Взаимодействие остросфокусированного фемтосекундного лазерного излучения с воздушной, жидкой и жидкокапельной средами

• Автор: Быкова, Елена Евгеньевна
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 119 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I ФИЛАМЕНТАЦИЯ СФОКУСИРОВАННОГО

УЛЬТРАКОРОТКОГО ИМПУЛЬСА ТНвАРРИШЕ ЛАЗЕРА НА

ДВУХ ГАРМОНИКАХ В ВОЗДУХЕ

1.1 Влияние мощности импульса ТнБаррЫге лазера на двух

гармониках на пространственные характеристики филаментов

1.1.1 Методика и результаты экспериментов

1.1.2 Интерпретация экспериментальных данных

1.2 Влияние размера апертуры светового пучка на пространственные характеристики области филаментации мощного остросфокусированного фемтосекундного лазерного излучения
в воздухе
1.2.1 Схема и методика эксперимента
1.2.2 Пространственные характеристики области филаментации для различных размеров пучков
1.2.3 Интерпретация экспериментальных данных по пространственным характеристикам области филаментации в зависимости от
диаметра лазерного пучка
Выводы по первой главе
ГЛАВА II ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ УЛЬТРАКОРОТКИХ ЛАЗЕРНЫХ ИМПУЛЬСОВ С КАПЕЛЬНЫМИ СРЕДАМИ
2.1 Схема и методика проведения экспериментов по исследованию взаимодействия ультракоротких лазерных импульсов
с одиночными каплями миллиметровых размеров
2.2 Испарение и взрывное вскипание водных капель под действием мощного фемтосекундного лазерного излучения

2.3 Спектральные характеристики свечения капель в поле мощных фемтосекундных лазерных импульсов
2.4 Свечение морского аэрозоля под действием ультракоротких импульсов Ті:8арр1ііге лазера на первой и второй гармониках
Выводы по второй главе
ГЛАВА III ФИЛАМЕНТАЦИЯ УЛЬТРАКОРОТКИХ ЛАЗЕРНЫХ ИМПУЛЬСОВ С ДЛИНАМИ ВОЛН 800 И 400 НМ В СПЛОШНЫХ
ЖИДКИХ СРЕДАХ
3.1 Методика проведения экспериментов по исследованию трансформации пространственных и спектральных характеристик лазерных импульсов при их филаментации в сплошных жидких
средах
3.2 Результаты экспериментов по исследованию трансформации пространственных и спектральных характеристик лазерных импульсов при их филаментации в жидких средах
Выводы по третьей главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Развитие нового перспективного направления лазерной физики - оптики ультракоротких лазерных импульсов - стимулировало широкий фронт исследований в области взаимодействия лазерного излучения с различными средами. В середине XX в. были достигнуты параметры лазерных импульсов, позволяющие проводить исследования самофокусировки и филаментации в воздухе, что представляет значительный интерес для задач атмосферной оптики. К настоящему времени достигнуты мощности излучения, при которых становится возможной реализация на протяженных атмосферных трассах таких нелинейно-оптических эффектов, как филаментация лазерного пучка, генерация суперконтинуального свечения, неупругое рассеяние на аэрозолях, генерация высших гармоник и т.д. Возникла необходимость изучения взаимодействия такого излучения с газовыми, жидкими и аэрозольными средами для создания количественных моделей реализуемых эффектов, а также возможностей их использования в задачах атмосферной оптики и оптики океана. Среди них следует отметить проводку молниевых разрядов по заданной траектории, многочастотное зондирование параметров атмосферы, диагностику воздуха и воды на основе лазерной индуцированной плазмы и т.д. Особое место занимает задача управления положением и пространственными характеристиками области филаментации, которые, в основном, и определяют трансформацию пространственных и спектральных характеристик лазерных пучков при филаментации. Одним из наиболее эффективных способов такого управления являются фокусировка пучка и изменение его апертуры. Проведение экспериментов, направленных на установление количественных связей между исходными характеристиками излучения и наведенными при филаментации свойствами атмосферного канала распространения, несомненно, актуально в настоящее время.
Цель и задачи исследования
Целыо работы является установление количественных связей параметров сфокусированных мощных лазерных импульсов с пространственными характеристиками области филаментации и спектрами свечения жидких и жидкокапельных сред для задач нелинейной фемтосекундной оптики атмосферы.

коллимированному пучку на выходе телескопа. Расстояние между линзами рассчитывалось по формуле: Р = /}/>(// + /2 - О)'1, где Р - фокусное расстояние телескопа, // и /2 - фокусные расстояния зеркал телескопа. В данном случае для Р = со, что соответствует коллимированному пучку, база И = 250 мм для любой последовательности фокусирующей и рассеивающей линз. Пучок с диаметром 2,5 мм вырезался из исходного диафрагмой 12. Данные по пространственным характеристикам филаментов, формируемых при фокусировке пучков диаметром 7 мм, взяты из экспериментов, описанных в предыдущем параграфе, при работе с другим лазерным источником.

nJa J
Рисунок 1.13 - Схема эксперимента. 1 - лазерная система (Spitfire Pro40F, Spectra Physics); 2 - ослабитель; 3, 9, 10 - поворотные пластины; 4 - автокоррелятор (PSCOUT PL-SP-LF, Spectra Physics); 5 - преобразователь гармоник 05-ВаВ2О4); 6 - телескоп с линзами /= 500мм (7) и (8) с /= -250мм; 11 - измеритель энергии (Spectra Physics 407А); 12 - диафрагма dQ = 2,5 мм; 13 - измеритель профиля пучка (Newport LBP-HR); 14 - фокусирующая линза/= 200 мм; 15 - CCD-камера («Видеоскан-285/n-USB»); 16 -фотокамера (Sony DSC-F828); 17 - линейный поляризатор (LPVIS100, THORLABS); 18-экран; 19 - область филаментации [41].
Энергия и профиль пучка измерялись после прохождения телескопа или диафрагмы перед фокусирующей линзой 14. Регистрация плазменного филамента проводились при одинаковых значениях энергии и мощности лазерного импульса для разных диаметров пучков.
Измеренный с использованием 13 энергетический профиль лазерного пучка на первой гармонике представлен на рисунке 1.14. Видно, что профиль близок к гауссову