Нелинейное взаимодействие фемтосекундного лазерного излучения с кварцевым и нанопористым стеклом, допированным европием

• Автор: Чутко, Екатерина Александровна
• Шифр специальности: 05.27.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 93 с. : ил.

Введение.

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Жесткая фокусировка фемтосекундного лазерного излучения в объем прозрачных мишеней, влияние аберраций

1.2. Взаимодействие мощного лазерного излучения с кварцевым стеклом

1.3. Лазерное микромодифицирование прозрачных диэлектриков

1.4. Лазерное микромодифицирование дотированных диэлектриков

Основные выводы Главы

Глава 2. Нелинейные процессы, происходящие при взаимодействии мощного фемтосекундного лазерного излучения с кварцевым стеклом в условиях жесткой фокусировки

2.1. Экспериментальная установка

2.2. Формирование плазменных каналов в объеме кварцевого стекла под действием фемтосекундного лазерного излучения
2.3. Уширение спектра фемтосекундного лазерного импульса в кварцевом стекле
2.4. Модификации, наведенные в объеме прозрачных твердотельных мишеней фемтосекундным лазерным излучением
2.5. Определение интенсивности лазерного излучения, достигаемой в объеме кварцевого стекла с помощью время-пролетных измерений
Основные результаты Главы
Глава 3. Фотохимия и фотолюминесценция пористого стекла, допированного координационными соединениями эрбия и европия
3.1. Допирование и экстракция пористого стекла
3.2. Электронные уровни и спектр поглощения молекул ErFOD и EuFOD

3.3. Фоторазложение ЕгРОП и ЕиРОП в пористо.м стекле под действием УФ лазерного излучения
3.4. Люминесценция молекул ЕиРОО, введенных в пористое стекло, вызванная УФ лазерным излучением
Основные результаты Главы
Глава 4. Нелинейное взаимодействие излучения СгНогаСегИе лазера с пористым стеклом, допированным ЕиГСШ
4.1. Пробой пористого и кварцевого стекла под действием фемтосекундного лазерного излучения
4.2. Измерение коэффициента нелинейного преломления пористого стекла, допированного ЕиРОП
4.3. Определение коэффициента двухфотонного поглощения соединения ЕиРОП в спиртовом растворе
4.4. Оценка возможности использования металлорганического соединения ЕиРОО для локального допирования пористого стекла ионами Ей под воздействием фемтосекундного лазерного излучения
4.5. Формирование микроканалов в пористом стекле, насыщенном ЕиРОП, под действием излучения фемтосекундного хром-форстеритового лазера
4.6. Генерация суперконтинуума в пористом стекле, насыщенном ЕиРОП
Основные результаты Главы
Заключение
Список литературы

Введение
Актуальность темы
Процессы, происходящие в прозрачных твердотельных средах при воздействии на них жестко сфокусированного фемтосекундного лазерного излучения с интенсивностью, превышающей порог плазмообразования вещества (~1013 Вт/см2), в настоящее время активно исследуются в различных аспектах. В зависимости от степени фокусировки лазерного излучения распространение лазерного импульса в прозрачной мишени протекает в различных режимах. При значении числовой апертуры ЫА~ 1 высокая локализация лазерного излучения позволяет достичь экстремальных состояний температуры ТМО5 К и давления Р=1013 Па в объеме мишени уже при суб-микроджоульном уровне энергии [1].
В условиях, когда мощность лазерного импульса превышает критическую мощность самофокусировки Рсг и значение числовой апертуры фокусирующей линзы составляет менее 0,5, ключевую роль в процессе распространения мощного лазерного излучения в прозрачной конденсированной среде играет баланс между самофокусировкой и дефокусировкой на лазерно-индуцированной плазме, что приводит к формированию режима самоканалирования [2]. Распространение мощного фемтосекундного лазерного излучения в таких средах может сопровождаться генерацией суперконтинуума [3,4]. Численное моделирование процесса распространения фемтосекундного лазерного импульса в прозрачных диэлектриках показало, что оно сопровождается существенной трансформацией волнового пакета [5]. Наблюдаются такие явления, как пространственно временная самофокусировка, самообострение волнового фронта [6] и расщепление импульса [7].
Практический интерес к исследованию взаимодействия фемтосекундного лазерного излучения с прозрачными твердотельными мишенями обусловлен, прежде всего, высокой степенью локализации областей оптического пробоя и формируемых микромодификаций, что радикально отличается от ситуации, связанной с использованием лазерных импульсов большей длительности [8]. С помощью фемтосекундных лазерных импульсов в прозрачных диэлектриках созданы волноводы [9], дифракционные решетки [10], волноводные разветвители [11], модели 3-х мерной оптической памяти [12].
Ключевым параметром при рассмотрении взаимодействия лазерного излучения с веществом является интенсивность лазерного излучения. Определение значения

2.5. Определение интенсивности лазерного излучения, достигаемой в объеме кварцевого стекла с помощью время-пролетных измерений
Как уже упоминалось в главе 1, а также в параграфах 2.2 и 2.3, существуют определенные сложности определения интенсивности лазерного излучения при жесткой фокусировке лазерного импульса в объем прозрачной твердотельной мишени.
Нами предложен метод определения интенсивности лазерного излучения в объеме прозрачной твердотельной мишени, основанный на определении скорости ионов лазерной плазмы, сформированной лазерным импульсом. Очевидно, что свойства лазерной плазмы в объеме (так же как и на поверхности) мишеии определяются параметрами лазерного излучения (в частности интенсивностью). Поскольку для лазерной плазмы в объеме прозрачных твердотельных мишеней исследований, связывающих свойства лазерной плазмы с параметрами лазерного излучения, не проводилось, мы воспользуемся результатами, полученными для плазмы на поверхности. Под действием лазерного излучения материал мишени ионизуется и образовавшиеся электроны нагреваются в лазерном поле. Основной механизм нагрева в условиях нашей интенсивности I—1013 Вт/см2 — обратно тормозное поглощение. В этом случае средняя температура электронов в пренебрежении абляции и потерь на ионизацию может быть оценена следующим образом [52]:
где тт - длительность лазерного импульса, нормированная на 100 фс, //(?
поглощения. Разлетаясь с поверхности мишени, электроны создают на границе мишени электрическое поле. Под действием этого поля ионы плазмы ускоряются. Среднюю скорость ионов V с зарядом eZ и массой М, приобретенную в результате ускорения в поле в самом простом «изотермическом» приближении, то есть в приближении, что температура электронов в процессе ускорения ионов не меняется, можно оценить по формуле:
Таким образом, скорость ионов, вылетающих с поверхности, мишени определяется
т2/9
интенсивностью лазерного излучения V ~
Наиболее простым способом измерения скорости ионов являются времяпролетные измерения. При этом ионный ток плазмы регистрируется на некотором расстоянии от
(2.2)
интенсивность падающего излучения, нормированная на 1016 Вт/см2, В — коэффициент
(2.3)