ИСТИНА

Исследовалась генерация терагерцового и инфракрасного излучения, возникающего при взаимодействии мощных лазерных импульсов с твердотельными мишенями ограниченных размеров и с газообразными мишенями. В качестве твердотельных мишеней ограниченных размеров использовались нитеобразные структуры, имеющие протяженность, сравнимую с длиной волны лазера или превышающую ее в продольном направлении (направлении распространения лазерного импульса), и значительно меньшие размеры в поперечном направлении. Второе направление связано с генерацией терагерцового излучения при распространении кильватерной волны, формируемой мощным лазерным импульсом в неоднородной плазме, а также при ее прохождении через границу плазмы. Физический механизм возникновения излучения с частотой, меньшей частоты лазерного импульса (инфракрасный и тергерцовый диапазоны), при взаимодействии с мишенью ограниченных размеров может быть связан с частичным или полным вытеснением электронов из мишени и дальнейшим их ускорением в продольном направлении полем лазерного импульса. Эффективность взаимодействия с нитевидными мишенями может быть значительно выше, чем с тонкими пленками, так как для нитевидной мишени вытесненные электроны и лазерный импульс некоторое время распространяются в одном направлении, что эффективно увеличивает длительность взаимодействия при практически неизменной амплитуде поля. Для достаточно длинного лазерного импульса (десятки фемтосекунд) происходит эффективное выпрямление оптического поля. Характеристики низкочастотной части формируемого излучения определяются в этом режиме длительностью лазерного импульса, а также его амплитудой и параметрами мишени. