Формирование конической эмиссии суперконтинуума и упорядоченного множества филаментов мощными фемтосекундными лазерными импульсами

• Автор: Дормидонов, Александр Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 150 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

Цели и задачи диссертационной работы

Научная новизна работы

Практическая ценность работы

Защищаемые положения

Апробация результатов работы

Личный ВКЛАД автора

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ЯВЛЕНИЯ ФИЛАМЕНТАЦИИ

1.1 Явление филаментации !

1.2 Коническая эмиссия суперконтинуума в сплошных прозрачных средах

1.3 Множественная филаментация

ГЛАВА 2. ФОРМУЛИРОВКА ЗАДАЧИ О ФИЛАМЕНТАЦИИ ФЕМТОСЕКУНДНОГО ЛАЗЕРНОГО ИМПУЛЬСА И МЕТОДЫ ЕЁ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Волновое уравнение
2.1.1 Поляризация среды
2.1.2 Ток свободных зарядов
2.1.3 Нелинейное волновое уравнение
2.2 Ионизация среды
2.2.1 Скорость полевой ионизации в газообразных средах
2.2.2 Скорость полевой ионизации в конденсированных средах
2.2.3 Лавинная ионизация
2.3 Параметры рассматриваемых сред
2.4 Методы-решения задачи о филаментации
2.4.1 Начальная амплитуда импульса
2.4.2 Приближение второго порядка теории дисперсии
2.4.3 Стационарная задача
2.4.4 Проблемы численного моделирования
2.4.5 Расщепление по физическим факторам
2.5 Метод комплексной фазы
2.5.1 Комплексная фаза
2.5.2 Уравнение стационарной самофокусировки
2.5.3 Пример применения метода комплексной фазы
2.6 Выводы по главе
ГЛАВА 3. ФОРМИРОВАНИЕ КОНИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ СУПЕРКОНТИНУУМА
3.1 Численное исследование динамики частотно-углового спектра лазерного импульса ПРИ ФИЛАМЕНТАЦИИ
3.1.1 Частотно-угловой спектр импульса
3.1.2 Область нормальной дисперсии групповой скорости
3.1.3 Область нулевой дисперсии групповой скорости
3.1.4 Область аномальной дисперсии групповой скорости
3.1.5 Частотно-угловой спектр 800-нм импульса
3.1.6 Влияние рефокусировки на частотно-угловой спектр
3.2 Интерференционная модель
3.2.1 Коническая эмиссия движущегося широкополосного точечного источника
3.2.2 Зависимость частотно-углового спектра от дисперсии групповой скорости
3.2.3 Сравнение аналитических и численных спектров
3.2.4 Коническая эмиссия последовательности субимпульсов
3.2.5 Коническая эмиссия при рефокусировке
3.3 Экспериментальное исследование формирования конической эмиссии
3.3.1 Схема эксперимента
3.3.2 Расщепление колец конической эмиссии при рефокусировке
3.3.3 Влияние длины филамента на формирование конической эмиссии
3.3.4 Сравнение результатов лабораторного и численного экспериментов
3.4 Выводы по главе
ГЛАВА 4. ЗАРОЖДЕНИЕ МНОЖЕСТВА ФИЛАМЕНТОВ
4.1 Квазистационарная модель зарождения множества ФИЛАМЕНТОВ
4.2 Энергетическая конкуренция при зарождении нескольких филаментов
4.2.1 Начальное распределение амплитуды в пучке
4.2.2 Критическая мощность самофокусировки составного пучка
4.2.3 Аналитическая оценка
4.2.4 Расстояние самофокусировки
4.3 Пространственная регуляризация филаментов
4.3.1 Излучение с возмущениями интенсивности
4.3.2 Пространственная регуляризация
4.3.3 Среднее число филаментов
4.3.4 Мера пространственной упорядоченности
4.4 Оптимизация параметров сеточного транспаранта
4.4.1 Критерии подобия
4.4.2 Влияние масштаба корреляций возмущений
4.4.3 Контраст транспаранта как параметр управления
4.5 Выводы по главе
ГЛАВА 5. МНОЖЕСТВО ПЛАЗМЕННЫХ КАНАЛОВ КАК НАПРАВЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА СВЧ ИЗЛУЧЕНИЯ
5.1 Плазменные каналы филаментов как токопроводящее образование
5.2 Требования к плазменным каналам в виртуальной направляющей СВЧ системе
5.3 Цилиндрический плазменный волновод
5.3.1 Конфигурация плазменных каналов
5.3.2 Энергетические потери СВЧ излучения
5.3.3 Об эксперименте по передачи СВЧ излучения по виртуальному волноводу
5.4 Образование виртуальной однопроводной линии
5.5 Выводы по главе
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

диапазон, воспроизводимый в методе медленно меняющихся амплитуд, что необходимо для адекватного описания уширения спектра импульса при самовоздействии [53, 54].
2.2 ИОНИЗАЦИЯ СРЕДЫ
Волновое уравнение (2.42) дополняется кинетическим уравнением (2.23) для концентрации свободных электронов. Как было отмечено выше, скорость полевой ионизации ¥е и частота V, неупругих столкновений электронов, приводящих к ударной ионизации, являются функциями интенсивности I или модуля комплексной амплитуды Л = падающего светового поля. Следует отметить, что полевая ионизация является
многофотонным процессом, поскольку потенциал ионизации среды £/(, как правило, в несколько раз превосходит по своей величине энергию кванта Йсо0 лазерного излучения видимого и, тем более, инфракрасного диапазона. Скорость полевой ионизации (К,, (|4|) в
этом случае может быть рассчитана по формуле Келдыша [107] или с помощью других ионизационных моделей, созданных на её основе [100, 108-112]. Протекание процесса полевой ионизации зависит от соотношения потенциала ионизации атома и кинетической энергии, приобретаемой связанным электроном в процессе взаимодействия с электромагнитной волной. В [107] впервые введен адиабатический параметр Келдыша, характеризующий данное соотношение:
со„,/2/я и,
7= / ' - (2.43)
еА
При относительно слабых полях у»1 имеет место приближение многофотонного поглощения, вероятность которого экспоненциально убывает с ростом числа К = {[7,/й(в0 +1) фотонов необходимых для высвобождения электрона. В противоположном предельном случае у«1 (сильное поле) процесс полевой ионизации переходит в туннельный режим, и скорость ионизации 1¥е(а) перестает зависеть от
частоты падающего поля. Для типичных условий филамеитации лазерных импульсов на длине волны оптического диапазона, как в газообразных, так и конденсированных средах параметр Келдыша у — 1, что соответствует переходу от многофотонного к туннельному механизму ионизации.