“Получение сверхсильных световых полей и их применение”НИР

Extreme optical fields and their application

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Получение сверхсильных световых полей и их применение
Результаты этапа: Показано, что за областью сильной ионизации в газе можно сформировать длинный световой канал, в котором стабильная пространственная мода поддерживается за счет керровского эффекта высоких порядков. Анализ экспериментальных результатов на основе трехмерного численного моделирования на суперкомпьютерах “Чебышев” и “Ломоносов” МГУ показывает, что в пределе пренебрежимо малой ионизации такая постфиламентационная динамика пучка напоминает сценарий крупномасштабного самоканалирования пучка, известный из фундаментальных работ по насыщающейся нелинейности самофокусировки. Разработана теоретическая модель фотоионизации твердых тел, применимая к световым импульсам произвольной длительности, частоты и формы и справедливая на временах менее длительности одного цикла поля. Данная теория предсказывает возможность сверхвысокоточного управления фотоиндуцируемыми токами в твердотельных материалах на субфемтосекундной временной шкале, что позволяет создавать элементы электроники с петагерцовым быстродействием. Экспериментально получена генерация импульсов длительностью порядка одного периода поля в среднем инфракрасном диапазоне — в диапазоне длин волн 5.9 – 6.3 мкм сформированы импульсы длительностью менее 1.4 периода поля с пиковой мощностью до 60 МВт, что является рекордным значением для лазерных импульсов на длинах волн более 4 мкм. Впервые установлено, что световая пуля, формируемая при фемтосекундной филаментации при аномальной дисперсии групповой скорости в результате пространственно-временной локализации светового поля излучения ближнего и среднего ИК-диапазона, является робастным образованием. Экспериментально продемонстрировано формирование микроструй и оптимизация высокостабильного пикосекундного рентгеновского микроисточника при воздействии на поверхность жидкого металла релятивистски интенсивным сверхкоротким лазерным импульсом. Получен пучок гамма-излучения с использованием компактного тераваттного фемтосекудного лазера. Это открывает новые перспективы для гамма-радиографии и ее применения в задачах материаловедения и противодействия распространению делящихся материалов. Разработана методика диагностики смешанных атомарно-молекулярных кластеров при воздействии на них интенсивного фемтосекундного лазерного излучения и создан двухэнергетический источник жесткого рентгеновского излучения. Исследованы динамические модификации, наводимые фемтосекундным лазерным филаментом на наносекундном и микросекундном масштабах времени, сопровождающиеся образованием лазерно-индуцированных ударных волн и кавитационных пузырей. Экспериментально и численно показана возможность управления параметрами плазменных каналов, образующихся при филаментации фемтосекундных лазерных импульсов в воздухе, с помощью введения астигматизма волнового фронта лазерного пучка.
2 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Получение сверхсильных световых полей и их применение
Результаты этапа: Исследованы особенности взаимодействия коротких эллиптически поляризованных импульсов с хиральными метаматериалами, состоящими из периодически расположенных в виде двумерной решетки трехмерных спиралей, содержащих несколько полных витков. Проведена пространственная дискретизация уравнений Максвелла для трехмерных FDTD расчетов распространения электромагнитной волны в нелинейных метаматериалах, при которой декартовы компоненты векторов напряженностей электрического и магнитного полей вычисляются в центрах элементарных ячеек (схема Liu). Показано, что в отличие от более распространенного подхода, при котором компоненты векторов напряженности электрического и магнитного полей находятся на разнесенных в пространстве декартовых сетках, выбранная дискретизация уравнений Максвелла более эффективна и перспективна для задач нелинейной оптики, когда материальные уравнения не распадаются на независимые уравнения для декартовых компонент поля. Исследовано влияние параметров структурной ячейки полимерного метаматериала на характер пропускания и отражения нормально падающих на образец эллиптически поляризованных импульсов. Установлено, что при падении лазерных импульсов длительностью в десять и более периодов колебаний электрического поля в линейной среде