Когерентные нелинейно-оптические взаимодействия в возбужденных и ионизированных средах в процессах преобразования частоты и четырехфотонной спектроскопии

• Автор: Желтиков, Алексей Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 528 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Обзор современных тенденций нелинейной оптики возбужденных и ионизованных газовых сред
1.1. Когерентное четырехволновое взаимодействие как метод спектроскопии возбужденных газов и плазмы
1.2. Основные схемы четырехволнового взаимодействия в возбужденных газах и плазме
1.2.1. Вырожденное четырехволновое взаимодействие
1.2.2. Четырехволновое взаимодействие с комбинационным резонансом
1.2.3. Четырехволновое взаимодействие
гиперкомбинационным резонансом
1.2.4. Генерация третьей гармоники
1.3. Нелинейно-оптическое преобразование частоты в возбужденных газах и низкотемпературной плазме
1.3.1. Генерация оптических гармоник в плотной горячей лазерной плазме
1.3.2. Эксперименты по генерации гармоник в струях инертных газов с использованием сверхкоротких лазерных импульсов
1.3.3. Генерация оптических гармоник и смешение частот в низкотемпературной лазерной плазме
1.4. Нелинейности возбужденных газов и низкотемпературной плазмы
1.4.1. Увеличение оптической нелинейности газовой среды в условиях заселения возбужденных связанных состояний атомов и ионов
1.4.2. Генерация гармоник в процессе рассеяния электрона на ионе: квантовые и классические модели
1.4.3. О некоторых эффектах, связанных со столкновительными нелинейностями плазмы
Основные выводы по главе
Глава 2. Анализ эффективности четырехволнового взаимодействия с резонансом гиперкомбинационного типа с учетом влияния фазовой расстройки и однофотонного поглощения
2.1. Эффекты фазового синхронизма при нелинейно-оптических взаимодействиях в возбужденных газах и плазме
2.2. Анализ эффектов фазового рассогласования и поглощения при когерентном четырехволновом взаимодействии
2.2.1. Основные соотношения
2.2.2. Режим жесткой фокусировки
2.3. Влияние эффектов фазовой расстройки и однофотонного поглощения на спектры четырехфотонного рассеяния в возбужденных и ионизованных газовых средах
2.3.1. Четырехфотонная спектроскопия связанных состояний атомов и ионов
2.3.2. Режим сильного поглощения
2.3.3. Когерентное четырехфотонное рассеяние с резонансом на частоте накачки
2.3.4. Четырехфотонное рассеяние с участием автоионизационных состояний
2.4. Интерференция резонансной и нерезонансной составляющих кубической восприимчивости
2.5. Результаты расчетов и обсуждение
2.6. Зависимость сигнала ЧВВ от концентрации резонансных частиц
2.6.1. Коэффициент поглощения и фазовая расстройка
2.6.2. Влияние параметров фокусировки
2.6.3. Оптимизация эффективности преобразования частоты

2.6.4. Влияние поглощения
2.7. Влияние изменения населенностей резонансных уровней на параметры сигнала когерентного четырехволнового взаимодействия
Основные результаты и выводы по главе
Глава 3. Экспериментальная техника для исследования нелинейно-оптических процессов в возбужденных и
ионизованных газах
3.1. Основные принципы и элементы экспериментальной техники

3.2. Техника когерентной четырехфотонной спектроскопии
3.3. Пикосекундная лазерная система для исследования генерации гармоник и нелинейно-оптического смешения частоты в лазерной плазме
3.4. Экспериментальная техника для исследования нелинейнооптических процессов высших порядков
3.5. Методика приготовления, лазерной плазмы
Основные результаты и выводы по главе
Глава 4. Когерентная четырехфотонная спектроскопия и эллипсометрия атомов и ионов
4.1. Четырехфотонная спектроскопия атомарной и ионной компонент лазерной плазмы
4.2. Четырехфотонная спектроскопия газоразрядной плазмы
4.3. Поляризационная четырехфотонная спектроскопия и когерентная эллипсометрия атомов и ионов
4.3.1. Поляризационные свойства сигнала когерентного ЧВВ из плазмы оптического пробоя
4.3.2. Разделение мнимой и действительной части кубической восприимчивости
4.3.3. Анализ близких и перекрывающихся спектральных линий
4.3.4. Поляризационное управление формой спектра ЧВВ
4.3.5. Измерение инвариантов тензора гиперкомбинационного рассеяния
4.4. Когерентная четырехфотонная спектроскопия автоионизационных состояний
Введение

В разделе 6.4 рассматривается возможность использования промежуточных резонансов гиперкомбинационного типа в схеме когерентного ЧВВ как способ увеличения эффективности нелинейно-оптического преобразования частоты в лазерной плазме.
В разделе 6.5 представлены результаты экспериментов по генерации третьей гармоники в плазме оптического пробоя воздуха в поле фемтосекундных лазерных импульсов с высокой частотой повторения. Исследования, описанные в данном разделе, демонстрируют высокую эффективность генерации третьей гармоники в плазме оптического пробоя при использовании фемтосекундных импульсов с высокой частотой повторения, получаемых с помощью стандартных систем на основе лазеров на сапфире с титаном. В частности, результаты, представленные в параграфе 6.5.1, посвященном исследованию генерации третьей гармоники в поле импульсов длительностью 200 фс усиленного излучения лазера на сапфире с титаном в плазме оптического пробоя воздуха при атмосферном давлении, показывают, что низкотемпературная лазерная плазма может быть использована для генерации сверхкоротких импульсов третьей гармоники с частотой повторения до 1 кГц и эффективностью преобразования частоты по мощности порядка 7х10-4. Параграф 6.5.2 посвящен обсуждению результатов экспериментов по генерации второй и третьей гармоник в лазерной плазме с использованием световых импульсов длительностью 80 фс и изучению влияния на процесс генерации третьей гармоники эффектов самовоздействия лазерных импульсов. Экспериментальные данные, представленные в этом параграфе, свидетельствуют о том, что световые импульсы с длительностью 80 фс и энергией 1 мДж позволяют реализовать генерацию третьей гармоники с эффективностью до 0.17%. Генерация третьей гармоники в поле сильных сверхкоротких импульсов сопровождается пространственным самовоздействием и уширением спектра импульсов основного излучения и третьей гармонии. Пространственное и временное самовоздействие света