЕ ОТРАЖЁННОЙ ВОЛНЫ ПРИ
РАСПРОСТРАНЕНИИ МОЩНОГО СВЕТОВОГО ИМПУЛЬСА
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

В последние годы большой научный и практический интерес вызывают исследования нелинейного распространения и эволюции мощных ультракоротких оптических импульсов в твёрдых телах, когда сильно проявляется влияние ионизационных процессов в диэлектрике. Особое внимание уделяется изучению каналирования электромагнитного излучения в прозрачных диэлектриках типа сапфир и кварцевое стекло, когда пространственная локализация профиля импульсного пучка сохраняется (наблюдается квазисолитонный или пульсирующий режим распространения). Этому способствуют дефокусирующие свойства лазерно-индуцированной электронной плазмы, благодаря которым устраняется коллапс поля при самофокусировке. Заметим, что по мере того, как величина интенсивности поля достигает пороговых значений (пороговых для лазерно-индуцированного пробоя материала), множество сложных физических процессов начинают действовать сообща, и поэтому трудно определить влияние каждого из них в отдельности [1-12].
До проведения опытов по распространению в различных средах мощного лазерного излучения фемтосекундной длительности считалось, что неминуемым последствием распространения такого излучения является коллапс, влекущий за собой оптический пробой. Различные виды коллапса уже наблюдались во многих областях физики. Многие исследования были посвящены определению величины энергии, достаточной для оптического пробоя, и динамике изменения пространственно-временного профиля импульса в процессе коллапса. Однако при проведении экспериментов с УК (фемтосекундными) импульсами коллапс наблюдался далеко не всегда, а в ряде случаев было отмечено выдающееся сопротивление среды повреждению при взаимодействии светового пучка с оптически прозрачными материалами: стеклом, сапфиром, фторсиликатом магния и кварцевым стеклом. Такие результаты, безусловно, привлекли внимание учёных к этому вопросу [1-6,9, 10,13-15,16].

соответствующих параметров газообразных сред. Поэтому их влияние сказывается уже на малых длинах распространения.
Исследуем детально влияние нормальной дисперсии групповой скорости на квазиволноводный режим распространения УКИ в диэлектрической среде с керровским типом нелинейности при входной мощности порядка критической (Ры = (l.l-H.2)Pcr). В процессе моделирования следим, чтобы выполнялись законы сохранения.
При варьировании коэффициента ДГС от больших для прозрачных диэлектриков значений (1500фс2/см) до сравнительно малых (350 фс2/см) и наконец до До=0, учитывалась ее спектральная зависимость. В расчётах считаем, что плотность ПСЭ под действием мощной электромагнитной волны изменяется со скоростью (1.18). При используемых значениях входной мощности не происходит расщепления УКИ на отдельные субимпульсы, наблюдаемого при Р » 3Рсг, в условиях филаментации, а также в условиях воздействия большой нормальной ДГС. Результаты расчетов представлены на рисунке 1.20. При варьировании коэффициента fîD параметры лазерного излучения, проведя ряд предварительных численных расчётов, подбираем так, чтобы импульс распространялся как квазисолитон на одну дифракционную длину.
Форма мощного фемтосекундного лазерного квазисолитонного пучка в процессе распространения сохраняется, однако обратим внимание на то, что равновесие между самофокусировкой и дефокусировкой на ПСЭ динамическое - интенсивность квазисолитона постоянно претерпевает некоторые изменения. Эти изменения особенно важны в самой высокоэнергетической части импульсного пучка - в его пиковой части и, соответственно, наиболее значимыми будут флуктуации пиковой интенсивности квазисолитона.
Проведённые компьютерные эксперименты с варьируемым PD показали, что с ее уменьшением от 1500фс2/см до 361 фс2/см наблюдалось соответственно и уменьшение флуктуаций интенсивности в квазиволноводе