Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Генерация импульсного терагерцового излучения газах фемтосекундным филаментом 11
1.1. История открытия филаментации лазерных импульсов 11
1.2. Нелинейные процессы при распространении фемто секундного лазерного излучения в диэлектрических средах 13
1.3. Особенности генерации терагерцового излучения фемтосекундным лазерным филаментом 17
1.4. Теоретическая модель генерации терагерцового излучения при взаимодействии двух фемтосекундных импульсов в диэлектрической среде 21
1.5. Особенности состояния поляризации терагерцового излучения, генерируемого фемтосекундным филаментом 26
Глава 2. Зависимость интенсивности терагерцового излучения, генерируемого двухцветным фемтосекундным филаментом интенсивности поляризационных характеристик первой второй гармоник накачки 30
Глава 3. Структура и процесс формирования двухцветного фемто секундного филамента при генерации широкополосного терагерцового излучения 39
Глава 4. Пространственное распределение поляризации терагерцового поля, генерируемого двухцветным фемтосекундным филаментом 46
Глава 5. Пространственное распределение амплитуды и фазы терагерцового поля, генерируемого двухцветным фемтосекундным филаментом 53
Заключение 62
Благодарности 64
Список литературы 65
Приложение 1. Генерация терагерцового излучения одноцветным фемтосекундным филаментом в струе жидкостей 74
Приложение 2. Экспериментальная работа по оценке зависимости интенсивности терагерцового излучения от различных участков двухцветного фемтосекундного филамента 78
Приложение 3. Структура и процесс формирования одноцветных филаментов, методом фемтосекундной поляриметрии с разрешением во времени 82
Приложение 4. Квантовый терагерцовый имаджинг 84
- Особенности состояния поляризации терагерцового излучения, генерируемого фемтосекундным филаментом
- Структура и процесс формирования двухцветного фемто секундного филамента при генерации широкополосного терагерцового излучения
- Пространственное распределение поляризации терагерцового поля, генерируемого двухцветным фемтосекундным филаментом
- Пространственное распределение амплитуды и фазы терагерцового поля, генерируемого двухцветным фемтосекундным филаментом
Введение к работе
Актуальность темы
Терагерцовый (ТГц) диапазон частот представляет собой частотный интервал 0.1 - 25 ТГц и эти частоты занимают большую область спектра электромагнитных колебаний между инфракрасным и микроволновым диапазонами. Значительный сдвиг в исследованиях терагерцового диапазона частот наметился в 1980х годах благодаря развитию микроэлектроники и появлению коммерчески доступных фемтосекундных оптических систем.
Наиболее привлекательный для генерации ТГц излучения является метод, предложенный D. J. Cook и R. М. Hochstrasser [1]. При стандартной реализации этого метода фемтосекундный лазерный импульс и его вторая гармоника фокусируются в воздухе и формируют нить плазмы -фемтосекундный филамент, который излучает мощный ТГц импульс с величиной электрического поля до уровня МВ/см. Преимуществами данного метода являются отсутствие порога интенсивности накачки, высокая эффективность преобразования и широкий диапазон генерации, который может превышать 100 ТГц и, таким образом, охватывать дальнюю и среднюю инфракрасную область. Поэтому исследования двухцветного фемтосекундного филамента, как высокоэффективного источника импульсного терагерцового излучения, несомненно являются актуальными.
Фемтосекундный филамент представляет собой сложную структуру, исследование которой позволяет лучше разобраться в процессах генерации терагерцового излучения. В работе [2] исследован процесс пространственного формирования одноцветного фемтосекундного филамента, причем ТГц излучение не регистрировалось, однако для двухцветного подобные исследования не проводились.
