Микроплазма и энергоперенос в объеме прозрачных диэлектриков, регистрируемые с помощью генерации третьей гармоники фемтосекундного лазерного излучения

• Автор: Потемкин, Федор Викторович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 141 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ФЕМТОСЕКУНДНАЯ ЛАЗЕРНАЯ СИСТЕМА НА ХРОМ-ФОРСТЕРИТЕ И ХАРАКТЕРИЗАЦИЯ ЕЕ ПАРАМЕТРОВ

§1.1 ЛАЗЕРНЫЕ СИСТЕМЫ УЛЬТРАКОРОТКОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ

§1.2 Принципиальная схемалазерной системы на хром-форстерите

§1.3 Система контроля параметров лазерного излучения

§1.4 Измерение длительности и спектра импульса лазерной системы на хром-форстерите.
§1.5 оптимизация параметров острой фокусировки фемтосекундного лазерного излучения.

§1.6 Измерение контраста излучения лазера на хром-форстерите

ВЫВОДЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ГЛАВЫ

ГЛАВА 2. СТРУКТУРНАЯ ДИАГНОСТИКА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДИЭЛЕКТРИКОВ С ПОМОЩЬЮ ПРОЦЕССА ГЕНЕРАЦИИ ТРЕТЬЕЙ ГАРМОНИКИ ОСТРОСФОКУСИРОВАННОГО ФЕМТОСЕКУНДНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
§2.1 М ЕТОДЫ СТРУКТУРНОЙ диагностики и определения оптических свойств диэлектриков.
§2.2 Генерация третьей гармоники остросфокусированного фемтосекундного лазерного
излучения в невозмущенной среде
§2.3 Экспериментальная схема
§2.4 Измерение разницы показателей преломления на длинах волн 1, 24 и 0,413 мкм и
нелинейной восприимчивости третьего порядка Х(3) диэлектрических сред
§2.5 диагностика остаточных лазерно-индуцированных микромодификаций в объеме
прозрачных диэлектриков
ВЫВОДЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ГЛАВЫ
ГЛАВА 3. ДИАГНОСТИКА ЛАЗЕРНО-ИНДУЦИРОВАННОЙ ПЛАЗМЫ В ОБЪЕМЕ ПРОЗРАЧНЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ
§3.1 ДИАГНОСТИКА ПЛАЗМЫ, ФОРМИРУЕМОЙ ОСТРОСФОКУСИРОВАННЫМ ФЕМТОСЕКУНДНЫМ ЛАЗЕРНЫМ
ИЗЛУЧЕНИЕМ В ОБЪЕМЕ ПРОЗРАЧНЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ
§3.2 Численное моделированиединамики и методов диагностики лазёрно-индуцированой
плазмы в объеме прозрачного ДИЭЛЕКТРИКА
3.2.1 Моделирование лазерно-индуцированной плазмы

3.2.2 Генерация третьей гармоники остросфокусированного фемтосекундного лазерного излучения ближнего ИК диапазона в объем прозрачного диэлектрика в режиме
формирования плазмы
§3.3 Регистрация порога формирования плазмы при острой фокусировке фемтосекундного
ИЗЛУЧЕНИЯ БЛИЖНЕГО ИК ДИАПАЗОНА В ОБЪЕМ ПРОЗРАЧНЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ
3.3.1 Экспериментальная регистрация порога возбуждения плазмы при острой фокусировке лазерного излучения в объем образца плавленого кварца
3.3.2 Численное моделирование поглощения лазерного излучения и процесса ПТ в образце плавленого кварца в условиях возбуждения плазмы
§3.4 ДИАГНОСТИКА С ВРЕМЕННЫМ РАЗРЕШЕНИЕМ ЛАЗЕРНО-ИНДУЦИРОВАННОЙ ПЛАЗМЫ, СОЗДАННОЙ ПРИ ОСТРОЙ ФОКУСИРОВКЕ ФЕМТОСЕКУНДНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ БЛИЖНЕГО ИК-ДИАПАЗОНА В ОБЪЕМ ПЛАВЛЕНОГО КВАРЦА
ВЫВОДЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ГЛАВЫ
ГЛАВА 4. ГЕНЕРАЦИЯ КОГЕРЕНТНЫХ ФОНОНОВ В ОБЪЕМЕ ПРОЗРАЧНЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ В РЕЖИМЕ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛАЗМЫ
§4.1 Когерентные фононы и методы их регистрации
§4.2 Особенности процесса генерации когерентных фононов в кристаллическом кварце
§4.3 ВЛИЯНИЕ ПЛАЗМЫ НА ПРОЦЕССЫ ЭНЕРГОПЕРЕНОСА И ГЕНЕРАЦИИ КОГЕРЕНТНЫХ ФОНОНОВ В ЛЕЙКОСАПФИРЕ, ВАЕ2, САГг, Ц|Р
ВЫВОДЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ГЛАВЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

