Микро- и наноструктуры для нелинейно-оптических преобразований сверхкоротких лазерных импульсов и спектроскопии когерентного антистоксова рассеяния света

• Автор: Митрохин, Владимир Павлович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 154 с. : ил.

Содержание

Список применяющихся сокращений

Введение

1.1 Нанокомпозитные материалы

1.2. Методы нелинейной оптики и нанокомпозитные материалы

1.3. Наноструктурированные материалы для фемтосекундных технологий

1.4 Микроструктурированные волокна и их применение

1.5 Структура и основные свойства полых фотонно-кристаллических волокон

1.6 Микроструктурированные волокна в нелинейной оптике

1.7 Генерация суперконтинуума в микроструктурированных волокнах

1.8 Форма и спектра излучения суперконтинуума

1.9 Солитонный механизм генерации суперконтинуума
1.10 Четырехволновые взаимодействия в полых волноводах и повышение
чувствительности методов нелинейно-оптического газового анализа
Выводы главы первой
Экспериментальные схемы и методики для исследования спектральных преобразований лазерных импульсов различных длительностей и реализации спектроскопии когерентного антистоксова рассеяния света
2.1. Наносекундный КАРС спектрометр
2.2 Пикосекундный лазерный комплекс для транспортировки мощного излучения через полое фотонно-кристаллическое волокно
2.3. Фемтосекундная лазерная система
Выводы главы второй
Когерентное антистоксово расесяние света наноструктрированных объектов. Повышение чувствительности КАРС- спектроскопии при использовании полых фотонно-кристаллических волокон
3.1. Исследование методом КАРС нанопористых образцов аэрогеля диоксида кремния
3.2 Нано-КАРС в аэрогелях
3.2.1 КАРС в аэрогеле, заполненном молекулярным азотом и кислородом
3.2.2 КАРС в аэрогеле, заполненном толуолом
3.2.3 Использование аэрогелей и методики нано-КАРС для создания газофазных адсорберов
3.3 Увеличение чувствительности КАРС в полых МК волноводах
3.4. Транспортировка мощных лазерных импульсов в полых фотоннокристаллических волокнах
Выводы главы третьей:
Когерентное антистоксово рассеяние света с использованием новых источников перестраиваемого широкополосного излучения на основе фотоннокристаллических волокон с твердотельной увеличенной сердцевиной и заполненных нелинейной жидкостью
4.1. Демонстрация одномодового режима распространения в полом фотоннокристаллическом волокне с заполненной бензолом сердцевиной
4.2. Спектральное преобразование фемтосекундного излучения лазера на кристалле СгТ в МС-волокнах с увеличенной сердцевиной
4.3. КАРС-микроспектроскопия кристаллического кремния
Выводы главы четвертой:
Заключение
Список цитируемой литературы
Список применяющихся сокращений
МС - микроструктурированный
ФК - фотонно-кристаллический
КАРС — когерентное антистоксово рассеяние света
ДГС - дисперсия групповой скорости
ЧВВ - четырехволновое взаимодействие
ФСМ - фазовая самомодуляция
ФКМ - фазовая кроссмодуляция
ПВ - полое волокно
ГТГ - генерация третьей гармоники
ГГВГ1 - генерация гармоник высокого порядка
ВКР — вынужденное комбинационное рассеяние
ВГ — вторая гармоника
ГВГ — генерация второй гармоники
ФЭУ - фотоэлектронный умножитель
ДФП - двухфотонное поглощение

параметрического усиления. Это обстоятельство, а также возможность активного формирования спектра суперконтинуума путем согласования параметров импульса накачки и параметров МС-волокна, включая возможность достижения режима истощения накачки, открывают возможности создания нового поколения оптических параметрических усилителей на основе МС-волокон и источников широкополосного излучения для спектроскопических исследований.
Оптимизация начального профиля фазы фемтосекундного импульса накачки позволяет существенно увеличить эффективность нелинейно-оптических взаимодействий сверхкоротких импульсов в МС-волокнах, включая генерацию изолированных антистоксовых компонент в видимой части спектра и формирование суперконтинуума. Начальный чирп импульса накачки, заводимого в волокно, оказывает влияние на эффективность генерации и форму спектра суперконтинуума в результате совместного действия целой группы физических факторов. Одним из наиболее важных факторов является дисперсионное расплывание короткого импульса накачки при распространении в МС-волокне. При надлежащем выборе чирпа имеется возможность радикального изменения поведения временной формы импульса в процессе распространения. Путем выбора знака и величины начального чирпа импульса можно добиться предварительной компенсации дисперсии групповой скорости для участка МС-волокна определенной длины, в пределах которого изначально чирпированный импульс испытывает сжатие, за которым следует фаза обычного дисперсионного расплывания.
К числу важных физических факторов, ограничивающих генерацию излучения с широким спектром в МС-волокне, необходимо отнести также эффекты группового запаздывания и влияние временного профиля фазы на фазовое согласование. В частности, зависимость групповой скорости световых импульсов от частоты приводит к пространственному разбеганию генерируемых частотных компонент и частотных составляющих импульса накачки. С учетом больших значений спектрального уширения, характерных для генерации су пер континуума, эффекты группового запаздывания могут оказывать значительное влияние на спектрально-временные характеристики излучения суперконтинуума.