Определение состояния поляризации терагерцового излучения, генерируемого двухцветным фемтосекундным филаментом также является весьма актуальным и данным исследованиям посвящены многие работы [3-6]. В работах [3,4] было показано, что терагерцовое поле, генерируемое двухцветным филаментом, может иметь круговую поляризацию. В последующих исследованиях эти результаты были дополнены тем, что поляризация такого ТГц поля может также иметь эллиптичность [5,6]. Этот факт объяснялся либо влиянием процессов четырехволнового оптического взаимодействия, либо оптическим выпрямлением на квадратичной нелинейности внутри зоны филамента, где симметрия возбуждения нестационарных токов в филаменте нарушается двухцветным фемтосекундным лазерным импульсом [7,8]. Кроме того, было обнаружено, что поляризация ТГц излучения зависит от поляризации излучения накачки [6]. Однако все эти исследования были выполнены для усредненного общего терагерцового поля и не рассматривали возможность изменения локальной
поляризации по сечению терагерцового пучка. Однако исследования локального пространственного распределения поляризации ТГц поля позволят отображать локальные свойства исследуемого поля, что позволит лучше понять процесс генерации ТГц излучения двухцветным фемтосекундным филаментом.
Исходя из вышеизложенного целью диссертационной работы
являлось исследование поляризационных особенностей терагерцового излучения генерируемого двухцветным фемтосекундным филаментом. Для этого решались следующие задачи:
-
Изучение процессов формирования пространственно-временной структуры двухцветного фемтосекундного филамента.
-
Исследования поляризационного пространственно-временного распределения терагерцового поля, генерируемого двухцветным фемтосекундным филаментом.
-
Выявление особенностей формирования пространственно-временной динамики терагерцового амплитудно-фазового фронта при генерации двухцветным фемтосекундным филаментом с эллиптической поляризацией первой и второй гармоник накачки.
Научная новизна проведенных исследований:
-
Впервые экспериментально показано, что поляризационное пространственно-временное распределение терагерцового поля, генерируемого двухцветным фемтосекундным филаментом является неоднородным по радиальному обходу терагерцового поля и повторяет распределение поляризации первой гармоники накачки, до энергий накачки порядка 1,5 мДж для первой и 0,5 мДж для второй гармоник.
-
Впервые показана пространственно-временная структура и процесс формирования двухцветного фемтосекундного филамента с энергиями накачки до 1,5 мДж для первой и 0,5 мДж для второй гармоник.
-
Впервые исследована амплитудно-фазовая структура терагерцового поля, излучаемая двухцветным фемтосекундным филаментом с энергиями накачки порядка 1,5 мДж для первой и 0,5 мДж для второй гармоник.
-
Экспериментально выявлены зависимость интенсивности и спектральных характеристик ТГц излучения, генерируемого при двухцветной филаментации, от угла поворота кристалла ВВО. Показана, что максимальная интенсивность в первую очередь обуславливается площадью перекрытия поляризаций первой и второй гармоник, а максимальная ширина спектра определяется максимумом мощности второй гармоники.
Практическая значимость:
В работе выявлены методы определения состояния поляризации
терагерцового излучения по состоянию поляризации излучения накачки первой и второй гармоник. Эти результаты могут быть использованы для построения и оптимизации терагерцовых спектрометров, использующих двухцветный фемтосекундный филамент в качестве генератора излучения. Также данные результаты могут быть использованы в исследованиях по нелинейной оптике ТГц излучения.
На защиту выносятся следующие результаты и положения:
-
Экспериментально зарегистрированы методом фемтосекундной поляриметрии с разрешением во времени пространственно-временная структура и процесс формирования двухцветного фемтосекундного филамента при генерации широкополосного терагерцового излучения.
-
Экспериментально показано, что для эллиптических поляризаций первой и второй гармоник накачки максимальная интенсивность терагерцового излучения, генерируемого двухцветным фемтосекундным филаментом, зависит от интегральной площади перекрытия поляризаций первой и второй гармоник накачки.
-
Экспериментально зарегистрировано пространственное распределение коэффициента эллиптичности и угла наклона большой оси эллипса поляризации поляризации терагерцового излучения, генерируемого двухцветным фемтосекундным филаментом с эллиптической поляризацией первой и второй гармоник накачки. Пространственное распределение поляризации терагерцового излучения повторяет изменение коэффициента эллиптичности и угла наклона большой оси эллипса поляризации первой гармоники накачки.
