ИСТИНА

Частотный состав, диаграмма направленности и энергия терагерцевого и инфракрасного излучения являются характеристиками, требующими постоянного совершенствования и поиска новых источников, одним из которых является суперфиламент — результат когерентного сложения световых и соответствующих им плазменных каналов фемтосекундного излучения, формируемого лазером тераваттной пиковой мощности. В настоящем проекте частотно-угловой состав широкополосного терагерцевого и инфракрасного излучения будет экспериментально исследован на уникальной мобильной установке Лаборатории прикладной оптики в Палезо (Франция), где впервые наблюдалась суперфиламентация в 50-фс импульсе с максимальной энергией около 200 мДж, и на близкой по характеристикам установке МГУ имени М. В. Ломоносова (Россия) с использованием уникального взаимодополняющего набора методов, развитых участвующими в проекте коллективами. Будут исследованы различные физические механизмы увеличения эффективности преобразования оптического излучения в терагерцевое, такие как двучастотная суперфиламентация, регуляризованная суперфиламентация, помещение плазменного канала суперфиламента в сильное электростатическое поле. В режиме жесткой фокусировки и формирования микроплазменного источника будет экспериментально и численно исследован спектр терагерцевого излучения, распространяющегося назад относительно оптической двуцветной накачки. Сопоставление спектров терагерцевого излучения, распространяющегося вперёд и назад, позволит получить новую информацию о влиянии геометрии филамента на частотно-разрешённую диаграмму направленности терагерцевого излучения. В целях проведения расчётов в условиях эксперимента в теоретической части проекта совместно французскими и российскими учеными будут развиты новые подходы к численному моделированию генерации терагерцевого излучения двуцветным фемтосекундным суперфиламентом в геометрии 3D+t. Мы разработаем и апробируем методики переноса начальных условий, оптимизации частотно-временных и пространственных расчётных сеток, а также учтём векторные эффекты. Это позволит численно получить частотно-угловые спектры терагерцевого сигнала суперфиламента и идентифицировать их особенности, присущие именно режиму суперфиламентации.

проекта (по годам) Первый год 1. Разработка и апробация экспериментальной схемы для управления суперфиламентацией и характеризации терагерцового излучения суперфиламента. Суперфиламент будет создаваться 50-фс импульсом с максимальной энергией 200 мДж и частотой повторения 10 Гц. Этот пункт плана выполняется совместно экспериментальными группами МГУ и LOA (Palaiseau, Франция), при этом в группе LOA детектирование терагерцового излучения и его углового распределения будет осуществляться преимущественно с помощью гетеродинного детектора (0.1 ТГц). Также будет использовано когерентное детектирование на основе кристалла ZnTe и методики ABCD (Air-biased coherent detection [Opt. Express 18, 2872 (2010)]). Использование различных детекторов терагерцового излучения в МГУ и LOA позволит сравнить и увеличить надежность определения спектра и пространственно-временного распределения терагерцового излучения суперфиламента. 2. Адаптация 3D + t однонаправленного уравнения Максвелла (Forward Maxwell Equation) для оптического излучения к условиям, соответствующим экспериментам по множественной двуцветной суперфиламентации сфокусированного фемтосекундного излучения. Этот пункт плана выполняется совместно теоретическими группами МГУ и CPHT (Palaiseau, Франция), при этом в группе CPHT особое внимание будет уделено моделированию пространственно-временных эффектов при фокусировке излучения параболическим зеркалом (в продолжении совместной работ ученых Франции и МГУ [Opt. Express 23, 31240 (2015)]).

Основные работы группы в области инфракрасной части суперконтинуума филамента и филаментации в среднем инфракрасном диапазоне: 1. Экспериментально продемонстрирована [Appl. Phys. B 110, 123 (2013); Appl. Phys. B 120, 383 (2015)] и воспроизведена в численном моделировании инфракрасная «световая пуля» в суперконтинууме филамента в воздухе. 2. Впервые экспериментально и численно показано, что при фемтосекундной филаментации сфокусированного пучка в воздухе происходит формирование конической эмиссии в длинноволновом крыле суперконтинуума, которая не наблюдается при филаментации коллимированного пучка [Las. Phys. Lett. 14, 035401 (2017)]. 3. Численно предсказан механизм нелинейно усиленного линейного поглощения при филаментации в среднем инфракрасном диапазоне, который является основным в условиях филаментации вблизи линии поглощения [Phys. Rev. A 94, 041801 (2016)]. Основные результаты группы в области множественной филаментации и суперфиламентации: 1. Экспериментально и численно исследовано столкновение четырёх регуляризованных филаментов — аналог суперфиламентации в пучке мощностью ниже 10 критических мощностей самофокусировки [Las. Phys. Lett. 13, 116005 (2016)]. 2. Экспериментально и численно исследована регуляризованная филаментация ультрафиолетового излучения мощностью в сотни критических мощностей самофокусировки. Показано существование оптимальной регуляризации для создания массива непрерывных филаментов [Optics Express 25, 25386 (2017)]. 3. Экспериментально исследован акустический сигнал фемтосекундной лазерной плазмы одиночного филамента и их пучка [Laser Phys. Lett. 13, 095401 (2016)]. Показан рост удельного энерговклада в среду при суперфиламентации [Письма в ЖЭТФ 106, 545 (2017)].