Особенности распространения ультракоротких лазерных импульсов в линейных и нелинейных средах

• Автор: Гуляев, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 136 с. : ил.

Содержание
Введение

Г лава 1. Литературный обзор

Глава 2. Особенности распространения в линейных средах: модель гармонического осциллятора

2.1. Общая постановка задачи

2.2. Модель линейного осциллятора

2.3. Результаты и обсуждение

Глава 3. Особенности распространения в модельной нелинейной среде: модель двухуровневого атома

3.1. Модель двухуровневого атома

3.2. Резонансный случай

3.3. Нерезонансный случай

3.4. Эволюция спектра импульса
Глава 4. Взаимодействие ультракороткого лазерного импульса с нарой двухуровневых атомов в условиях наличия межатомного взаимодействия
4.1. Атомы в условиях взаимодействия
4.2. Приближение сильного поля
4.3. Подавление поляризационного отклика
Глава 5. Распространение ультракоротких лазерных импульсов в молекулярной среде, характеризующейся ориентационной нелинейностью
5.1. Постановка задачи
5.2. Поляризационный отклик и выстраивание молекул
5.3. Аналитическая теория
5.4. Сравнение аналитического и точного численного решения
5.5. Самовоздейсвие импульса при распространении
Заключение
Литература

Введение
Прогресс экспериментальной техники, позволивший достичь получения лазерных импульсов с рекордными значениями длительности и интенсивности, открывает широкие возможности для наблюдения новых физических эффектов в задачах взаимодействия лазерного излучения с веществом. Так, лазерные импульсы, получаемые с помощью титан-сапфирового лазера на длине волны 780-800 нм, могут иметь абсолютную длительность всего 6-8 фс, что соответствует двум - трем оптическим циклам лазерного поля. При этом интенсивность подобных импульсов может достигать величины
/ = 1014 -И016 ^Щг и выше. Такие импульсы находят множество различных

практических применений, наиболее актуальным из которых, является исследование и визуализация динамики атомно-молекулярных систем и процессов с высокими пространственным и временным разрешением. Именно длительность импульса в этом случае является принципиально важной характеристикой, которая и определяет уровень временного разрешения, а значит и практической значимости конкретной технологии. Параллельно экспериментально исследуются также возможности высокоточного контроля квантовых систем при помощи описанных лазерных импульсов, их влияние на протекание химических реакций, а также возможности получения информации о свойствах среды (зондирование) в экспериментах типа «ритр-ргоЬе». При этом оказывается необходимым с высокой точностью предсказывать эволюцию, стабилизировать и контролировать уникальные характеристики воздействующего на среду ультракороткого лазерного импульса, как в процессе его «доставки» к месту применения, так и при его распространении в среде. В связи с этим задача о распространении ультракоротких импульсов в материальных средах приобретает особое значение.
Традиционные приближенные подходы к описанию распространения лазерного излучения такие как приближения теории дисперсии, метод

Таким образом, получаем, что одна из констант в общем решении будет равна нулю: С2(а) = 0, а вторая совпадает со спектром импульса на границе среды:
С1(а>) = Е0((о).
Полученные результаты легко обобщаются на случай, когда исследуемая среда состоит из осцилляторов, обладающих различными собственными
частотами колебаний (О0]. Для этого достаточно ввести весовые концентрации
Ы - в выражении для комплексного показателя преломления (2.12):
л»=і+—Е 2 .. (2-13)
т у <Уоу -со л- 2гусо
В данной работе рассматривается среда, имеющая единственную
собственную частоту с целью как можно более полного отдельного
исследования влияния каждого из перечисленных эффектов на распространение ультракороткого импульса.
Конкретное значение максимальной интенсивности лазерного импульса совершенно не существенно для задачи распространения в линейной среде, однако мы выберем его достаточно небольшим, чтобы действительно можно
Л ~ „ Т сЕ п Вт
было считать среду линеинои: /0 =-----= 10
8 к см
2.3. Результаты и обсуждение
Особенности ультракоротких импульсов, такие как широкий частотный спектр и неадиабатичность нарастания электрического поля в импульсе, сказываются на характере процесса распространения таких импульсов в среде. Большая начальная ширина спектра импульса приводит к тому, что различные спектральные компоненты распространяются в среде с разными скоростями. Поглощение еще более усиливает дисперсионное расплывание импульса во времени и в пространстве. Целая группа частот, находящаяся вблизи резонанса среды, наиболее интенсивно взаимодействует со средой, эффективно