-
Пространственно-временное распределение амплитуды и фазы терагерцового поля, генерируемого двухцветным фемтосекундным филаментом с эллиптической поляризацией первой и второй гармоник накачки, представляет собой спирально-вихревые структуры, связанные с неоднородным пространственным распределением состояния поляризации терагерцового поля.
Публикации автора
За время обучения в аспирантуре автором было опубликовано 15 печатных работ, из них 10 статей в рецензируемых журналах из списка ВАК и 5 тезисных доклада.
Личный вклад
Научным руководителем была сформулирована цель и задачи исследования. Диссертант принимал участие в постановке и решении задач, обработке, обсуждении и отборе полученных результатов. Все результаты численного моделирования и экспериментов, представленные в работе, а также их анализ, выполнены лично диссертантом.
б
Структура и объем диссертации
Особенности состояния поляризации терагерцового излучения, генерируемого фемтосекундным филаментом
Для двухцветного фемтосекундного филамента проведены работы с изменением поляризации и разности фаз между первой и второй гармониками накачки, что приводило к изменению интенсивности и поляризации терагерцового излучения. Поляризационные эксперименты в этих работах заключались в измерении интенсивности терагерцового излучения при различных фазовых задержках между первой и второй гармониками лазерной накачки и различных положениях терагерцового анализатора, помещенного перед детектором. В экспериментах рассматривался случай с двумя линейными поляризациями первой и второй гармоник ориентированными друг к другу под различными углами, 55о в работе [65] и 0о и 90о в работе [66], а так же для двух циркулярных и двух эллиптических состояний поляризаций первой и второй гармоник накачки. Для двух циркулярных состояний поляризации накачки с одинаковым направлением вращения продемонстрировано, что вектора поляризации терагерцового излучения изменяются при изменении разности фаз между первой и второй гармониками накачки, при этом само состояние поляризации остается близкой к линейной рис. 7 [66].
В работах [48; 67] авторы регистрировали амплитуду и интенсивность терагерцового излучения, разделив первую и вторую гармонику накачки на различные плечи, тем самым получи в возможность управления состоянием поляризации и разностью фаз между ними. В этих работах было показано, что при ортогональных состояниях поляризации первой и второй гармоник накачки амплитуда терагерцового излучения значительно меньше, чем при параллельных состояниях поляризации.
Если говорить о состоянии поляризации терагерцового излучения, стоит отметить что оно, как правило является широкополосным, в особенности это характерно в случае фемтосекундной филаментации, а в работе [68] был спектр терагерцового излучения сгенерированного двухцветным фемтосекундным филаментом в азоте от 0,5 до 10 ТГц. При такой ширине спектра частотные компоненты при распространении в двулучепреломляющей среде могут испытывать различные фазовые задержки, таким образом , различные спектральные компоненты могут иметь определенную степень эллиптичности. Таким образом, понятие поляризации для терагерцового излучения в целом теряет свой смысл, за исключением случая, когда поляризация линейна. Для остальных же случаев состояние поляризации терагерцового излучения можно описать двумя способами [69; 70]: 1) рассматривать поляризацию терагерцового излучения для каждой спектральной компоненты импульса в отдельности; 2) описать годограф электрического поля в системе координат, связанной с терагерцовым импульсом – указать положениее конца электрического вектора в каждый момент времени. Первый способ более удобен для теоретического описания состояния поляризации терагерцового излучения, второй же более удобен для визуального восприятия. Для каждого из этих методов необходимо знать зависимости величины и направления вектора электрического поля от времени.
В работе [71] приведен пример описания состояния поляризации импульса с широким спектром, в ней рассмотрена эволюция ко нца вектора электрического поля для терагерцового импульса, для которого все спектральные компоненты были циркулярно поляризованы. Так же было показано, что для широкополосных импульсов с циркулярной поляризацией направление вращения конца вектора электрического поля не является постоянным, это кардинально расходиться с классическим представлением о циркулярной поляризации узкополосного импульсного излучения. Так же проводились экспериментальные работы по измерению особенностей состояния поляризации терагерцового излучения, данные приведены в статьях [72; 73; 74]. В одной из этих работ проводились исследования по сравнению состояния поляризации близкой к циркулярной, как для широкополосного, так и для узкополосного терагерцового излучения.
