ИСТИНА

При распространении в молекулярной среде фемтосекундного лазерного излучения существенную роль играют рамановские процессы на вращательных и колебательных уровнях молекул, приводящие к появлению новых спектральных компонент, сдвинутых как в синюю, так и в красную сторону относительно спектра исходного излучения и распространяющихся вблизи оси плазменного канала филамента. Во всех этих процессах ключевую роль играет угловой спектр взаимодействующего излучения, который определяется пространственной модой пучка. Настоящий проект направлен на экспериментальное и численно исследование рамановских, четырехволновых и иных процессов при филаментации фемтосекундного лазерного излучения в молекулярных газах с учетом пространственной моды пучка. В ходе экспериментальных исследований и численного моделирования планируется выявить зависимости спектрально-временных характеристик излучения филамента в его в центральной части от пространственного качества исходного пучка. На основе полученных данных будет построена модель физических процессов, приводящих к формированию солитоноподобных рамановских световых пуль, антистоксовых компонент, либо сверхуширению спектра при филаментации в молекулярных газах, существенным образом учитывающая угловой спектр исходного излучения. В экспериментах будет использовано излучение лазера на кристалле сапфира с титаном с энергией импульсов от 0.5 до 10 мДж. Будет использована оригинальная схема филаментации фемтосекундного излучения в газах, использующая преколлимированный тонкий пучок для формирования филамента. Для выделения излучения из центральной части филамента на заданном расстоянии от начала филамента использована оригинальная схема на основе перемещаемой в кювете с газом на магнитном захвате диафрагмы, "отрезающей" низкоинтенсивное излучение резервуара. Для исследования процессов, происходящих при филаментации в зависимости от пространственной моды пучка, будет использован пространственный фильтр, устанавливаемый перед компрессором. Нами будет создана полная четырехмерная модель филаментации (x, y, z, t) и комплекс программ для моделирования эволюции одного или нескольких филаментов в молекулярных и атомарных газах с давлением, близким к атмосферному. В вычислительном эксперименте будут определены спектральные, временные и пространственные распределения излучения, испытавшего трансформацию спектра в фемтосекундном филаменте. Будет проведено теоретическое исследование распространения фемтосекундного излучения интенсивностью около 10^14 Вт/см^2 (филаментация или оптический пробой) в газовой среде относительно высокого давления 5 – 100 атм. Компьютерное моделирование будет проводиться на суперкомпьютерах МГУ имени М.В. Ломоносова.

Проведено исследование четырехволнового смешения при филаментации в воздухе преколлимированного пучка в один очном импульсе. Показано, что их частотно-угловой спектр зависит от первоначальных условий фокусировки и объяснили этот факт изменениями плотности плазмы. Простая модель фазового согласования при четырехволновом смешении хорошо согласуется с результатами экспериментов только в том случае, если учитывается наличие плазменной дисперсии. Систематические численные исследования инфра-красного излучения, сформированного при филаментации в воздухе, выявило образование световой пули. Инфракрасная световая пуля распространяется вдоль оси филамента с расходимостью <1 мрад и квазипостоянной длительностью 30 фс. По мере распространения, центральная длинаволны пули увеличивается от 860 нм до 900 нм. Результаты численных исследований хорошо согласуются с результатами экспериментов.