ИСТИНА

Генерация и нелинейно-оптические преобразование ультракоротких лазерных импульсов является одним из актуальных направлений современной оптики и лазерной физики. Одним из элегантных решений управляемого преобразования интенсивных ультракоротких лазерных импульсов являются использование полых антирезонансных волноводов. Потери в таких волноводах являются достаточно низкими из-за эффекта антирезонансного отражения, основанного на многолучевой интерференции в первом слое тонких стенок, составляющих структуру волокна. Антирезонансные волноводы нового типа с отрицательной кривизной промежутка сердцевина–оболочка были предложены в НЦВО РАН в группе академика Е.М.Дианова. Такие волноводы, называемые также револьверными, имеют невысокие потери в инфракрасной области и достаточно технологичны в изготовлении. В наших исследованиях мы развиваем технику генерации предельно коротких фазостабильных сверхкоротких импульсов ближнего и среднего инфракрасного диапазона. Экспериментальные исследования реализуются на основе Ti:Sapphire многофункционального фемтосекундного лазерного комплекса, состоящего из задающего генератора, регенеративного усилителя и оптического параметрического усилителя (Рис.1а). Импульсы с выхода регенеративного усилителя (длительность порядка 50 фс, энергия до 2.4 мДж на центральной длине волны 790 - 810 нм) используются для накачки оригинального двухканального оптического параметрического усилителя (ОПУ). На выходе из ОПУ удается получить перестраиваемое излучение на длинах волн 1100 - 1550 нм (сигнальная волна) и 1550 - 2200 нм (холостая волна). Импульсы холостой волны на длине волны 1.8 – 2.1 мкм имеют энергию до 180 мкДж, являются фазостабильными относительно огибающей и используются для исследования нелинейно-оптического преобразования и получения фазостабильных импульсов с длительностью одного цикла поля и менее при в полом антирезонансном фотонно-кристаллических световоде заполненного аргоном при давлении до 16 атмосфер. Нами было продемонстрировано формирование мультиоктавного суперконтинуум (СК) в процессе распространения импульсов накачки в волноводе (рис1б). Анализ спектра излучения на выходе волновода, измеренного в широком спектральном диапазоне в зависимости от энергии импульса накачки и давления газа внутри волокна, показал, что образование столь протяжённого мультиоктавного суперконтинуума происходит при формировании короткого (порядка одного цикла поля) лазерного импульса, в результате солитонной самокомпрессии (ССК), усиленной образованием ударной волны огибающей. Для анализа временных характеристик столь коротких импульсов была реализована одна из разновидностей техники прямого восстановления поля методом спектральной интерферометрии (X-SEA-F-SPIDER), Это позволило экспериментально выяснить особенности временной структуры импульсов, формируемых в результате солитонной самокомпрессии импульсов накачки на центральной длине волны 1.8 - 2.1 мкм. Оценки показывают, что длительность формируемых импульсов составляет порядка и менее одного колебанию поля, что соответствует гигаватным пиковым мощностям . При работе с предельно короткими лазерными импульсами (порядка одного цикла поля) необходимо учитывать фазу электромагнитного поля относительно огибающей импульса (carrier envelope phase, CEP), поскольку она определяет распределение осцилляций поля в пределах огибающей [8-11]. Мы исследуем признаки фазовой зависимости проявляющейся в видимой части суперконтинуума, генерируемого в процессе ССК при сжатии импульсов до одного цикла поля в антирезонансном волокне. Это явление наблюдается в малом диапазоне параметров, когда импульс достигает максимальной степени сжатия, но еще нет сильной ионизации, приводящей к затуханию импульса. Теоретический анализ на основе численного решения обобщенного нелинейного уравнения Шредингера (ОНУШ) показывает, что фазовая зависимость в спектре СК возникает из-за широкополосной генерации третьей гармоники (ГТГ) в диапазоне от 250 нм до 800 нм в момент формирования суб-цикольного импульса и его спектральная f-3f интерференции с видимой частью СК. Подобный СЕР контроль, проявляющийся f-3f интерференция между третьей гармоникой и суперконтинуум, указывает на когерентный синтез формирования импульса длительностью около 0,4 оптических циклов и пиковой мощностью более 2 ГВт на выходе из полого антирезонансного волокна. Авторы выражают благодарность профессору А.М.Желтикову за всестороннюю поддержку. Работа выполнена в рамках выполнения гранта РНФ 22-12-00149.