Взаимодействие лазерных импульсов нано- и фемтосекундной длительности с микро- и нанодисперсными средами

• Автор: Землянов, Алексей Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 195 с. : 86 ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Резонансы оптического поля в сферических частицах

1.2 Вынужденное рассеяние света в сферических частицах

1.3 Пороги возникновения вынужденного рассеяния в частицах

1.3.1 Вынужденная флуоресценция

1.4 Угловые характеристики поля вынужденного рассеяния

от прозрачных сферических частиц

1.5 Флуоресценция органических молекул в сферических частицах

и каплях при фемтосекундном возбуждении

1.6 Формирование вынужденного излучения в нанодисперсных активных средах
1.6.1 Лазеры на базе нанодисперсных активных сред
1.6.1.1 Random laser в растворах и пленках красителей с наночастицами
1.6.2 Механизмы формирования зон повышенной интенсивности оптических полей вблизи поверхности наноструктур
1.6.2.1 Эффект молниеотвода (lightning-rod effect)
1.6.2.2 Антенный эффект
1.6.2.3 Поверхностные плазмонные резонансы в металлах
1.6.3 Влияние размера и формы наночастиц на их спектральные
характеристики
1.6.3.1 Отдельные металлические частицы
1.6.3.2 Агломераты металлических наночастиц
1.6.4 Фотопроцессы вблизи металлических наноструктур
1.6.4.1 Усиление комбинационного рассеяния (эффект гигантского комбинационного рассеяния)
1.6.4.2 Флуоресценция вблизи наноструктур
1.6.4.3 Эффекты суперфлуоресценции и генерации в растворах красителей с наноструктурами
Краткие выводы к главе

ГЛАВА II СВЕЧЕНИЕ АЭРОЗОЛЯ С КРАСИТЕЛЕМ ПРИ ОДНОФОТОННОМ ПОГЛОЩЕНИИ ЛАЗЕРНЫХ ИМПУЛЬСОВ НАНОСЕКУНДНОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ
2.1 Экспериментальные исследования флуоресценции в облаке аэрозоля с красителем
2.2 Статистический анализ сигналов свечения возбужденного полидисперсного аэрозоля с красителем
2.3 Усиление излучения ВКР в полидисперсном аэрозоле с красителем
2.4 Обнаружение гептила в аэрозоле флуоресцентными
методами
2.4.1 Свойства гептила как мобильного экотоксиканта
2.4.2 Современные методы обнаружения гептила в
атомосфере
2.4.3 Спектрально-люминесцентные и генерационные свойства
красителей в присутствии НДМГ в растворах и в состоянии аэрозоля
Краткие выводы к главе
ГЛАВА III ФЛУОРЕСЦЕНЦИЯ В МИЛЛИМЕТРОВЫХ КАПЛЯХ С КРАСИТЕЛЕМ ПРИ ОДНОФОТОННОМ И ДВУХФОТОННОМ ВОЗБУЖДЕНИИ ЛАЗЕРНЫМИ ИМПУЛЬСАМИ НАНОСЕКУНДНОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ
3.1 Экспериментальная установка
3.2 Особенности спектра спонтанной флуоресценции красителя в миллиметровых каплях
3.3 Спектральные, энергетические и временные характеристики флуоресценции миллиметровых капель с красителем
3.4 Угловые характеристики флуоресценции
в миллиметровых каплях
3.5 Флуоресценция капель с красителем
при двухфотонном поглощении лазерных
импульсов наносекундной длительности
3.6 Энергетические и временные характеристики свечения капли
с Р6Ж при двухфотонном возбуждении
3.7 О возможном проявлении кооперативных эффектов излучения
в каплях с красителем при интенсивных накачках
Краткие выводы к главе

ГЛАВА IV СВЕЧЕНИЕ МИЛЛИМЕТРОВЫХ КАПЕЛЬ С КРАСИТЕЛЕМ ПРИ ВОЗБУЖДЕНИИ
ВЫСОКОИНТЕНСИВНЫМИ ЛАЗЕРНЫМИ ИМПУЛЬСАМИ ФЕМТОСЕКУНДНОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ
4.1 Экспериментальная установка и методика измерений
4.2 Спектральные и энергетические характеристики излучения
капли с красителем
4.3 Угловое распределение энергии суперфлуоресценции в каплях при двухфотонном поглощении нано- и фемтосекундных лазерных импульсов
4.4 Результаты измерений акустических откликов от капли с красителем
4.5 Оценки величин сечения и интенсивности флуоресценции аэрозольных частиц с органическими молекулами при
облучении их фемтосекундными лазерными импульсами
4.5.1 Основные соотношения
4.5.2 Порог
суперфлуоресценции
Краткие выводы к главе
ГЛАВА V ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВЫСОКОИНТЕНСИВНЫХ ФЕМТОСЕКУНДНЫХ ЛАЗЕРНЫХ ИМПУЛЬСОВ С ВОДНЫМИ КАПЛЯМИ И АЭРОЗОЛЕМ
5.1 Физический сценарий фемтосекундного взрыва жидкой
частицы
5.2 Результаты экспериментов по взаимодействию лазерных фемтосекундных импульсов гигаваттной мощности с жидкокапельными средами
5.3 Взрыв и свечение водных капель при облучении лазерными импульсами фемтосекундной длительности
5.4 Экспериментальная установка и методика проведения измерений по распространению фемтосекундного
лазерного импульса в аэрозоле
5.5 Результаты исследований по распространению фемтосекундного лазерного импульса в аэрозоле
Краткие выводы к главе

Si02- Заметим, что длина волны используемого излучения накачки (X ~ 1,06 мкм) и спектр свечения двухфотонно возбужденного красителя Р6Ж лежат вне области плазмонных резонансов наночастиц Ag. Тогда причиной наблюдаемого существенного (на порядок величины) понижения порога генерации в капле с раствором Р6Ж и наночастицами серебра является реализация в капле режима "random laser" за счет многократного рассеяния на наночастицах Ag.
Двухфотонное возбуждение капель с красителем Р6Ж и наночастицами Ag фемтосекундным лазерным излучением с длиной волны 0,82 мкм, длительностью импульса 80 фс, частотой повторения импульсов 90 МГц, энергией в импульсе 3-5 нДж осуществлялось с помощью лазера на сапфире с титаном. Зарегистрированные спектры свечения капли соответствовали спектрам спонтанной флуоресценции Р6Ж, зависимость интенсивности свечения от интенсивности накачки имела квадратичный характер во всем диапазоне интенсивностей возбуждающего излучения (вплоть до интенсивности 200 МВт/см2). Таким образом, при двухфотонном возбуждении капель с этанольным раствором родамина 6Ж с концентрацией 10’3-10 2 моль/литр и наночастицами серебра фемтосекундными лазерными импульсами длительности 80 фс на длине волны 0,82 мкм генерации в капле во всем диапазоне интенсивностей излучения накачки (вплоть до интенсивности 200 МВт/см2) не наблюдалось [45 ].
В Заключении сформулированы основные научные результаты и выводы, полученные в диссертационной работе.