Однако во всех работах р ассматриваются эллипсы поляризации терагерцового пучка в целом, никто не рассматривал пространственное распределение состояния поляризации терагерцового излучения сгенерированного двухцветным фемтосекундным филаментом. Поэтому одна из глав диссертации посвящена экспериментальному исследованию состоянию поляризации терагерцового пучка в пространстве.
Структура и процесс формирования двухцветного фемто секундного филамента при генерации широкополосного терагерцового излучения
В работах [35; 80; 81; 82] проводились экспериментальные работы по регистрации структуры фемтосекундного филамента различными методами. Однако процесс формирования и структура двухцветного фемтосекундного филамента не исследовались. Для проведения этого эксперимента был использован метод фемтосекундной поляриметрии с разрешением во времени, описанный в работе [80], принципиальная схема метода представлена на Рисунке 14.
На Р исунке 14 показана принципиальная схема метода фемтосекундной поляриметрии с разрешением во времени. В пробном пучке регистрируется изменение состояния поляризации, вызванные взаимодействием с импульсом накачки. Как показано на Рисунке, излучение пучка накачки и пробного пучка имеют линейную поляризацию под углом 900 и 450, соответственно. Излучение накачки вызывает изменение показателя преломления в среде, которое пропорционально интенсивности света накачки. Вертикальное положение поляризации излучения пучка накачки имеет только х-компоненту электрического поля, что вызывает разницу в показателе преломления между осью x и плоскостью yz. Поскольку угол поляризации пробного пучка составляет 45 по отношению к вертикальному направлению поляризации излучения накачки, наведенное двулучепреломление изменяет состояние поляризации излучения пробного пучка из линейного на эллиптическое, и это изменение обнаруживается анализатором на пути пробного луча. Когда излучение пробного пучка проходит через область, в которой проходит импульс накачки, пространственный профиль импульса накачки становится видимым. Если длительность импульса пробного пучка сверхкороткая, и если среда имеет сверхбыстрое время отклика на оптический эффект Керра, то отображается мгновенный профиль интенсивности импульса накачки. Это означает, что распространение излучения накачки можно визуализировать как снимок со сверхбыстрым временным разрешением. Известно, что, простые молекулярные газы, например воздух и благородные газы, имеют сверхбыстрые отклики на эффект Керра. Время нарастания оптического эффекта Керра находится на порядок меньше нескольких десятков фемтосекунд, а спадающее время - релаксация индуцированного эффекта Керра меньше или равно ста фемтосекундам [83]. Поэтому эти среды позволяют получить сверхбыстрый снимок динамики распространения интенсивных фемтосекундных оптических импульсов.
На Рисунке 15 показана экспериментальная схема фемтосекундного поляриметра с разрешением во времени. Излучение фемтосекундного лазера линейно поляризовано с горизонтально направленным электрическим полем. Светоделитель разделяет луч лазера на пучок накачки и пробный пучок. Пучок накачки несет большую часть энергии излучения лазера. После того, как излучение накачки проходит через линию задержки, оно попадает на пластинку Х/2 меняя угол поляризации с горизонтального на вертикальный, а затем фокусируется в воздух с помощью плосковыпуклой линзы. Диаметр линзы больше, чем поперечное сечение пучка накачки. Что касается пробного пучка, угол поляризации устанавливается 45, пластинкой Х/2, относительно горизонтальной плоскости. Поляризатор (призма Глана-Томпсона) чистит состояние поляризации затем пробный импульс, синхронно с импульсом накачки, освещает область филаментации. После того, как пробный импульс проходит через область взаимодействия компоненты, которые перпендикулярны поляризатору, извлекаются скрещенным анализатором (призма Глана-Томпсона). Телескопическая система, состоящая из двух линз, переносит изображение филамента в плоскость ПЗС камеры и увеличивает его [80].
