Введение к работе
Актуальность тема. В настоящее время происходит стремительное развитое области Физики, связанной с получением сверхмощных и ультракоротких лазерних ампульсов и их взаяиодействкен с различными средани. Проведенные теоретические и экспериментальные работа показывают, что создается инструмент, позволяющий проводить унагсальные исследования практически по всей направлениям сиэапи, а также в хинни, биологии о другие областях.
Переход к февтосекундноиу диапазону длительностей шшульсов позволил увеличить пороги ионизация { и, следовательно, оптического пробои диэлектриков ), а это, в свою очередь, позволяет исследовать различные нелинейные авлеиия в средах при вшгенскшюстях > Ю Вт/сн . Это открывает новые возможности для нелинейной оптики. Проводимые а настоящее время работа во ииогонратной ионизации атомов в сверхсильных лазерных полах ииеют фундаментальное значение для атомной физики. Получение ультракоротких и сверхмощных лазерных импульсов служит источиихоа быстрого прогресса в продвижении когерентного излучении п коротковолновую область при генерации гармоник высокого порядка в благородных газах. В перспективе отих исследований при увеличении платности потока энергия на мииени свыаа 10 Вт/си в теоретических работах здесь . предсказана конверсия энергии лазерного игшульса п когерентное излучение с длиной волны иеньие ангстрема, причем, эффективность преобразования нонет достичь 10 . О блияаииее врони во многих лабораториях планируется строительство лазеров способных создавать на ивиени плотности потока энергии 10 -10 Вт/си . Достижение таких ннтеиежвностви лазернг 'о пола позволит проводить уникальные эксперимента в таких, например, областях как ускорение элементарных частиц, ядерная физика, нелинейная квантовая электродинамика- и др.
Благодари разработке как техника усилений фазово-модуляровнных импульсов, так и широкополосных усилиааввдкх сред происходит быстрый прогресс в генерации сверхиоцных ультракоротких лазерных шшульсов. Одними из самых перспективных здесь оказываются широкополосные твердотельные
лазеры с которыми свяэввавт будувяе рекордные достяхениа. Например, сапфир с ионами титана, инее ширину линии усвоения около 3500 сн , позволяет ' рассчитывать на успленяе внпульсна длительностью т й Ю фо до энергии» а десятки джоулей.
Для получения рекордних значения мощности лазерного импульса, и, особенно, дли достижения максимальной компактности в экономичности лазерной установки необходимо получение максимального КПП снятии энергии с инвертированной среди. Известно, что теоретический' предел максимального КПД снятия энергии с инвертированной среды в иекогерентком реипив сзаииодействва импульса с усияияагяфзп средой (т.е. когда длительность импульса т » TJ, , где Г^ - время однородной релаксации поляризации среда) равен БО X . Теоратичоспаа Ее продел максимального И1Д снятия энергии в когерентном рехизэ взаимодействии (т « Т^) равен 100 X , т.е. импульс-иояэт снять всэ запасенную в среде энергии». Эти обстоятельства-, а тапве необходимость перехода ко все более коротким по длительности лазерная импульсам, являются одним из стимулов для изучения реиямов когерентного усиление.
При достимении ультракоротким лазерним пипульсои определоиннк пороговых мощностей открываются каналы эффективного вігнуяденного рассеяния его энергии. Например, недавно обнаружено - теоретически п экспериментально - что при достяяекяв определенного порога модности импульсом, распространаючимсп в среде, происходи? спонтанное образование солитоноподобігнх импульсов выяуяденлого комбинационного рассеяния, в которне перекачвваетса больпая часть энергии первоначального импульса. Особенно эффективно вннукдониов комбинационное . рассеяние мощного ультракороткого импульса происходит, когда его длительность т < Тг ( Тг - раиановскоо время когерентности в ерзде ) и спектр иипульсп захватывает одну . нля несколько собственные частот колебаний в среде, т.е. при вынуЕденнои когерентном резонансном еаморассевнии.
