ИСТИНА

Параметрические усилители на нелинейно-оптических кристаллах позволяют, при определенных условиях, реализовать усиление световых импульсов в очень широком спектральном диапазоне. Особенно ярко этот эффект проявляется в ИК диапазоне спектра, где показатель преломления слабо меняется с длиной волны. Предварительные оценки показывают, что здесь можно реализовать сверхширокополосное усиление в спектральной области в одну октаву, на основе которого можно реализовать генераторы ИК импульсов предельно короткой длительности вплоть до одного периода световой волны. Целью проекта является экспериментальное и теоретическое исследование такого сверхширокополосного усиления в ряде нелинейно-оптических кристаллов. Предполагается провести серию измерений параметрического усиления на базе имеющегося хром-форстеритового фемтосекундного лазера и набора специализированных микроструктурированных оптических световодов, генерирующих широкополосный фемтосекундный континуум. Для оптимальной компрессии усиленного излучения по длительности предполагается использовать современные методики спектрально-временной характеризации усиленного импульса. Предполагается также провести численные расчеты распространения сверхкоротких импульсов в микроструктурированных волокнах различной геометрии и в сверхширокополосных параметрических усилителях ближнего и среднего ИК-диапазона с целью поиска оптимального кристалла и геометрии взаимодействия. В результате работы предполагается выявить оптимальные световоды и нелинейно-оптические кристаллы, пригодные для такой задачи, расчитать и изготовить источник широкополосного оптического континуума на базе микроструктурированного волокна, экспериментально определить оптимальную геометрию параметрически взаимодействующих волн и на базе этого получить импульсное излучение минимально-возможной длительности в ближней и средней инфракрасной области спектра (2-5 мкм). Результаты исследования по проекту могут представить интерес для панорамной спектроскопии, исследований быстропротекающих процессов в полупроводниках и сложных молекулах, для информационных технологий, физики сверхсильных полей, медицины

Проведено экспериментальное и теоретическое исследование сверхширокополосного оптического параметрического усиления (ОПУ) в ряде нелинейно-оптических кристаллов в ближней и средней ИК-области спектра. 1. Выполнен сравнительный анализ практически всех известных нелинейно-оптических кристаллов на предмет возможности реализации в них сверхширокополосного ОПУ в коллинеарной геометрии взаимодействующих волн при оптимизации длины волны накачки. Численные расчеты показали, что существует 8 кристаллов, в которых возможно реализовать широкополосное коллинеарное ОПУ с шириной полосы усиления от 1800 до 4000 см-1 в ближней ИК- области спектра (в диапазоне длин волн 0.9-2.5 мкм) и 6 кристаллов, в которых возможно реализовать широкополосное ОПУ с шириной полосы усиления от 1500 до 3100 см-1 в средней ИК- области спектра (3 - 7 мкм), такая ширина полосы усиления ОПУ достаточна для усиления широкополосного излучения со спектром, соответствующим спектру импульса в 2 и 1 период световых колебаний соответственно и при этом толщина кристаллов может быть достаточно большой, соответственно можно реализовать и большое усиление. 2. Проведена серия экспериментов по генерации излучения фемтосекундного суперконтинуума , которое далее использовалось в качестве пробного в экспериментах по широкополосному ОПУ, как с использованием фокусировки возбуждающего импульса в объем прозрачного диэлектирика, так и с помощью метода генерации оптических солитонов в микроструктурированном световоде. 3. Проведены эксперименты по широкополосному усилению излучения оптического суперконтинуума в параметрических усилителях на кристаллах DСDA и LBO первого типа взаимодействия при накачке излучением второй гармоники фемтосекундного хром-форстеритового лазера, длина волны которого (620 нм) близка к оптимальной для этих кристаллов. В результате реализован коэффициент усиления широкополосного пробного излучения 80-250 в сигнальной ветви ОПУ, при этом на кристалле LBO получено усиление суперконтинуума в спектральной полосе 1050-1250 нм (1500см-1), что во временном представлении соответствует световому импульсу в 4.5 периода несущей частоты. 4. Для регистрации в реальном времени широкополосных инфракрасных спектров была применена оригинальная методика, основанная на схеме невырожденного четырехволнового взаимодействия (ЧВВ) в воздухе. В такой схеме регистрировался сдвинутый по частоте вверх антистоксов сигнал, в котором заложена информация о спектральном составе ИК-излучения, но длина волны которого находится в красной или видимой области спектра. Такой сигнал уже может быть легко зарегистрирован обычными дешевыми неохлаждаемыми детекторами. Продемонстрирована работоспособность такой схемы регистрации при измерении спектра импульсов холостого излучения инфракрасных ОПУ с длинами волн 2.3 мкм и 4 мкм. 5. Проведены эксперименты по генерации в кристалле ВВО сверхкоротких импульсов широкополосной параметрической флуоресценции ближнего ИК-диапазона спектра при первом типе синхронного взаимодействия. Продемонстрирован эффект почти трехкратного уширения спектров параметрического усиления при оптимизации длины волны накачки в диапазоне 720-750 нм. Результаты экспериментов наглядно подтвердили правильность выбранного нами подхода к решению задачи создания оптического сверхширокополосного параметрического усилителя в коллинеарной геометрии взаимодействующих волн