Взаимодействие мощного фемтосекундного лазерного импульса с воздушной и капельной средами. Эффективные характеристики оптических полей

• Автор: Булыгин, Андрей Дмитриевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 128 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1. Распространение мощного лазерного импульса фемтосекундной

длительности в режиме одиночной филаментацни в воздухе

1.1. Физические принципы самофокусировки в режиме одиночной филаментацни

1.2. Основные закономерности эволюции эффективных параметров мощного фемтосекундного лазерного излучения в воздухе
1.3. Эволюция эффективных параметров мощного фемтосекундного лазерного излучения и его фи ламентация
1.4. Коэффициент распространения и интегралы движения для нелинейного уравнения Шредингера

1.5. Выводы по главе

Глава 2. Распространение мощного лазерного импульса фемтосекундной

длительности в режиме множественной филаментацни в воздухе

2.1. Особенности эволюции мощного фемтосекундного импульса
в воздухе в режиме множественной филаментацни
2.2. Уравнения для функции Вигнера
2.3. Режим оптической турбулентности
2.4. Уравнения для угловых моментов функции Вигнера
2.5. Эволюция эффективных параметров мощного фемтосекундного лазерного излучения в режиме оптической турбулентности
2.6. Выводы по главе
Глава 3. Взаимодействие фемтосекундного лазерного излучения
с активными молекулами, помсщеными в каплю
3.1. Взаимодействия атомной системы с нестационарным лазерным излучением
3.2. Уравнения для функции Вигнера в базисе собственых мод резонатора
3.3. Поляризация и восприимчивость среды, содержащей активные молекулы

3.4. Сечение рассения капли, содержащей активные молекулы
3.5. Раман-рассеяние из открытого сферического резонатора
в нестационарном режиме облучения
3.6. Выводы по главе
Глава 4. Особенности флуоресценции органических молекул из капли
под действием фемтосекундного лазерного импульса при двухфотонном поглощении
4.1. Уравнения для населенностей и спектральной плотности мод резонатора
4.2. Спонтанное излучение органических молекул из капли
в режиме двухфотонного поглощения
4.3. Порог возникновения суперфлуоресценции органических молекул из капли при двухфотоновом поглощении фемтосекундного лазерного излучения
4.4. Численное решение уравнения для населенностей и спектральной плотности светового поля в капле
4.5. Выводы по главе
Заключение
Приложение
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Уникальные свойства мощного фемтосекундного лазерного излучения указывают на перспективы использования фемтосекундных лазерных систем в атмосферных исследованиях [1-4]. В списках проблем, которые предполагается решить с помощью фемтосекундных лазерных технологий в атмосфере, стоят такие, как лазерный мониторинг природных и техногенных сред [1], молниезащита [2].
Определенный раздел данных исследований связан с изучением взаимодействия света ультракороткой длительности и высокой интенсивности с атмосферным капельным аэрозолем [1]. Здесь возникает возможность возбуждения в жидких микрочастицах нелинейных эффектов, таких как многофо-тонно-стимулированная флуоресценция [5], вынужденное комбинационное рассеяние [6]. Использование данных эффектов для целей диагностики химического состава аэрозолей представляется практически важным [7]. Микрочастицы также являются перспективными объектами для ряда научных технологий: многофотонно-возбужденная спектроскопия, Раман-спектроскония, а также для оптоэлектроники [5-7].
Распространение мощного лазерного излучения сверхкороткой длительности в атмосфере сопровождается нестационарной самофокусировкой внутренних областей пучка, что приводит к последующему формированию тонкой структуры интенсивности лазерного излучения с характерными поперечными масштабами 75-150 мкм филаментации пучка [2, 3]. Также возникают самофокусировка пучка в целом (глобальная самофокусировка) [2, 8] и последующая дефокусировка излучения [2, 9]. В атмосферной оптике актуальна задача установления универсальных соотношений для энергетических характеристик лазерных пучков фемтосекундной длительности, распространяющихся на различных трассах [9]. Это дает возможность осуществить прогнозирование распространения фемтосекундных лазерных импульсов на различные дистанции, вплоть до дистанций, сравнимых с дифракционной длиной

обеспечивает простую взаимосвязь между эффективными параметрами пучка Я] и Те во второй пространственной зоне самовоздействия фемтосекундного импульса. При этом, однако, параметр у остается не определенным.
Для нахождения параметра у используем результаты численного решения задачи (1.3)—(1.6) по методике, описанной в [29]. Так, для лазерных импульсов с начальным гауссовым пространственно-временным профилем и следующими параметрами: длина волны А,0 = 810 им, длительность ф = 80 фс, радиус /?0= 1 мм, пиковая мощность Р0 = 5Рсп 10Рсп 15РСГ, начальный радиус кривизны фазового фронта Р=2ЬК, найдено, что у ~ 1,3- 10 5 и не зависит от величины Р0.
Для построения функции Я; по формулам (1.19) и (1.20) аппроксимируем функцию Ва функцией вида
£>>') = 0(Д - 4)Я(%.)( 1 ~ (1 + Ч(г' ~ 4)2)"' )(»(*№ - 0 -24)
Для каждой из этих зависимостей построены соответствующие аппрок-симационные кривые, по которым в соответствии с формулами (1.20)-(1.24) получены функции (рис. 1.3 и 1.4).