Международный учебно-научный лазерный центр МГУ им. М.В. Ломоносова
   
English  
Гранты
Научные группы
Гранты
Публикации
Конференции
ЦЕНТР коллективного пользования
Совместная лаборатория с ФИАН
Виртуальный тур по лабораториям
Оборудование по программе ПНР


Наука
26.02.2017

"Вести" из лаборатории профессора А.П. Шкуринова

ЦТ, программа "Вести", сняло сюжет о терагерцах из Лаборатории терагерцовой оптоэлектроники и спектроскопии кафедры ОФиВП и МЛЦ МГУ.


Образование
12.10.2016

МЛЦ МГУ - школе

22 октября 2016 
15:00 ауд. им. С.А.Ахманова, КНО

Учебно-методический семинар для учителей физики

ВИШНЯКОВА Екатерина Анатольевна




Семинар МЛЦ и кафедры
10.11.2017

Семинар кафедры ОФиВП и МЛЦ

17 Ноября 2017 
15:00 ауд. им. С.А.Ахманова, КНО

ПЕТНИКОВА Вера Михайловна 


Главная Наука в центре Гранты

Пространственно-временная динамика филаментации фемтосекундного лазерного импульса в конденсированных средах

Аннотация

Проект состоит в экспериментальном и численном исследовании динамики пространственно-временных распределений плотности мощности в фемтосекундном импульсе и наведенного приращения показателя преломления в среде при формировании филаментов и их взаимодействии.

Изучена эволюция пространственно-временного распределения интенсивности светового поля и наведенного изменения показателя преломления в конденсированной среде при филаментации фемтосекундного лазерного излучения на основе исследований, выполненных численно в МГУ имени М.В.Ломоносова и экспериментально методами время разрешенной поляриметрии и нестационарного поглощения в Институте физики НАН Украины. Численно показано и экспериментально подтверждено, что при филаментации в плавленом кварце фемтосекундного лазерного излучения на длине волны 800 образуются субимпульсы, которые “разбегаются” в процессе распространения. В излучении на длине волны 400 нм временной интервал между образующимися субимпульсам больше, чем в излучении на длине волны 800 нм, вследствие более значимого вклада дисперсии групповой скорости в изменение формы импульса при фазовой самомодуляции в нелинейной среде. Показано, что на оси фемтосекундного филамента положительное приращение показателя преломления, вызванное керровской нелинейностью на переднем фронте импульса, сменяется его отрицательным приращением в наведенной лазерной плазме на хвосте импульса. Из полученного распределения нелинейного приращения показателя преломления в плоскости поперечного сечения следует, что радиус плазменного канала существенно меньше размера области локализации энергии в филаменте и, следовательно, насыщение интенсивности в филаменте определяется кривизной, а не абсолютными значениями керровского и плазменного приращений показателя преломления. В исследованиях взаимодействия филаментов установлено, что интерференция световых полей в сходящихся пучках играет определяющую роль в пространственно-временной эволюции излучения и каналов наведенной лазерной плазмы. При образовании филаментов до области перекрытия пучков происходит интерференция полей, расходящихся в результате дефокусировки в наведенной лазерной плазме, при образовании в области перекрытия - интерференция световых полей падающих пучков. Получена многомерная картина распределения поверхностной плотности энергии и концентрации электронов в наведенной лазерной плазме при множественной филаментации в двух, трех и четырех пучках, сходящихся под малым углом в кристалле сапфира. Показано, что в синфазных пучках за счет конструктивной интерференции первоначально формируется центральный наиболее протяженный филамент, что сопровождается появлением более коротких филаментов в побочных интерференционных максимумах. Установлено, что величина пиковой интенсивности в фемтосекундном филаменте, образующемся в сходящихся пучках, незначительно превышает это значение в одиночном пучке с аналогичными параметрами. Показано, что при множественной филаментации в воздухе изменение сдвига фазы и запаздывания излучения в сходящихся пучках можно использовать для управления распределением в пространстве областей высокой плотности поверхностной энергии на трассе.



Идентификатор
11-02-90421-Укр_ф_а

Кто дал
РФФИ

Руководитель
Кандидов Валерий Петрович

Исполнители
Дергачев Александр Александрович, Сметанина Евгения Олеговна, Шленов Святослав Александрович

Год начала
2011

Год окончания
2012

Финансирование
МЛЦ

Цель работ
Целью проекта является изучение физических процессов, определяющих фундаментальные характеристики филамента фемтосекундного лазерного импульса в конденсированных средах.