возникают сложные режимы осцилляций электрической и магнитной частей плотности энергии электромагнитного поля, обуславливающие возникновение режима селективного отражения циркулярно поляризованных компонент падающего излучения. Впервые экспериментально продемонстрирована возможность нахождения временных зависимостей температуры поверхности тонкой алюминиевой пленки в диапазоне температур до и выше критической (2-14 кК). Нагрев пленки, нагруженной прозрачным диэлектриком, происходил при поглощении в ней мощного линейно поляризованного лазерного импульса наносекундной длительности. Эксперименты проводились с использованием импульсов Nd:YAG лазера, работающего в режиме модуляции добротности на основной длине волны 1.064 мкм. Расчет временной зависимости абсолютной температуры пленки в процессе и после окончания действия лазерного импульса осуществлялся с использованием одновременно измеряемых величин мгновенной мощности теплового излучения поверхности нагретой пленки и коэффициента отражения лазерного излучения от этой поверхности. Продемонстрирован нелинейный характер временной зависимости коэффициента отражения, имеющей локальный минимум в интервале наиболее интенсивного лазерного воздействия. Предложенный и экспериментально реализованный способ измерения температуры поверхности металлической пленки в процессе импульсного лазерного воздействия может быть реализован для широкого класса металлов и сплавов в области около- и сверхкритических температур. Разработана методика регистрации частотно-угловых спектров излучения в тонком (менее 100 мкм) плазменном канале, формирующемся при фемтосекундной филаментации на воздушной трассе. Филамент создавался фемтосекундным лазерным импульсом с пиковой мощностью в 3-30 критических. Стеклянный клин, вдвигаемый в филамент, позволял вывести излучения из филамента в заданной точке вдоль его длины. Разработанная оптическая схема передачи пучка на входную щель спектрографа монохроматора обеспечила измерения частотно-угловых спектров диапазоне от 400 до 1100 нм с высоким частотным и угловым разрешением. В одном кадре ПЗС камеры регистрируется частотно-угловой спектр шириной около 30-50 нм.
3 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Получение сверхсильных световых полей и их применение
Результаты этапа: За отчетный период в рамках НИР развиты и апробированы экспериментальные методы регистрации лазерных филаментов и их плазменных каналов в воздухе. В остросфокусированных пучках диагностика плазменных каналов с микронным пространственным разрешением осуществляется с помощью регистрации сигнала третьей гармоники. В слабосфокуированных пучках используется методика регистрации акустических волн, пространственное разрешение которой составляет около 100 мкм. Получены характеристики суперконтинуума, генерируемого лазерными импульсами среднего ИК диапазона в режиме филаментации в воздухе и ближнего ИК диапазона в двухкомпонентной среде воздух-вода.
4 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Получение сверхсильных световых полей и их применение
Результаты этапа: Развиты акустические и оптоакустические методы диагностики интенсивных лазерных пучков и фемтосекундных лазерных филаментов. Предложены новые методы измерения стабильности направленности лазерных пучков и методы диагностики различных режимов филаментации импульсов ближнего ИК диапазона в воде. Исследованы пространственно-временные и спектральные характеристики излучения при филаментации импульсов ближнего ИК диапазона в воде при различных режимах фокусировки. Обнаружен новый режим эффективной генерации суперконтинуума при филаментации фемтосекундного лазерного импульса в воде. Особенностью этого режима является расходящийся волновой фронт. Предложен метод регуляризации пучка УФ филаментов, который позволил в экспериментальных условиях определить протяженность области непрерывного филамента в воздухе. Разработан нелинейно-оптический метод измерения огибающей интенсивности и спектральной фазы импульсов ближнего ИК диапазона на основе метода стробирования с разрешением по частоте. Метод реализован в схеме генерации суммарной частоты в кристалле йодата лития для измерения параметров фемтосекундных импульсов среднего ИК диапазона в диапазоне длин волн 4-5 мкм.
5 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Получение сверхсильных световых полей и их применение
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".