Для изучения структуры двухцветного филамента необходимо внести небольшие изменения в экспериментальную схему, добавив нелинейные кристаллы – генераторы второй гармоники.
На Рисунке 16 представлена экспериментальная схема для регистрации структуры и процесса формирования двухцветного филамента. Использовался фемтосекундный титан-сапфировый лазер - Regulus 35F1K, центральная длина волны - 800 нм, частота следования импульсов 1 кГц, энергия в импульсе - 2,3 мДж, длительность импульса 35 фс, диаметр пучка (по уровню 1/e2) - 8 мм. Излучение лазера так же делиться на клиновидной пластинке (сд) на пробный пучок 2% и пучок накачки 98%. Излучение накачки проходит через линию задержки с шагом 2 мкм и пройдя через системой зеркал (з) попадает на нелинейный кристалл - генератор второй гармоники, бета борат бария (ВВО) толщиной 0,3 мм, после чего выставляется горизонтальное состояние поляризации излучения накачки путем поворота волновой пластинки /2(800) (400), затем фокусируется в воздухе параболическим зеркалом (пз) с фокусным расстоянием 50 мм. Пробный пучок так же, пройдя через нелинейный кристалл – генератора второй г армоники попадает на волновую пластинку /2, угол поляризации выставляется 450 относительно пучка накачки, призма Глана-Тейлора (ГЛ) чистит состояние поляризации. Затем пробный импульс синхронно освещает область филамента, и проходит через скрещенный анализатор – призму Глана-Тейлора (ГЛ). Исследуемая плоскость переносится на CCD камеру (PointGray BFLY-U3-23S6M-C) линзовой телескопической системой с увеличением 1,8 раза. Камера синхронизирована с лазером и снимает с частотой 1 кГц, таким образом, каждый кадр регистрирует состояние каждого отдельного импульса во времени. Линия задержки, установленная в канале накачки позволяет исследовать динамику эволюции двухцветного фемтосекундного филамента во времени.
Для того, чтобы убедиться в работоспособности данной экспериментальной установки были получены изображения плазменных каналов фемтосекундных филаментов от фундаментальной и второй гармоник в отдельности. Для фокусировки использовалась линза с фокусным расстоянием 10 см. Результаты эксперимента представлены на рисунках 17 и 18.
По полученным результатам видно, что данный метод работает как для фундаментальной, так и для второй гармоник. Длина плазменного канала филамента от фундаментальной гармоники составила 1,1 мм, от второй гармоники 1,16 мм. А значит, данный метод позволяет зарегистрировать структуру и процесс формирования двухцветного фемтосекундного филамента.
Метод фемтосекундной поляриметрии с разрешением во времени позволяет наблюдать эффект Керра (область самофокусировки) на различных стадиях формирования филамента. Результаты представлены на Р исунке 19. Фокусировка проводилась параболическим зеркалом с фокусным расстоянием 5 см. Из р исунков 19(а) и 19(б) видно, что наблюдается множественная филаментация, длина плазменного канала составила 1,7 мм.
Процесс формирования двухцветного фемтосекундного филамента можно разбить на 3 фазы, первая (рис 10(а), 10(б)) самофокусировка 0,26 мм – 1,18 мм, вторая (рис 10(в)) дефокусировка на плазме, начинается через 1,18 мм, и третья (рис 10(г)) повторная самофокусировка 1,4 мм – 1,96 мм.
Структуры и процессы формирования одноцветных филаментов с использованием различных фокусных расстояний параболических зеркал и линз приведены в приложении 3.
Пространственное распределение поляризации терагерцового поля, генерируемого двухцветным фемтосекундным филаментом
Для регистрации пространственного распределения поляризации терагерцового поля, генерируемого фемтосекундным филаментом была собрана классическая схема терагерцового спектрометра, описанная в главе 1. Экспериментальная схема представлена на Рисунке 20.
