ИСТИНА

В работе представлены результаты теоретических исследований взаимодействия одиночного атома с многокомпонентным лазерным полем. Отклик атома исследуется с точки зрения оптимизации эффективности и формы терагерцовой области (ТГц) фотоэмиссионного спектра отклика атома. Основными преимуществами ТГц излучения является то, оно не наносит вреда живым тканям организма, с другой стороны, в ТГц диапазоне все сложные молекулы имеют уникальные индивидуальные линии поглощения, что обеспечивает возможность их детектирования. Существует несколько способов генерации изучения в ТГц диапазоне: ускорители, основанные на тормозном излучении электронов (ортотрон, циклотрон, линейные ускорители), квантово-каскадный лазер, электрооптический эф-фект, эффект Джозефсона и др. Однако эти источники излучения крайне сложны в эксплуатации, поскольку каждый из них обладает тем или иным недостатком, либо они слишком громозки и энергозатратны (например, ускорители), либо спектр излучения не покрывает достаточно широкую область (например, квантово-каскадный лазер), либо для генерации излучения необходимо достичь экстремального состояния (например, сверхпроводящего в эффекте Джозефсона). Альтернативным способом генерации ТГц излучения, свободных от указанных недостатков, является метод, предложенный в [1] и основанный на взаимодействии двуцветного лазерного поля с веществом за счет четырехволнового выпрямления при многоквантовом поглощении лазерного поля средой. Однако лазер, который необходимо использовать для этого, должен генерировать импульсы хорошей стабильности, высокой интенсивности и короткой длительности. Такие лазеры являются труднодоступными. В связи с этим мы предлагаем использовать эффект генерации ТГц излучения при взаимодействии разреженных атомарных сред с двухцветным лазерным полем, основанный на внутриатомной нелинейности. Это позволяет снизить требования на выходные параметры поля, тем самым позволит использовать более стабильные лазерные системы, производящие менее энергетичные импульсы. Идея генерации ТГц излучения на основе внутриатомной нелинейности была впервые предложена в [2]. Она основана на численных расчетах взаимодействия атома аргона с двухцветным лазерным полем, образованным первой и второй гармоникой Ti:Sapphire лазера. Численная схема была разработана с по-мощью теории, представленной в [2] и хорошо зарекомендовавшей себя при описании таких явлений, как стабилизация ионизации [3], насыщение частоты отсечки [2] и т.д. Эта теория основана на использовании собственных функций краевой задачи об атоме в поле. Использование этих волновых функций позволяет учесть отличие симметрии задачи об атоме в поле от симметрии свободного атома. Для того, чтобы исключить плазменную интерпретацию полученных результатов, модель описания энергетической структуры атома аргона выбиралась следующим образом: в ней не учитывались уровни непрерывного спектра, одна-ко было учтено 13 дискретных уровней, расстояние между низшим учтенным и наивысшим учтенным уровнем составляет 96.5% от ионизационного потенциала. Выбор такой модели описания энергетической структуры атома накладывает ограничение на максимальную интенсивность, с которой можно исследовать взаимодействие (I<6.77×1012 Вт/см2). Мы провели исследования зависимости выхода ТГц излучения от параметров двухцветного поля (поляризации компонент поля, их амплитуд, длительностей импульсов, временной задержки между импульсами, чирпа поля). Длительность импульсов- компонент двухцветного поля варьировалась от нескольких фемтосекунд до сотен фемтосекунд. В результате исследований была выявлена нелинейная зависимость эффективности ТГц излучения от угла между поляризациями компонент двухцветного поля. Кроме того, варьирование времени задержки между импульсами также позволяет управлять как эффективностью ТГц излучения, так и формой спектра. На рис. 1 представлены ТГц часть спектра фотоэмиссионного отклика атома, вычисленная при различных временных задержках между импульсами для двух углов между компонентами двухцветного поля θ=0 (а) и θ=π/2 (б). Остальные параметры поля выглядят следующим образом: интенсивность первого поля I1=6.77×1012 Вт/см2, интенсивность импульса второй гармоники поля I2=6.77×1011 Вт/см2, длительность импульса на частоте первой гармонике поля τ1=120 фс, длительность импульса на частоте второй гармонике поля τ1=85 фс, Видно, что форма спектра меняется при изменении временной задержки между импульсами. Таким образом, варьируя параметры двухцветного поля можно оптимизировать как форму ТГц сигнала, так и его величину. Работы выполнена при частичной финансовой поддержке фонда “Династия”. Литература: 1. D.J.Cook, R.M.Hochstrasser, Opt. Lett.,25 1210 (2000) 2. А.В.Андреев, С.Ю.Стремоухов, О.А.Шутова, Письма в ЖЭТФ, 93(8), 522 (2011) 3. А.В.Андреев, С.Ю.Стремоухов, О.А.Шутова, ЖЭТФ, 138(6), 1060 (2010)