Экспериментальное исследование нелинейных эффектов при взаимодействии интенсивного фемтосекундного лазерного излучения с веществом

• Автор: Степанов, Андрей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 182 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Экспериментальна установка. Фемтосекундный лазерный комплекс тераваттного уровня

1.1. Блок-схема фемтосекундного лазерного комплекса

1.2. Расчет системы стретчер - компрессор

1.3. Качество фемтосекундных импульсов, полученных с тераваттной фемтосекундной лазерной системы Глава 2. Микро- и наномодификация твердых тел при помощи фемтосекундных лазерных импульсов
2.1. Формирование микроструктур в АэгБз последовательностью фемтосекундных лазерных импульсов
2.2. Формирование наноструктур под острием зонда атомно-силового микроскопа при воздействии фемтосекундными лазерными импульсами
Глава 3. Взаимодействие фемтосекундного излучения с твердым телом при аксиконной фокусировке в режиме плазмообразования
3.1. Экспериментальное исследование воздействия субтераваттного фемтосекундного лазерного излучения на прозрачные диэлектрики при аксиконной фокусировке
3.2. Исследование динамики ударных волн в прозрачных диэлектриках при аксиконной фокусировке
Глава 4. Нелинейные эффекты, связанные с распространением интенсивного фемтосекундного излучения в атмосфере
4.1. Исследование электрического разряда постоянного тока, инициированного фемтосекундной лазерной искрой
4.1.1. Экспериментальная установка и методика измерений
4.1.2. Результаты экспериментов

4.1.3. Численное моделирование электрического пробоя воздушного промежутка после лазерного воздействия
4.2. Нелинейное поглощение интенсивного фемтосекундного лазерного излучения в атмосфере
Глава 5. Взаимодействие интенсивного фемтосекундного излучения с плазмой, создаваемой в газонаполненных диэлектрических капиллярах. Плазменные волны большой амплитуды
5.1. Ионизационная трансформация спектра и компрессия фемтосекундных импульсов
5.2. Рамановское усиление коротких фемтосекундных лазерных импульсов в плазме
5.2.1. Основные уравнения
5.2.2. Одномерная задача
5.2.3. Экспериментальные результаты
5.2.4. Заключение
5.3. Генерация плазменных волн большой амплитуды интенсивными фемтосекундными импульсами
Заключение
Литература

Введение
Актуальность темы
В начале 90-х годов прошлого века были созданы источники лазерного излучения, генерирующие импульсы сверхмалой длительности < 100 фс [1-4], заложены и реализованы принципы их дальнейшего усиления [5, 6]. Это стало отправной точкой, с которой начался процесс бурного развития фемтосекундных лазерных систем, приведший к настоящему времени к созданию широкого спектра уникальных лазерных источников. Минимальная длительность лазерного импульса фактически достигла возможного предела в 1.5-2 периода оптического поля (т» 4-5 фс) [7, 8], а максимальная мощность доросла до Р ~ 1 ПВт [9-11]. Сверхмалая длительность лазерных импульсов и высокая интенсивность лазерного излучения при относительно малой энергетике в импульсе определили специфику фемтосекундных лазерных систем, как новых инструментов исследования.
Как показало дальнейшее развитие, эти новые инструменты оказались весьма плодотворными. Круг проблем, поддающихся изучению с помощью фемтосекундных лазеров, огромен. Предельно короткая длительность лазерных импульсов позволила применять их (в режиме ршпр-ргоЬе) для исследования быстропротекающих процессов. Динамика неравновесных носителей в полупроводниках [12, 13] или сверхбыстрое плавление твердого тела [14, 15] - характерные примеры данного направления.
Другая отличительная черта фемтосекундных лазерных импульсов -высокая интенсивность лазерного излучения - привела фактически к созданию нового направления исследования взаимодействия лазерного излучения с веществом: физике сверхсильных оптических полей.
Действительно, уже при интенсивности I « 3-1016 Вт/см2 напряженность светового поля превышает напряженность внутриатомного поля в атоме водорода. Взаимодействие сверхмощного лазерного излучения с веществом

излучения через компрессор практически полностью определяется коэффициентом отражения от решеток. При коэффициенте отражения использованных решеток ц & 92% эффективность прохождения лазерного излучения через компрессор составила примерно 50%. В результате на выходе лазерного комплекса энергия в фемтосекундном импульсе составила величину Иу ~ 165 мДж.