Генерация сверхсильных световых полей и взаимодействие мощного фемтосекундного излучения с веществом

• Автор: Бабин, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 116 с. : ил.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Введение, актуальность темы диссертации

Цели диссертационной работы

Научная новизна работы

Научное и практическое значение работы

Апробация работы

Основное содержание работы

РАЗДЕЛ I. ГЕНЕРАЦИЯ СВЕРХКОРОТКИХ ЛАЗЕРНЫХ ИМПУЛЬСОВ ФЕМТОСЕКУНДНОГО ДИАПАЗОНА И МЕТОДЫ ИХ ДИАГНОСТИКИ [17,18,27,28,32]

1Л. 10-и фемтосекундный кольцевой лазер на корунде с титаном

1.2. Восстановление амплитудных и фазовых характеристик сверхкороткого волнового пакета с помощью автокорреляционных методов
1.3. Выводы
РАЗДЕЛ II. ТЕРАВАТТНЫЙ ФЕМТОСЕКУНДНЫЙ Т1:БА ЛАЗЕРНЫЙ КОМПЛЕКС [1,2,4,11,14]
2.1. Задающий генератор
2.2. Стретчер
2.3. Развязка Фарадея 4
2.4. Регенеративный усилитель
2.5. Усилители мощности
2.6. Компрессор
2.7. Система диагностики параметров фемтосекундных импульсов
2.8. Выводы

РАЗДЕЛ III. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МОЩНОГО ФЕМТОСЕКУНДНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ [3,4,6-13,15,16,19-26,29-32]
3.1. Аксиконная фокусировка мощного фемтосекундного излучения в прозрачные диэлектрики
3.1.1. Расчет параметров каустики аксикона при фокусировке фемтосекундных импульсов
3.1.2. Экспериментальное исследование воздействия мощного фемтосекундного излучения на прозрачные диэлектрики при аксиконной фокусировке
3.2. Преобразование спектра фемтосекундного излучения при лазерной ионизации газовой среды
3.2.1. Структура спектра 3-ей гармоники, возникающей при лазерной ионизации газов в свободном пространстве
3.2.2. Преобразование спектра основной частоты при лазерной ионизации в газонаполненном капилляре
3.3 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основные результаты
Список работ по теме диссертации
Цитированная литература

Общая характеристика работы
Развитие лазерной физики привело к революционному скачку в технике генерации сверхкоротких световых импульсов. К концу 90-х годов прошлого столетия длительность лазерных импульсов, излучаемых непосредственно оптическими квантовыми генераторами сократилась до нескольких оптических периодов и составила величину менее
фемтосекунд (Ю'|4с) [1* - 2*]. Эти достижения были получены благодаря
следующим обстоятельствам:
Во-первых, были синтезированы широкополосные лазерные среды, позволяющие усиливать оптическое излучение в полосе более 5-102 см'1, что позволяет возбуждать 105ч-106 мод резонатора типичной для лазера длиной ~ 1 метра. Среди довольно большого класса таких сред рекордсменом по ширине полосы усиления до сих пор остается сапфир с титаном (А120з:ТГ3) — Ti:Sa. Именно в таком лазере удалось получить длительность выходного импульса в несколько оптических периодов, ширина спектра излучения которого практически соответствует ширине полосы усиления активного элемента.
Во-вторых, к этому времени оказались достаточно хорошо разработанными методы синхронизации лазерных мод, позволяющие концентрировать электромагнитную энергию в короткие временные интервалы - вплоть до фемтосекундного диапазона длительностей. Экспериментаторам удалось использовать для этой цели наименее инерционную электронную (керровскую) нелинейность самой лазерной среды. В литературе такой механизм синхронизации мод получил аббревиатуру KLM от английского словосочетания Kerr Lens Mode locking
[3*]. Необходимо отметить, что здесь результат действия самофокусирующей керровской нелинейности приводит к

резонаторов задающего генератора и регенеративного усилителя приблизительно одинаковы). Максимум огибающей этой последовательности, при оптимальной настройке усиливаемого сигнала, смещается во времени в сторону меньших задержек относительно опорного импульса на величину АТ ~ 150-200нс по сравнению с максимумом импульса в режиме свободной генерации. Следовательно, время развития генерации в этом случае уменьшается на величину АТ, поскольку генерация развивается с уровня инжектируемого сигнала, а не с квантовых флуктуаций, как это имеет место в режиме свободной генерации. По этой картине экспериментально определяется оптимальный момент времени для выбрасывания усиленного импульса. Для наших условий оказалось, что оптимальное число полных проходов импульса по резонатору около 30, а выходная энергия усиленного импульса при этом составила 1.2-1.5 мДж. Таким образом, коэффициент усиления регенеративного усилителя по энергии составил примерно шесть порядков, при этом поперечная структура выходного излучения полностью определялась основной модой резонатора регенератора и пучок, соответственно, был дифракционно - ограниченным. Частота повторения усиленных импульсов определялась частотой повторения импульсов лазера накачки (10Гц). Работой регенеративного усилителя управляла система синхронизации, которая определяла момент захвата одного из импульсов периодической последовательности задающего ФС лазера в резонатор регенератора и момент его выбрасывания после усиления. Внутренними «часами» системы синхронизации служила последовательность фемтосекундных импульсов, излучаемая задающим генератором. Таким образом, временная нестабильность момента выбрасывания усиленного в регенераторе оптического импульса относительно импульса накачки (джиттер) оказалась не более половины периода повторения Т ~ 12нс. Это обстоятельство оказалось вполне удовлетворительным при дальнейшем усилении оптических импульсов в