Кие одним атрибутом динамики ультракоротких лазерных импульсов при достижения ими определенного порога по мощности является сильное самоуиирение спектра. После открытия генерации спектрального суперконтинуума а демонстрации его "в различных
средах, включай твердне тепа, жадности и газы, поникание этого эффекта все ече далеко от своей полноты. Все разработанные теоретические водели столкнулись с серьезными трудностями, более того, ка одна из них не является достаточно универсальной, чтобы объяснить обзде закономерности, которые наблюдалась в таком разнообразии сред.
Цель настоящей работы - показать, что Фазовая ьодуляцин позволяет достигать наксннально эффективного эноргосьеиа о инвертированной среды в пограничной области между когерентный и некогерентнкм взаимодействуем ( т * f ), полного энёргосьеиа при когерентной взаимодействии ( т « Т' ), в случае нэоднородо увиренной линии в т > Т ( Тх - вроня неоднородной дефазЕривхи излучателей ); а также показать. что для достаточно ноцных ультракоротких лазерных инпульсов при взаимодействии со средой в ранках реального пола и реальной индуцируеной им поляризации (т.е. без приближения огвбажщих ) учет двухквантоанх процессов ранановского типа нокет приводить к новею эффектам в динамике их пола и спектра ( в частности. эффективно получать так называемые видеоимпульсы >, я построить теоретическую модель сверхувирения спектра пола и генерации суперконтинууиа.
Научная новизна. В работе показана возможность, для инпульсов с т > Т и для определенных пороговых значений нощно'^ти и чнрпа импульса ( экспериментально реализуемых ) в случае когерентного взаимодействия, перевода всего спектра частиц ( Т2) с верхнего уровня на нижний а теп сашш полного сьена энергии инпульсов, а в пограничной иежду когерентным и некогерентныи взаииодействнен случае - максимально эффективного сьена энергии. Впервые показана возможность оптического выпрямления на основе двухквантовых переходов ранановского типа, причем эффективность такого способа оптического' выпрямления иожет превышать на несколько йородков реализуемый в настоянеє время за счет черенковского излучения сверхкороткого импульса в среде. Показана возможность получения в среде лазерного импульса в полпериода колебаний. Построена теоретическая модель увирения спектра и генерации суперконтинууиа, удовлетворяющая самым обцим требованиям, сформулированным для такой теории, хорово согласующаяся с' многочисленными
эпс перине нталыгаки дакнани, п предсказываючая попав эФЗюктн.
Практическая ценность работа 1.Получении результаты ногут бить есполйзобоны шгв доетиеенио иаксякально позноакого КПД лазерных усилителей п рекоряэтнх мощностей ультракоротких лазерных иппульссп.
-
Реэулвтвты работа показывают воззогаость весьма эффехтиЕКОго преобраэоаания спектра водного уль-і-ракоротного «аеернсго импульса в различных средах,оптического яаяряылониа, превосходящего па несколько порядков по эффективности кетод, испольэугакй черенхоасхое излучение сверхкороткого, шшусьса з с^еде, п лолученаа в средах норшнх видеоетшульсоз я одем период п даго а полпегяо.ча колебаний.
-
Построенная теоретическая нодель сверхувяреняа опєктуз и генезрацея суперконтинууиа нояныни ультракороткий ялзерккан акЕульсоип позволяет с едгниг позиций обьискить результати вдгогочиелсикше экспериментов п этоа области дла разиачкая сред, оценит» г-оэиояностя и пороги коцности лазерною импульса дли сред, а которых евзрхуїииренио спектра и геворацеа с>'ПЄЕКонтниууаа пока экспериментально не наблвддлись.
На завдту виносятся основная результата диссертация, сформулированные в конце автореферата.
Апробация работы. Основнко результата диссертации
дсиладывалщгь на XIII Невдукародноа конференции по когерентной ш нелинейной ептихе ( Нянек, 1908 ), на севинарах по теоретической радпофігепхе СйДП, на секянаре отделения ебчеп фнзшш и золновїя процессов ЙГУ. на Международной конференция по лазерам п электрооптике ( CLE0-03, BaltiBore, 1993 >.
Публикаций. По натериалаи диссертация оиубликопано 7 работ, из иях две - тезисы докладов. Список работ приселен в Еокце автореферата.
Структура и объем диссертация. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литерат?рк. Общий обт>е« диссертации составляет 103 страницы и включает в себа 34 рисунка я енгсох литература яэ 187 наименований.