ВВЕДЕНИЕ.
Актуальность темы
Диссертационная работа посвящена решению фундаментальных проблем нелинейной оптики и физики взаимодействия высокоинтенсивного (~1013 Вт/см2) фемтосекундного лазерного излучения с веществом: изучению временной динамики создания лазерно-индуцированной микромодифнкации в объеме прозрачных диэлектриков на масштабе времен от сотни фемтосекунд до сотни пикосекунд с разрешением лучше 100 фс. а также локальной нелинейно-оптической диагностике остаточных лазерно-индуцированных микромодификаций и структурных неоднородностей.
Фемтосекундное лазерное излучение с энергией импульса порядка 1 мкДж, остросфокусированное (ЛИ~0,4) в объем прозрачного диэлектрика, достигает предельной для твердого тела интенсивности ~1013 Вт/см2 и приводит к созданию экстремального состояния вещества в микрообъеме среды. Под воздействием лазерного поля в объеме вещества происходят процессы туннельной, многофотонной и ударной ионизации среды, формируется неравновесная электронная плазма (концентрация электронов до ~Ю20 см'3, средняя энергия электронов до 10 эВ). В результате релаксации плазмы энергия электронов передастся в кристаллическую решетку вещества, что впоследствии приводит к формированию, распространению ударных волн и последующему созданию остаточных микромодификаций структуры вещества. Таким образом, процесс формирования микромодифнкации в диэлектриках фемтосекундным лазерным излучением, широко использующийся на практике в микрообработке материалов («пнсготасЫтпц»), трехмерной оптической записи информации, создании волноводов и фотоннокристаллических структур, с общефизической точки зрения представляет собой каскад сложных взаимосвязанных процессов перераспределения поглощенной лазерной энергии, происходящих на разных масштабах времени.
Наиболее изучены процессы передачи энергии от лазерного излучения электронам формируемой в объеме среды плазмы, происходящие на временах длительности фемтосекундного лазерного импульса [1-6], и процессы распространения ударных и тепловых волн в твердотельной среде, протекающие на наносекундном и более масштабе времен [7-17]. Наименее исследованы процессы, происходящие во временном интервале от сотни фемтосекунд до сотен пикосекунд, когда энергия из лазерной плазмы передается коллективным колебаниям решетки диэлектрика. Разнообразие физических процессов (формирование и релаксация плазмы, возбуждение ионной подсистемы и ее релаксация),

Выводы по результатам главы
1. Создан программно-аппаратный комплекс контроля параметров фемтосекундного лазерного излучения: пространственного качества пучка, спектра, контраста, длительности и энергии лазерного импульса, которые существенным образом определяют режим проведения экспериментов. Показано, что нестабильность энергии второй гармоники излучения составляет -10%, угловые флуктуации пространственного положения пучка составляют ~ 1 мкрад, профиль интенсивности лазерного излучения близок к гауссову. В схеме одноимпульсной диагностики измеренные значения длительности импульса и спектра хром-форстеритового фемтосекундного лазерного излучения составили 140±5 фс и 25±1,5 нм соответственно.
2. Показано, что при острой фокусировке (АУ=0,4, /*-3.3 мм) фемтосекундного лазерного излучения в объем прозрачного диэлектрика поглощение энергии излучения второй гармоники излучения лазерной системы на хром-форстерите в объеме БЮт не зависит от положения фокуса линзы внутри образца, а профиль поперечного распределения интенсивности лазерного излучения в фокальной плоскости линзы является гауссовым.