|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
Самокомпрессия вихревых пучков фемтосекундного излучения среднего ИК-диапазона в прозрачных диэлектрикахНИР
Self-compression of femtosecond mid-infrared vortex beams in transparent dielectrics
- Руководитель НИР: Шленов С.А.
- Участники НИР: Васильев Е.В., Дергачев А.А., Залозная Е.Д., Кандидов В.П., Компанец В.О., Сойфер Ф.И., Чекалин С.В.
- Подразделение: Международный учебно-научный лазерный центр
- Срок исполнения: 6 февраля 2018 г. - 31 декабря 2020 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 18-02-00624\18
- Номер ЦИТИС: АААА-А18-118091190058-9
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Фундаментальные проблемы лазерной физики и нелинейной оптики
-
Рубрики ГРНТИ:
- 29.33.43 Распространение лазерного излучения
- 29.33.47 Воздействие лазерного излучения на вещество
-
Ключевые слова:
лазерное излучение, прозрачный диэлектрик, кольцевой пучок, фемтосекундный импульс, фазовая дислокация, частотно-угловой спектр, суперконтинуум, самовоздействие, вихревой пучок, плавленый кварц, плазменные каналы, фториды
plasma channels, fused silica, fluorides, supercontinuum, self-action, phase dislocation, frequency-angular spectrum, laser radiation, transparent dielectric, annular beam, vortex beam, femtosecond pulse -
Описание:
Проект состоит в экспериментальном и численном исследовании пространственно-временной динамики и частотно-угловых спектров вихревых пучков фемтосекундного излучения среднего ИК-диапазона при нелинейно-оптическом взаимодействии в прозрачных диэлектриках в условиях аномальной дисперсии групповой скорости. В настоящее время явление фемтосекундной филаментации лазерных пучков с дислокациями волнового фронта остается недостаточно изученным, особенно для излучения среднего ИК-диапазона, длины волн которого лежат в области аномальной дисперсии групповой скорости многих твердотельных дилектриков. Дислокации фазы в вихревых пучках качественно меняют процесс локализации светового поля, нарушая формирование унимодального распределения интенсивности и концентрации электронов в плазменных каналах, характерного для филаментации излучения с непрерывным волновым фронтом. В проекте будет изучено влияние дислокации фазы в кольцевых пучках фемтосекундного излучения на пространственно-временную локализацию светового поля, генерацию суперконтинуума и плазменных каналов при самовоздействии в плавленом кварце и фторидах. Образование областей высокой интенсивности лазерного излучения цилиндрической формы и трубчатых плазменных каналов при самовоздействии вихревых пучков фемтосекундного излучения среднего ИК – диапазона открывает принципиально новые перспективы в развитии лазерных технологий в создании элементов микрооптики, систем оптического манипулирования микрообъектами.
-
Abstract:
The project consists in experimental and numerical research of spatio-temporal dynamics and frequency-angular spectra of femtosecond mid-infrared vortex beams in conditions of nonlinear optical interaction in transparent dielectrics with anomalous group velocity dispersion. Currently, the phenomenon of femtosecond filamentation of laser beams with wavefront dislocations remains not enough investigated, especially for the mid-infrared spectral range, the wavelengths of which lie in the region of anomalous group velocity dispersion of many solid-state dielectrics. Phase dislocations in the vortex bundles qualitatively change the process of localization of the light field, disrupting the formation of a unimodal intensity distribution and the concentration of electrons in plasma channels, which is typical for filamentation of radiation with a continuous wave front. We will examine the impact of phase dislocations in the annular beams of femtosecond radiation on the spatial-temporal localization of the light field, the supercontinuum and plasma channels generation under self-action in fused silica and fluorides. The formation of regions of high intensity laser radiation of cylindrical shape and tubular plasma channels in self-action of femtosecond mid–infrared vortex beams opens new perspectives in the development of laser technology in the fabrication of elements of micro-optics, optical manipulation of micro-objects.
