Когерентные взаимодействия сверхкоротких импульсов ближнего и среднего инфракрасного диапазонов в задачах микроспектроскопии и дистанционного зондирования

• Автор: Ланин, Александр Александрович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 194 с. : ил.

Содержание
Введение.
Глава 1. Когерентные взаимодействия сверхкоротких лазерных импульсов в задачах нелинейно-оптической спектроскопии
§1.1 Нелинейно-оптические методы микроспектроскопии с использованием сверхкоротких лазерных импульсов
§1.2 Управление амплитудно-фазовым профилем лазерных импульсов в нелинейно-оптической спектроскопии когерентного комбинационного рассеяния света
§1.3 Спектрально-временные преобразования лазерных импульсов в микрострутстурированных световодах для когерентной нелинейно-оптической спектроскопии

§1.4 Фемтосекундные импульсы в задачах дистанционного зондирования

Глава 2. Экспериментальная техника и методика измерений

§2.1 Генератор фемтосекундных импульсов в ближнем инфракрасном диапазоне па кристалле Спйэ^егйе
§2.2 Генерация перестраиваемых сверхкоротких импульсов за счет солитонного самосдвига частоты
§2.3 Многофункциональный фемтосекундный лазерный комплекс на основе ТгзаррЫгс генератора, многопроходного усилителя и оптического параметрического усилителя
§2.4 Генерация перестраиваемых импульсов в среднем инфракрасном диапазоне в процессе генерации разностной частоты
Глава 3. Мнкроспектроскопия когерентного комбинационного рассеяния света с использованием оптических волокон и фазово-модулированных импульсов накачки
§3.1 Спектроскопия когерентного антистоксова рассеяния света (КАРС) с использованием фазово-модулированных импульсов

§3.2 Волоконные компоненты для доставки сверхкоротких лазерных импульсов для проведения спектроскопии КАРС и оптической хирургии ткани мозга
§3.3 Генерация перестраиваемых по частоте и длительности сверхкоротких импульсов с использованием микроструктурированных световодов и нелинейных кристаллов для КАРС-микроскопии
§3.4 Трехмерная визуализация с высоким пространственным разрешением распределения плотности когерентных оптических фононов в алмазных пленках с помощью неусиленных сверхкоротких импульсов
§3.5 КАРС-микроскопия тканей головного мозга с волоконным источником перестраиваемых фемтосекундных импульсов
Глава 4. Когерентные взаимодействии сверхкоротких лазерных импульсов ближнего н среднего инфракрасного диапазонов для дистанционного зондирования газовых сред
§4.1 Когерентное антистоксово рассеяние света в обратном направлении для дистанционного зондирования газовых сред и атмосферы
§4.2 Зондирование примесей в атмосфере с использованием вынужденного комбинационного усиления лазерно-индуцированного излучения в геометрии встречных пучков
§4.3 Измерение огибающей интенсивности и спектральной фазы импульсов среднего инфракрасного диапазона методом широкополосного оптического стробирования с разрешением по частоте в процессе четырехволнового взаимодействия в газе
§4.4 Когерентное дистанционное зондирование резонансов поглощения в атмосферном воздухе с использованием сверхкоротких импульсов среднего инфракрасного диапазона
Заключение
Приложение А. Список сокращений и условных обозначений
Литература

Введенне
Актуальность работы. Уникальные свойства лазерного излучения позволяют использовать его во многих областях науки и технологий на пространственно-временных масштабах от единиц нанометров до сотен тысяч километров и от нескольких фемтосекунд до десятков часов и дней. Неотделимой частью лазерной физики является нелинейная оптика, которая привела к возникновению новых подходов в оптической спектроскопии [1-3], метрологии [4,5], создании новых уникальных источников когерентного излучения в различных спектральных областях [6,7]. В качестве одной из ярких демонстраций этих успехов можно привести возникновение и стремительное развитие нелинейно-оптической (многофотонной) микроскопии, нашедшей широкое применение в биомедицине для исследования и визуализации биологических тканей [8]. В основе многофотонной микроскопии может быть использован один или несколько нелинейно-оптических процессов: лазерно-индуцированная флуоресценция при двухфотонном поглощении, когерентное комбинационное рассеяние света, генерация оптических гармоник и другие [9]. Нелинейная и когерентная природа этих оптических эффектов позволяет формировать трехмерные изображения объектов с субмикронным пространственным разрешением, помогая определять не только внутреннюю структуру исследуемых объектов, но и их химический состав.
Высокий порядок нелинейности оптических процессов, лежащих в основе многофотонной микроскопии, накладывает серьезные требования на пиковые интенсивности используемого излучения, в связи с чем, развитие нелинейно-оптических методик визуализации неразрывно связано с использованием источников сверхкоротких лазерных импульсов [10,11]. Стабильность, мегагерцовая частота повторения и высокая пиковая мощность фемтосекундных импульсов современных лазерных генераторов обеспечили их широкое применение в схемах многофотонной микроскопии и биовизуализации [8,12,13]. Когерентная природа нелинейных процессов открывает новые возможности для улучшения основных параметров микроспектроскопии - спектральное, временное и пространственное разрешение, что

спектроскопии в интересующем спектральном диапазоне. Создание лазеров на красителях [122] и оптических параметрических усилителей/генераторов света [123] дало мощный толчок к развитию многих методик нелинейной спектроскопии, включая спектроскопии двухфотонного поглощения и когерентного антистоксова рассеяния света [1,2,5]. Демонстрация эффективных нелинейно-оптических преобразований в твердотельных и полых микроструктурированных (МС) световодах в начале XXI века открыло новое направление в развитие источников перестраиваемых сверхкоротких лазерных импульсов.
Рис. 1.3.1. Фотографии поперечного сечения различных микроструктурированных волокон, полученные с помощью электронно-лучевого микроскопа: (а), (б) —
микроструктурированные волокна, работающее за счет полного внутреннего отражения, поб < псер; (в) полое фотонно-кристаллическое волокно, работающие за счет высокой отражательной способности оболочки в области фотонно-запрещенных зон.
Микроструктурированные (МС) оптические волокна - это световоды нового типа, отличающиеся по своей архитектуре, принципу действия и свойствам от стандартных, используемых в телекоммуникационных приложениях [124,125]. Оболочка таких световодов представляет собой микроструктуру с промодулированным воздушными капиллярами показателем преломления. Большинство МС световодов с твердотельной сердцевиной (рис. 1.3.1.а и 1.3.1.6) поддерживают распространение света за счет полного внутреннего отражения на границе раздела кварц-воздух, условие которого можно записать в виде: п„б < псер, где псер, поб _ показатели преломления сердцевины и усредненный показатель преломления оболочки с воздушными капиллярами. В случае 1.3.1.в сердцевина