Управление временными характеристиками мощных фемтосекундных импульсов с помощью процесса генерации второй гармоники

• Автор: Миронов, Сергей Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 121 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1 Исследование нес тационарной генерации второй гармоники сверхмощного фемтосекундного излучения с учетом дисперсии и кубичной нелинейности
1.1 Дисперсионные эффекты в процессе генерации второй гармоники
1.1.1 Групповое разбегание и расплывание импульсов
1.1.2 Изменение длины группового разбегания импульсов в кристалле БКЭР
1.2 Влияние нелинейного набега фазы у волн первой и второй гармоники на эффективность преобразования в квазнстатнческом режиме генерации
1.2.1 Модель плоских монохроматических волн
1.2.2 Экспериментальное исследование эффективности преобразования во ВГ от направления распространения в нелинейном элементе
1.2.3 Временная модель генерации второй гармоники. Квазистатический режим ГВГ
1.2.4 Экспериментальные результаты
1.3 Совместное влияние кубичной нелинейности и дисперсионных эффектов
1.3.1 Сравнительный анализ генерации второй гармоники сверхмощного лазерного излучения с центральными длинами волн 800 им и 910 нм в кристалле КЭР..
1.3.2 Сокращение длительности и повышение временного контраста
Выводы
Г лава 2 Мелкомасштабная самофокусировка в процессе генерации второй гармоники сверхсильным лазерным полем
2.1 Линейная модель развития неустойчивости гармонических возмущений плоских монохроматических воли
2.1.1 Постановка задачи. Основные уравнения и граничные условия
2.1.2 Коэффициенты усиления гармонических возмущений
2.1.3 Оценки критического уровня шума в волне первой гармоники
2.2 Самофнльтрация лазерного излучения
2.2.1 Зависимость интегрального коэффициента усиления гармонических возмущений от угла видения нелинейного элемента
2.2.2 Усиление мощности шума
2.2.3 Экспериментальное исследование эффекта самофильтрации интенсивных лазерных импульсов
2.3 Нелинейный элемент удвоителя частоты как источник пространственных возмущений
2.3.1 Поверхностные источники шума. Коэффициенты усиления пространственных возмущений
2.3.2 Статистические характеристики шероховатости поверхности. Усиление мощности шума
2.3.3 Экспериментальное исследование развития мелкомасштабной самофокусировки от поверхностных источников шума
2.3.4 Рассеяние света на неоднородной структуре показателя преломления в процессе ГВГ сверхсилыюго лазерного поля. Линеаризованные уравнения и граничные условия
2.3.5 Моделирование неустойчивости плоских монохроматических волн в неоднородной анизотропной среде при учете квадратичной и кубичной нелинейности
Выводы
Глава 3 Измерение временного профиля интенсивности
3.1 Коррелятор третьего порядка для измерений временного профиля интенсивности
3.1.1 Принцип работы одноимпульсного коррелятора третьего порядка
3.1.2 Измерение ЛКФ интенсивности третьего порядка
3.1.3 Связь корреляционной функции и контраста
3.1.4 Экспериментальные результаты и выводы
3.2 Измеритель контраста на основе параметрического усилении
3.2.1 Экспериментальная установка и принцип работы
3.2.2 Наклон фронта интенсивности в призме
3.2.3 Особенности реализации процесса параметрического усиления
3.2.4 Сравнительный анализ нелинейных элементов из кристаллов КОР и ВВО для параметрического усилителя фемтосекундного излучения
3.2.5 Экспериментальные результаты
Выводы
Заключение
Введение
Применение технологии усиления чирпированных импульсов (Chirped Pulse Amplification CPA) при создании сверхмощных лазерных комплексов позволило получать оптическое излучение петаваттного уровня мощности [1-4]. Впервые петаваттный рубеж был преодолен в 1996 г. на лазерной системе [5], использующей технологию СРА в активных элемешах из неодимового стекла. Параметры выходного лазерного излучения были следующие: длительность 440 фс и энергия 600 Дж. В настоящее время пожалуй •самым грандиозным международным проектом по генерации ультракоротких сверхсильных лазерных импульсов является проект ELI (Extreem Light Infrastructure), целью которого является достижение пиковой мощности в диапазоне от 50 до 1000 ПВт при энергии в лазерном импульсе соизмеримой с кДж уровенем и длительностью менее 20 фс. Узкая полоса усиления в неодимовом стекле не позволяет дальше продвигаться в сторон)' увеличения пиковой мощности за счет сокращения длительности оптических импульсов. Наиболее перспективные направления по решению такой глобальной задачи основаны на усилении чирпированиых импульсов [6] в кристалле сапфира (корунд с титаном) [1] или параметрическом усилении (Optical Parametric Chirped Pulse Amplificaation ОРСРА) в условиях сверхширокополосного синхронизма в нелинейном кристалле DKDP [7-9], а также совместной реализации этих подходов. В настоящее время

достигнут определенный прогресс в развитии указанных направлений, так в лазерах, использующих Ихапфир в качестве активной среды, было получено излучение с энергией 28 Дж при 33 фс длительности с центральной длиной волны 800 нм [1], при параметрическом усилении в кристалле DKDP 24 Дж ,43 фс п 910 нм, что соответствует пиковой мощности 0.56 ПВт [7, 9]. Лазерные комплексы, в основе работы которых лежит принцип параметрического усиления чирнированных импульсов обладают рядом преимуществ по отношению к СРА системам. Основные из них это: коэффициент усиления за один проход до 104 против 10, направленное усиление лазерного излучения, отсутствие тепловых нагрузок в нелинейных элементах, низкий уровень спонтанной усиленной люмснисценции. высокий временной контраст и др. [10]. Однако наиболее важным является их возможность масштабирования, что принципиально для достижения пиковой мощности в диапазоне требуемом для ELI.
Сфокусированное излучение лазерных систем петаваттного уровня мощности находит широкое применение в экспериментах по исследованию взаимодействия сверхсильных световых полей с газовыми и твердотельными мишенями [11-14]. Особый интерес представляют задачи по ускорению электронов и протонов с целью получения

ГВт/см

Рис. 12 Распределение интенсивности в ближней зоне при энергии 8 мДж и длительности 70фс.
Зависимость эффективности преобразования от энергии и средней интенсивности входного излучения представлена на Рис. 13. Незначительное различие между теоретическими и экспериментальными данными может быть связано с рядом причин. Основные из них это изменение ближней зоны пучка от импульса к импульсу при увеличении энергии, незначительные флуктуации длительности, а также возможное наличие нескомпрессированной в компрессоре остаточной фазы у излучения первой гармоники.