Результаты

1. Показано, что при филаментации в плавленом кварце фемтосекундного лазерного излучения на длине волны 800 и 400 нм образуются субимпульсы, которые “разбегаются” в процессе распространения. При этом, в излучении на длине волны 400 нм временной интервал между образующимися субимпульсам больше, чем в излучении на длине волны 800 нм, вследствие более значимого вклада дисперсии групповой скорости в изменение формы импульса при фазовой самомодуляции в нелинейной среде (Рис.1 прилагаемого файла). Использование начальной фазовой модуляция излучения на длине волны 800 нм позволяет увеличить временной интервал между субимпульсами. Полученное в численном моделировании расщепление импульса надежно зарегистрировано в лабораторном эксперименте (Рис.2 прилагаемого файла). Результаты численного моделирования использованы для оценки необходимого временного разрешения в экспериментальных исследованиях пространственно-временной динамики филаментации фемтосекундных лазерных импульсов на установке лазерного комплекса в ЦКП "Фемтосекундный лазерный центр" Института физики НАН Украины. В соответствие с выполненными оценками украинскими участниками проекта проведена модернизация установки для повышения временного разрешения до 50 фс при использовании микроскопических методик время разрешенной оптической поляриметрии и нестационарного поглощения. Полученное в численном моделировании расщепление импульса надежно зарегистрировано украинскими участниками проекта. Экспериментально зарегистрированное образование и эволюция субимпульсов в фемтосекундном излучении на длине волны 800нм при филаментации в плавленом кварце согласуется с численными результатами, выполненными для условий эксперимента (Рис.2 прилагаемого файла).

2. Численно исследована пространственно-временная эволюция показателя преломления, наведенного в кварце фемтосекундным излучением при филаментации в условиях эксперимента, выполненного в ЦКП "Фемтосекундный лазерный центр" Института физики НАН Украины. Показано, что положительное приращение показателя преломления, вызванное керровской нелинейностью на переднем фронте импульса, сменяется его отрицательным приращением в наведенной лазерной плазме на хвосте импульса (Рис. 3 прилагаемого файла). При этом во временных слоях импульса, где происходит смена знака нелинейного приращения показателя преломления на оси филамента, профиль нелинейного приращения показателя преломления в сечении пучка является существенно неунимодальным. Из полученной радиальной зависимости для нелинейного показателя преломления следует, что радиус плазменного канала существенно меньше поперечного размера области локализации энергии в филаменте. Вследствие этого, можно утверждать, что насыщение интенсивности в филаменте определяется равенством кривизны в приосевой области приращений показателя преломления, связанных с керровской и плазменной нелинейностями. По результатам численного исследования рассчитано изменение в течение импульса радиального распределения приращения показателя преломления - параметра, непосредственно измеряемого методами время разрешенной поляриметрии и нестационарного поглощения на установке в ЦКП "Фемтосекундный лазерный центр" Института физики НАН Украины. Получено хорошее согласие результатов численного моделирования в МЛЦ МГУ и экспериментального исследования в Институте физики НАН Украины.

3. В исследованиях взаимодействия филаментов установлено, что интерференция световых полей в сходящихся пучках играет определяющую роль в пространственно-временной эволюции излучения и каналов наведенной лазерной плазмы. При образовании филаментов в пучках до области их перекрытия происходит интерференция полей, расходящихся в результате дефокусировки в наведенной лазерной плазме, что вызывает на интерференционных максимумах зарождение дочерних филаментов и перераспределение энергии между ними в соответствие со сценарием множественной филаментации. При начале филаментации в области перекрытия пучков расположение первичных филаментов определяется интерференцией световых полей падающих пучков, дочерних - полей, расходящихся при дефокусировке в плазме образовавшихся филаментов.

4. Получена многомерная картина распределения поверхностной плотности энергии и концентрации электронов в наведенной плазме в нескольких симметричных (трех и четырех) сходящихся под малым углом (~ 1 град) пучках с мощностью выше критической мощности самофокусировки при распространении излучения на длине волны 800 нм в сапфире (Рис. 4 и 5 прилагаемого файла). Показано, что в синфазных пучках за счет конструктивной интерференции первоначально формируется центральный наиболее протяженный филамент, который сопровождается появлением более коротких филаментов в побочных интерференционных максимумах. При этом наибольшая длина филамента достигается в случае четырех синфазных пучков. В случае трех пучков центральный филамент не является непрерывным. В области его разрыва наибольшая плотность поверхностной энергии и концентрации плазмы наблюдается в боковых филаментах.

5. В филаменте сходящихся пучков может быть достигнуто незначительное увеличение пиковой интенсивности по сравнению с одиночным пучком с аналогичными параметрами. Однако это увеличение не превышает 5% и не является постоянным по длине филамента (Рис. 6 прилагаемого файла).

6. Получена картина множественной филаментации в воздухе двух сходящихся пучков фемтосекундного лазерного излучения на длине волны 800 нм. Показано, что можно эффективно управлять перераспределением в пространстве областей высокой плотности поверхностной энергии, как в плоскости пучков, так и в ортогональной плоскости, изменяя запаздывание импульсов относительно друг друга и сдвиг фаз между ними (Рис. 7 прилагаемого файла).



Отчет
Отчет по проекту в популярной форме [259.38 Kb]



© 2008 МЛЦ МГУ
Сайт разработан в: Sebekon IT Solutions