Филаментация мощных фемтосекундных лазерных импульсов в молекулярных газахНИР

Источник финансирования НИР

грант Президента РФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 февраля 2014 г.-30 ноября 2014 г. Филаментация мощных фемтосекундных лазерных импульсов в молекулярных газах
Результаты этапа: В целях выполнения основных задач проекта проведено комплексное экспериментально-теоретическое исследование формирования и эволюции филамента в молекулярных газах (воздух, азот). В экспериментах лазерное излучение на длине волны 805 нм с энергией до 5 мДж, длительностью около 55 фс и диаметром около 1 мм распространялось несколько метров на воздушной трассе или в кювете с азотом, формируя единственный филамент. Установлено, что в таких условиях в сверхшироком спектре излучения филамента формируется изолированное инфракрасное крыло (до 950 нм). Детальное исследование данного крыла показало, что оно ведет себя подобно рамановскому солитону в оптическом волокне: распространяется на оси пучка, имеет постоянную длительность около 30 фс (измерена по технологии SPIDER) и монотонно смещается по спектру с расстоянием распространения в инфракрасную область. Для анализа экспериментальных результатов проведено численное моделирование явления. Модель основывается на однонаправленном уравнении распространения лазерного излучения, учитывающем быстроосциллирующую компоненту поля. Уравнение для электромагнитного поля решается совместно с кинетическими уравнениями для концентрации самонаведенной лазерной плазмы. В модели в параксиальном осе-симметричном приближении учтены все основные факторы, определяющие развитие филаментации: дифракция, дисперсия, керровская и плазменная нелинейности, многофотонная/туннельная ионизация и связанная с ней поглощение энергии лазерного излучения. В частотно-угловом спектре излучения филамента обнаружено изолированное инфракрасное крыло, ведущее себя в хорошем согласии с экспериментом. Показано, что инфракрасное крыло формируется на переднем фронте филамента и распространяется без изменения временного профиля вместе с излучением резервуара на длине волны 800 нм. В следующей серии экспериментов исследована антистоксова часть сверширокого спектра фемтосекундного филамента. Показано, что антистоксова компонента, лежащая в видимом диапазоне, формируется в результате четырехволнового смешения инфракрасной солитоноподобной структуры с высокоэнергетическим излучением резервуара на длине волны около 800 нм. Установлено, что при малой энергии (около 1 мДж) исходного импульса видимое излучение распространяется только под углом к оси излучения. Рост начальной энергии импульса приводит к генерации антистоксовых компонент, распространяющихся как на оси лазерного излучения, так и под углом к ней. Для объяснения данных результатов аналитически проведено исследование условий синхронизма для процессов четырехволнового смешения при наличии лазерной плазмы филамента. Показано, что низкая концентрация плазмы, соответствующая малой энергии импульса, допускает синхронную генерацию видимого излучения только под углом к оси филамента, тогда как ее увеличение, в том числе вследствие роста энергии импульса, ведет к формированию видимого излучению и под углом, и на оси. Таким образом, экспериментально и теоретически показано, что рамановская солитоноподобная структура при филаментации в молекулярном газе инициирует четырехволновое смешение, результатом которого является генерация антисоксовой компоненты излучения, лежащей в видимом диапазоне. Диаграмма направленности антистоксовой компоненты определяется концентрацией лазерной плазмы филамента.
2 1 января 2015 г.-30 ноября 2015 г. Филаментация мощных фемтосекундных лазерных импульсов в молекулярных газах
Результаты этапа: Создан программный комплекс для моделирования филаментации в воздухе как полной 3D + 1 задачи. При моделировании явления учтены дифракция, дисперсия, керровская и плазменная нелинейность, а сама модель построена на основе быстроосциллирующей компоненты. В моделировании показано, что формирование инфракрасного крыла в спектре суперконтинуума филамента происходит практически одинаково в случае превышения пиковой мощности над критической мощностью самофокусировки до 5 раз как для идеального гауссового пучка, так и для зашумленного пучка. Экспериментально установлено, что инфракрасная компонента инициирует четырехволновое смешение, результат которого распространяется под углом к оси филамента. При уменьшении качества пучка (т.е. росте его "зашумленности" относительно гауссова) эффективность четырехволнового взаимодействия возрастает. Это явление объяснено более широким угловым спектром исходного излучения.

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".