Нелинейно-оптические процессы в кристаллах при взаимодействии с остросфокусированным фемтосекундным лазерным излучением в режиме плазмообразования

• Автор: Сырцов, Владимир Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 149 с. : ил.

Глава 1. Взаимодействие интенсивного остросфокусированного фемтосекундного лазерного излучения с прозрачными диэлектриками

1.1. Экспериментальное изучение самоканалирования (филаментации) и остаточных

микромодификаций в прозрачном твердотельном диэлектрике

1.2. Теоретические модели взаимодействия фемтосекундного лазерного излучения с прозрачными твердотельными диэлектриками

1.3. Запись микромодификаций в прозрачных диэлектриках

1.4. Генерация второй гармоники в условиях острой фокусировки и плазмообразования.ЗЗ

1.5. Модификация поляризации лазерного излучения в кубических кристаллах

1.6. Выводы по результатам главы

Глава 2. Нелинейное пропускание прозрачных твердотельных диэлектриков остросфокусированного фемтосекундного лазерного излучения видимого и ближнего ИК диапазонов

2.1. Экспериментальная система для измерения пропускания, спектров прошедшего

излучения и длин остаточных модификаций

2.2. Распространение лазерного излучения в условиях плазмообразования с использованием излучения второй гармоники хром-форстеритовой лазерной системы
2.3. Эксперименты по распространению излучения в условиях плазмообразования с использованием основного излучения хром-форстеритовой лазерной системы
2.4. Модель расчёта поглощения жестко сфокусированного фемтосекундного лазерного излучения в прозрачном диэлектрике
2.5. Выводы по результатам главы
Глава 3. ГВГ фемтосекундного лазерного излучения при острой фокусировке и образовании плазмы
3.1. Экспериментальная система для измерения ГВГ в режиме плазмообразования
3.2. ГВГ в под- и надпороговом режиме плазмообразования в кристалле КЭР при острой фокусировке
3.3. ГВГ в под- и надпороговом режиме плазмообразования в кристалле ниобата лития
3.4. Зависимость эффективности ГВГ от положения фокуса в кристалле
3.5. Теоретический анализ процесса ГВГ в условия плазмообразования
3.6. Выводы по результатам главы
Глава 4. Изменение поляризации высокоинтенсивного фемтосекундного лазерного
излучения видимого диапазона при распространении в ВаГ2
4.1. Схема эксперимента по поляризационным измерениям

4.2. Эксперименты по нелинейному вращению поляризации фемтосекундного лазерного излучения в режиме мягкой фокусировки
4.3. Теоретические оценки для описания экспериментальных данных
4.4. Эксперименты по нелинейному вращению поляризации фемтосекундного лазерного излучения в режиме острой фокусировки
4.5. Выводы по результатам главы
Заключение
Благодарности
Литература

Актуальность темы.
Процессы, происходящие в прозрачных твердотельных средах при воздействии на них низкоэнергетического (суб и микроджоульного уровня) остросфокусированного фемтосекундного лазерного излучения с интенсивностью, превышающей порог плазмообразования конденсированного вещества (~ 1013 Вт/см2), в настоящее время активно исследуются, как в плане фундаментальных исследований, так и для создания различных микроструктур в объёме материалов. Среди изучаемых физических процессов: формирование микроплазмы [1-8], каналирование лазерного излучения в твердотельном веществе [9 - 31], наведение в твердых прозрачных материалах дефектов заданной
формы для использования в фотонике [32-34] и многое другое. Характерное время образования плазмы сопоставимо с длительностью сверхкороткого импульса. За это время происходят процессы многофотонного (МФП) и туннельного поглощения, ионизация и разогрев электронной подсистемы. В то же время кристаллическая решетка в процессе взаимодействия остается холодной и неподвижной. Наблюдаемые в объеме дефекты являются остаточными модификациями, образующимися через десятки пикосекунд после прохождения лазерного импульса в результате передачи энергии от нагретых электронов к атомам кристаллической решетки.
Работы по изучению процессов МФП, плазмообразования и формирования
остаточных модификаций в широкозонных диэлектриках проводятся различными
научными группами [10,11,13,17,19,22,26,27,29,31,33]. Подавляющее число
опубликованных работ связано в той или иной степени с изучением процесса
формирования микромодификаций при острой фокусировке фемтосекундного лазерного
излучения в интересах записи информации. Основными материалами для них выступает
либо плавленый кварц, либо полимеры [32], то есть центросимметричные материалы.
Образование микромодификации производится, в основном, при многократном облучении
одной и той же области мишени. Это, в свою очередь, сопряжено с изменением начальных
условий процесса взаимодействия из-за известных проблем снижения порога
формирования микромодификаций (пробоя) в результате накопительного эффекта
дефектообразования [21]. В то же время ряд вопросов в проблеме взаимодействия
одиночного остросфокусированного высокоинтенсивного фемтосекундного лазерного
излучения с диэлектриками остаются открытыми. Неизученным является вопрос,
связанный с зависимостью процесса формирования плазмы от таких параметров

остаточной микромодификации структуры кристалла.
2.1.3. Влияние использовавшихся в экспериментах оптических элементов на длительность лазерного импульса.
Для правильной интерпретации получаемых экспериментальных данных, нам необходимо быть уверенными, что в результате прохождения фемтосекундного излучения через такие оптические элементы, как нейтральные фильтры и линза, его длительность не будет значительно изменяться. Для использовавшихся нейтральных фильтров были проведены измерения корреляционных функций третьего порядка для исходного излучения и прошедшего через фильтр. Эти данные в относительных единицах представлены на Рис. 11 для двух фильтров - “сильного”, который обладает большим поглощением энергии проходящего импульса (десятикратное ослабление) и “слабого”, который ослабляет энергию падающего излучения вдвое.
По уровню 0,5 длительность импульса, прошедшего через фильтры, уширяется не более чем на 10% для обоих фильтров - “сильного” и “слабого”, что говорит о том, что увеличение длительности происходит только в стекле, а не в поглощающем веществе фильтра.
Рис.11. Корреляционные функции третьего порядка на длине волны основного излучения 1,24 мкм для: сплошная линия - отсутствия фильтров, пунктир - фильтр, ослабляющий излучение в 10 раз и точки - фильтр, ослабляющий излучение вдвое.
Вторым оптическим элементом, в котором могло происходить увеличение
длительности лазерного импульса, бьиа короткофокусная линза. Для оценки влияния
линзы на длительность импульса, необходимо знать зависимость п(?,) для материала
линзы. Нами использовались два типа линз - пластиковая, из акрила РММА, для