Излучение фемтосекундного лазера (ФЛ) делится на клиновидной пластинке (сд) на пробный пучок 2% и пучок накачки 98%, после чего излучение накачки пучка попадает на полуволнову ю пластинку (/2) для изменения состояния поляризации накачки. Двухцветный фемтосекундный филамент формируется линзой с фокусным расстоянием 10 см, между линзой и филаментом расположен нелинейный кристалл – генератор второй гармоники бета борат бария (-ВВО). Видимое излучение, генерируемое двухцветным фемтосекундным филаментом фильтруется фторопластовой пластинкой, а терагерцовое излучение «коллимируется» параболическим зеркалом. После параболического зеркала расположена сканирующая диафрагма диаметром 8 мм. Область сканирования показана на Рисунке 17. После сканирующей диафрагмы помещен терагерцовый поляризатор, измерения произ водились при двух скрещенных положениях терагерцового поляризатора. Далее терагерцовое излучение фокусируется вторым параболическим зеркалом (пз) с фокусным расстоянием 10 см на электрооптический кристалл ZnTe, толщиной 0,5 мм. Пробный пучок проходит через механическую линию задержки (ЛЗ). После чего попадает на полуволновую пластинку (/2), угол поляризации пробного пучка становиться 450 по отношению к изначальному углу, призма Глана-Тейлора (ГЛ) чистит состояние поляризации. После чего пробный пучок коллинеарно с терагерцовым излучением попадает на электро-оптический кристалл ZnTe. Регистрация терагерцового излучения происходит методом электро-оптического детектирования, представленным на Рисунке 8 в главе 2.
Измерения пространственного распределения поляризации терагерцового поля, генерируемого двухцветным фемтосекундным филаментом производилось в 8 точках пространства плоскости терагерцового пучка, показанных на Рисунке 21 и при двух различных значениях поляризации гармоник накачки:
1) Угол большой оси эллипса поляризации накачки после кристалла ВВО для фундаментальной гармоники: -150, для второй гармоники: -450
2) Угол большой оси эллипса поляризации накачки после кристалла ВВО для фундаментальной гармоники: 730, для второй гармоники: 400
Состояния поляризации терагерцового излучения в различных пространственных точках пучка для первого эксперимента, с углом большой оси эллипса поляризации накачки после кристалла ВВО для фундаментальной гармоники: -150, для второй гармоники: -450 представлены на Рисунке 22 (а). Для второго эксперимента, у гол большой оси эллипса поляризации накачки после кристалла ВВО для фундаментальной гармоники: 730, для второй гармоники: 400 представлены на Рисунке 22 (б). Зависимость коэффициента эллиптичности и угла наклона большой оси эллипса поляризации терагерцового излучения, от коэффициента эллиптичности и угла наклона большой оси эллипса поляризации излучения фундаментальной гармоники накачки в различных пространственных точках представлены в таблице 3 для первого эксперимента, и в т аблице 4 для второго.
Из таблиц 3 и 4 видно, что при радиальном обходе терагерцового пучка и состояния поляризации меняется от почти линейного до круговой и обратно. Такая же картина наблюдается и с пространственным распределением состояний поляризацией фундаментальной гармоники.
В приложении 4 описана экспериментальная схема квантового имаджинга, для юстировки которой необходимо интенсивное терагерцовое излучение, с известной поляризацией, результаты данной главы могут б ыть полезны для экспериментальной реализации схемы квантового имаджинга.
Пространственное распределение амплитуды и фазы терагерцового поля, генерируемого двухцветным фемтосекундным филаментом
Для регистрации пространственного распределения амплитудно-фазовой картины терагерцового поля, генерируемого двухцветным фемтосекундным филаментом была использована усовершенствованная классическая схема терагерцового спектрометра, описанная в главе 4, отличие заключается в отсутствии терагерцового поляризатора после сканирующей диафрагмы и отсутствии полуволновой пластинки в пучке накачки. Экспериментальная схема представлена на Рисунке 23.
