Интерферометрическая диагностика фемтосекундной лазерной микроплазмы в газовых средах

• Автор: Букин, Владимир Валентинович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 87 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Фемтосекундная лазерная плазма в газах

Глава 2. Фемтосекундная зондирующая микроинтерферометрия

2.1. Экспериментальные установки для диагностики лазерной плазмы

2.2. Обработка интерферограмм. Восстановление разности фаз ,

2.3 Восстановление пространственного распределения

электронной плотности плазмы

Глава 3. Интерферометрия фемтосекундной лазерной микроплазмы в газах

3.1. Фемтосекундная лазерная микроплазма воздуха

3.2. Лазерная микроплазма в газах

3.3. Фемтосекундная лазерная микронлазма
в газах под давлением
3.4. Постионизация фемтосекундной лазерной микроплазмы
Глава 4. Интерферометрия плазменного канала филамента
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
Литература
Список публикаций по теме диссертации

Введение
Появление фемтосекундных лазеров около 20-ти лет назад привело к созданию уникальных систем для исследования процессов взаимодействия излучения с веществом. Длительность импульса современных фемтосекундных лазеров достигает величины ~ 4 фс, т.е. оказывается сравнимой с длительностью периода излучения (2.7 фс для длины волны 800 нм). Благодаря технике усиления фазовомодулированных (чирпированных) лазерных импульсов пиковая мощность современных лазерных систем составляет единицы петаватт, что позволяет достигать рекордных интенсивностей (свыше 1022 Вт/см2 [1]).
За счёт малой длительности импульсов фемтосекундных лазерных систем стало возможным исследование динамики различных процессов с высоким временным разрешением. Основным методом таких исследований являются эксперименты типа накачка-зондирование, в которых при сканировании задержки пробного импульса удается исследовать временную динамику сверхбыстрых процессов.
Одним из основных объектов исследования в физике взаимодействия лазерного излучения с веществом является лазерная плазма. Применение-лазеров сверхкоротких импульсов позволяет получать многократно ионизованную плазму в газовых средах с помощью относительно простых и компактных систем, помещающихся на лабораторном оптическом столе. Изучение такой неравновесной лазерной плазмы, возникающей в газах при ионизации ультракороткими высокоинтенсивными импульсами, является одним из важных направлений в физике взаимодействия лазерного излучения с веществом. Данная проблема актуальна как с точки зрения фундаментальной науки - получения новых экспериментальных данных о свойствах неравновесной, пространственно неоднородной плазмы высокой плотности и механизмах ее формирования, развития и взаимодействия с
лазерным излучением, так и в связи с многочисленными прикладными задачами — разработкой методов генерации предельно коротких, аттосекундных световых импульсов [2-5], лазерным ускорением частиц [6-8], созданием лазерных источников рентгеновского излучения и УФ-излучения нанометрового диапазона длин волн, совершенствованием технологий и разработкой новых методов прецизионного лазерного микро- и наноструктурирования поверхности и объема металлов и прозрачных оптических материалов, в которых возбуждаемая лазерным излучением плазма играет принципиальную и во многом определяющую роль.
Одним из интересных явлений при распространении мощных фемтосекундных лазерных импульсов в газах является процесс филаментации [9-11]. Данное явление состоит в том, что при распространении в газовой среде коллимированный- лазерный пучок не расплывается за счёт дифракции, а формирует одну или несколько нитей (филаментов) с относительно высокой интенсивностью, достаточной для ионизации газа.
Не смотря на то, что физические явления в плазме, создаваемой в газах с помощью лазерного излучения изучаются уже более 40 лет, необходимость их детального исследования и понимания далеко не утратила своей актуальности. Многочисленные процессы, протекающие в лазерной плазме интересны и с точки зрения фундаментальной науки — получения новых знаний о поведении вещества в сверхсильных световых полях, и с прикладной точки зрения - генерация УФ и рентгеновского излучения многозарядной плазмой с целью создания новых источников для микронанолитографии; генерация электромагнитных импульсов терагерцового диапазона; использование микроплазменных источников для микро- и нанообработки материалов; использование лазерного пробоя для воспламенения газовых смесей и коммутации высоковольтных цепей, и т.п.

Глава 3. Интерферометрия фемтосекундной лазерной микроплазмы в газах
Данная глава посвящена применению методики зондирующей микроинтерферометрии для исследования фемтосекундной лазерной микроплазмы в различных газах. Такая плазма, сформированная при острой фокусировке одиночных фемтосекундных лазерных импульсов, характеризуется высокой степенью ионизации газа и микронными пространственными размерами. Основным механизмом возникновения фемтосекундной лазерной плазмы служит туннельная ионизация атомов и ионов газа сверхсильным лазерным полем. В главе описываются результаты экспериментальных исследований фемтосекундной лазерной микроплазмы в воздухе азоте аргоне и гелии. Приведено краткое описание экспериментальных установок, применявшихся для создания плазмы и её интерферометрической диагностики. В ходе проведения экспериментов был обнаружен процесс постионизации фемтосекундной лазерной плазмы -явления нарастания её электронной плотности после окончания воздействия возбуждающего лазерного излучения. В заключительном разделе приводится теоретическое обоснование предложенного механизма такого процесса -ионизации плазмы горячими электронами, сформированными силовым лазерным излучением.
3.1 Фемтосекундная лазерная микроплазма воздуха
Изучение неравновесной лазерной плазмы, возникающей в газах и конденсированных средах при их ионизации ультракороткими высокоинтенсивными импульсами, является одним из важных направлений в физике взаимодействия лазерного излучения с веществом. Данная проблема актуальна как с точки зрения фундаментальной науки — получения новых экспериментальных данных о свойствах крайне неравновесной,