Ионизация и генерация гармоник при взаимодействии интенсивных фемтосекундных лазерных импульсов с атомами и плотными средами

• Автор: Растунков, Владимир Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Долгопрудный
• Количество страниц: 127 с. : ил.

Актуальность темы

Цели работы

Краткое содержание диссертации

Введение в тему работы и краткий литературный обзор

Глава 1. Ионизация атомов интенсивными одноцикловыми лазерными импульсами

1.1. Введение

1.2. Фазовые зависимости в вероятностях ионизации

Приближение Ландау-Дыхне

Фаза ф = л/2 (Форма импульса «с косинусом»)

Фаза ф= л/2 (Форма импульса «с синусом»)

Модификация синусоидальной формы импульса

1.3. Энергетическое распределение фотоэлектронов
Фаза ф= л/2 (Форма импульса «с косинусом»)
Фаза ф= л/2 (Форма импульса «с синусом»)
1.4. Угловое распределение фотоэлектронов
Фаза ф= 0 (форма импульса «с косинусом»)
Фаза ф= л/2 (форма импульса «с синусом»)
1.5 Выводы
Глава 2. Механизмы нагрева носителей в твердотельной плазме при облучении сверхсильными лазерными импульсами фемтосекундной длительности
2.1. Введение
2.2. Механизм релятивистского дрейфа
2.3. Механизм стохастического нагрева
Теория стохастического нагрева электрона
Численное решение задачи о стохастическом нагреве электрона
2.4. Особенности облучения тонких металлических пленок
Нагрев электронов при облучении тонких пленок лазерными импульсами
Энергетическое распределение электронов
Угловое распределение электронов
Продольный пондеромоторный нагрев
2.5. Выводы
Глава 3. Динамика носителей заряда при лазерном облучении структур типа алмаза
3.1. Введение
3.2. Механизм создания носителей в полупроводниковом алмазе
3.3. Термодинамика взаимодействия лазерного излучения с полупроводниковым алмазом
3.4. Эффект абсолютной отрицательной подвижности в полупроводниковом алмазе
Деформационный потенциал
Транспортная частота столкновений
3.5. Численные расчеты
3.6. Выводы
Глава 4. Релятивистские эффекты и генерация гармоник в твердотельной плазме при облучении сверхсильными лазерными импульсами фемтосекундной длительности
4.1. Введение
4.2. Генерация второй гармоники

Взаимодействие сверхсильного лазерного излучения с атомарными кластерами. .89 Нагрев и охлаждение кластера в присутствии лазерного сверхсильного лазерного
излучения
Излучение второй гармоники при облучении кластеров релятивистскими
лазерными импульсами
Механизмы затухания
Численное моделирование
Механизмы дипольного и квадрупольного излучения второй гармоники при облучении атомарных кластеров лазерным импульсом
4.3. Генерация четных и нечетных гармоник
Генерация четных гармоник в релятивистской лазерной плазме атомарных кластеров
Результаты расчетов проводимости на частотах гармоник
Интенсивность релятивистских гармоник
Генерация гармоник при взаимодействии ультракоротких сверхсильных лазерных
импульсов с твердотельными мишенями
Проводимость среды на частоте гармоник
Интенсивность релятивистских гармоник
Распространение электронного пучка в плотной плазме
4.4. Выводы
Основные результаты и выводы
Литература

Актуальность темы
С тех пор как были изобретены первые лазеры, их мощность и возможность фокусировки неуклонно повышались. Самое последнее увеличение мощности стало возможно благодаря новым способам получения коротких импульсов. Например, в твердотельных лазерах используется метод CPA (chirped pulse amplification) для генерации импульсов фемтосекундной длительности. Для этого лазерный импульс вначале растягивается во времени, затем усиливается и снова сжимается. Газовые лазеры, использующие твердотельные переключатели, производят импульсы пикосекундной длительности. Передовые лазерные системы в настоящий момент имеют мульти-тераваттные мощности в импульсе и, при фокусировке до микронных пятен с помощью адаптивной оптики, могут выдавать электромагнитные интенсивности /*1022 Вт см"2. Такие интенсивности создают новые состояния вещества, которые только начинают изучаться. К примеру, электроны начинают колебаться с релятивистскими скоростями в лазерных полях, интенсивность которых превышает 10|8Втсм~2, что ведет к релятивистскому увеличению массы по отношению к массе покоя электрона. При этом возникает необходимость учитывать магнитное поле электромагнитной волны. Распространение света в этом режиме начинает зависеть от интенсивности, что ведет к нелинейным эффектам, которые, в некотором смысле, аналогичны уже известным в обычной нелинейной оптике -самофокусировка, самомодуляция, генерация гармоник. К возможным техническим применениям относится создание компактных ускорителей электронов и ионов на основе лазеров с ультракороткой длительностью импульса и источников рентгеновского излучения.
Проблема многофотонной и туннельной ионизации атомов и атомных ионов находится в поле зрения теоретиков и экспериментаторов уже на протяжении нескольких десятилетий ГI]. В последнее время, новая волна интереса к данной тематике связана с возможностью получения последовательностей аттосекундных импульсов и уединенных аттосекундных импульсов. Их интенсивности достаточны, чтобы произвести ионизацию, а сверхкороткая длительность определяет новые возможности диагностики на атомных масштабах времени (1 а.е. времени к 24 аттосекунды).
Первый источник с фазовой стабилизацией, который позволил получить интенсивные импульсы с мощностью 0.1 тераватт, состоящие из нескольких циклов общей длительностью 5 фс, работал на длине волны 750 нм при частоте повторения 1 кГц.