Излучение фемтосекундного лазера (ФЛ) делится на клиновидной пластинке (сд) на пробный пучок 2% и пу чок накачки 98%. Излучение пучка накачки попадает на полуволновую пластинку (/2) для изменения состояния поляризации накачки. Двухцветный фемтосекундный филамент формируется линзой с фокусным расстоянием 10 см между линзой и филаментом расположен нелинейный кристалл – генератор второй гармоники бета борат бария (-ВВО). Видимое излучение, генерируемое двухцветным фемтосекундным филаментом фильтруется фторопластовой пластинкой, а терагерцовое излучение «коллимируется» параболическим зеркалом (пз). После параболического зеркала расположена диафрагма диаметром 8 мм, установленная на двухкоординатном моторизованном трансляторе. Область сканирования диафрагмы до 31х31 точек, шаг сканирования 1 мм, усреднение данных идет по четырем измерениям. Терагерцовое излучение, прошедшее диафрагму, фокусируется вторым параболическим зеркалом (пз) с фокусным расстоянием 10 см на электрооптический кристалл ZnTe, толщиной 0,5 мм. Пробный пучок проходит через линию задержки (ЛЗ), состоящую из двух зеркал, размещенных на линейном моторизованном трансляторе. Шаг транслятора 1, 25 мкм. Полуволновая пластинка (/2), меняет состояние поляризации пробного пучка и после прохождения призмы Глана-Тейлора (ГЛ) поляризация пробного пучка становится линейной, повернутой под 450 по отношению к поляризации лазера. Пробный пучок коллинеарно с терагерцовым излучением попадает на электрооптический кристалл ZnTe, где происходит регистрация терагерцового излучения методом электро-оптического детектирования, ранее описанным в главе 2.
Первые эксперименты проводились с областью сканирования диафрагмы 16 на 16 точек, шагом сканирования 2 мм. Результаты представляли собой усредненные по 4 измерениям временные формы терагерцовых импульсов для каждой точки сканирования. На Рисунке 24 представлены графики зависимости амплитуды временной формы импульса терагерцового поля от времени и пространственной координаты сканирования. На графиках отчетливо видны интерференционные полосы, количество которых меняется в зависимости от плоскости сканирования. Это может быть связано с интерференцией излучения генерируемого различными участками протяженного двухцветного фемтосекундного филамента.
На Р исунке 25 приведены зависимости временного положения максимума амплитуды терагерцового поля в зависимости от пространственных координат сканирования.
Отчетливо видно, что в ременное р аспределение максимума амплитуды терагерцового поля, генерируемого двухцветным фемтосекундным филаментом в зависимости от пространственной координаты представляет собой кольцеобразную структуру . Для перехода от временной формы терагерцового поля в частотную использовалось преобразование Фурье. C помощью быстрого преобразования Фурье определяется комплексный спектр в каждой точке (x,y) пространства:
Спектральное поле содержит информацию о пространственном распределении амплитуды и фазы в плоскости регистрации для всех компонент спектра ТГц излучения (полученный трехмерный массив по частотам определяет пространственное распределение ТГц поля (амплитуду и фазу) в плоскости регистрации на отдельной частоте) рисунок 26.
На Р исунке 27 приведены результаты амплитудно-частотного распределения терагерцового поля, генерируемого двухцветным фемтосекундным филаментом на некоторых частотах:
Амплитудно-частотное распределение терагерцового поля, генерируемое двухцветным фемтосекундным филаментом с эллиптической поляризацией первой и второй гармоник накачки представляет собой кольцеобразную структуру, она наблюдается на частотах от 0,6 ТГц до 1,8 ТГц.
На Р исунке 28 приведены результаты фазово-частотного распределения терагерцового поля, генерируемого двухцветным фемтосекундным филаментом на некоторых частотах:
Фазово-частотное распрелеление терагерцогого поля, генерируемое двухцветным фемтосекундным филаментом с эллиптической поляризацией первой и второй гармоник накачки представляет собой спирально вихревую структуру, она наблюдается на частотах от 0,48 ТГц до 1,62 ТГц.
На Р исунке 29 представлены распределения амплитуды и фазы терагерцового поля на частотах: 0,6 ТГц, 0,9 ТГц, 1,2 ТГц, 1,5 ТГц и 1,6 ТГц