- Добавил в систему: Шленов Святослав Александрович
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 6 февраля 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Самокомпрессия вихревых пучков фемтосекундного излучения среднего ИК-диапазона в прозрачных диэлектриках |
| Результаты этапа: Численно исследованы пространственно-временная динамика и частотно-угловые спектры фемтосекундного лазерного излучения в кольцевом пучке с сингулярностью фазы на оси при самовоздействии в плавленом кварце и фторидах CaF2 и LiF в условиях аномальной дисперсии групповой скорости. Предсказано формирование кольцевых световых пуль и образование последовательности нелинейных фокусов в результате самосжатия в пространстве и времени волновых пакетов в виде кольцевых пучков с дислокацией фазы. Показано, что в многофокусной кольцевой структуре нелинейная самофокусировка частично происходит в безыонизационном режиме. Исследовано влияние топологического заряда на многофокусную структуру оптического вихря. Показано, что увеличение топологического заряда с m = 1 до m = 2 приводит к сокращению расстояния до первого нелинейного фокуса и уменьшению интервала между первыми и вторым фокусами. Частотно-угловой спектр излучения оптического вихря в окрестности нелинейного фокуса приобретает структуру полос, чередующихся по угловой координате. На основе интерференционной модели объяснен механизм возникновения полосатой структуры в спектре. Показано, что при уширении частотного спектра оптического вихря большая часть энергии трансформируется в стоксову область и существенно меньшая часть в антистоксову. Построена расчетная схема и создан компьютерный код для численного исследования филаментации вихревых пучков фемтосекундного излучения в прозрачных диэлектриках на основе нестационарной модели самовоздействия размерностью 3D+1. Созданный код включает схему распараллеливания задачи для ее эффективного решения на масштабируемых кластерных высокопроизво¬дительных вычислительных системах. Создан экспериментальный стенд и апробирована методика формирования вихревых кольцевых пучков фемтосекундного излучения на длине волны среднего ИК диапазона с использованием спиральной фазовой пластинки. | ||
| 2 | 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Самокомпрессия вихревых пучков фемтосекундного излучения среднего ИК-диапазона в прозрачных диэлектриках |
| Результаты этапа: Экспериментально и численно исследована филаментация вихревых пуков фемтосекундного лазерного излучения на центральных длинах волн 1800-1850 нм в образце плавленого кварца и кристалле LiF. Получены спектры суперконтинуума оптического вихря в ИК диапазоне. Характерной особенностью частотно-углового спектра является наличие темных полос вдоль оси длин волн, которые наблюдаются как в основной части спектра, так и в стоксовой и антистоксовой областях, появляющихся в процессе филаментации. Численно показано, что с увеличением топологического заряда m оптического вихря угловая зависимость его спектра приобретает более широкий центральный минимум, который сохраняется на начальном этапе самофокусировки при формировании первой кольцевой световой пули. Экспериментально обнаружено, что характерные размеры плазменных каналов одиночных фемтосекундных импульсов в кристалле LiF в условиях небольшого превышения пиковой мощности над критической близки для оптического вихря в кольцевом пучке с нарушенной осевой симметрией и гауссового пучка. Длина плазменных каналов составляет около 400 мкм при ширине приблизительно 5 мкм. Численный анализ показал, что смещение в область больших длин волн от 1800 нм до 3000 нм приводит к росту как максимальной, так и линейной концентрации плазмы вследствие большей самокомпрессии импульсов во времени и, как следствие, большей интенсивности световых пуль. Средствами вычислительного эксперимента получена динамика формирования оптического вихря из первоначально коллимированного гауссова пучка за фазовым транспарантом с винтовой дислокацией фазы. Показано, что характерное расстояние формирования кольцевой моды оптического вихря составляет около половины дифракционной длины пучка. Установлено, что для фемтосекундных импульсов с шириной спектра 80 нм (FWHM) рассогласование длин волн от расчетной для фазового транспаранта не оказывает существенного влияния на формирование оптического вихря. Количественно определено влияние параметров мультипликативного шума лазерного излучения на процесс распада аксиально симметричного вихревого пучка с m=1 в условиях керровской самофокусировки. Показано, что при 5-ти кратном превышении мощности над критической и относительно небольшой амплитуде шума коллимированный пучок радиусом порядка 100 мкм на входе в нелинейную среду сохраняет аксиальную симметрию при прохождении первого нелинейного фокуса и теряет её при приближении ко второму нелинейному фокусу. | ||
| 3 | 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. | Самокомпрессия вихревых пучков фемтосекундного излучения среднего ИК-диапазона в прозрачных диэлектриках |
| Результаты этапа: Получены частотные и частотно-угловые спектры формируемых за рельефным фазовым транспарантом оптических вихрей на длине волны 1850 нм и выявлены особенности их уширения в плавленом кварце с увеличением пиковой мощности импульса. Методом лазерной колорации измерены длина и толщина плазменных каналов филаментов при множественной филаментации оптических вихрей в кристалле LiF на длине волны 1850 нм. Описана физическая картина и сценарий изменения волнового фронта оптического вихря при самофокусировке в нелинейной среде. Получены пространственные спектры оптических вихрей в зависимости от степени и характера радиальной неоднородности фазового транспаранта. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".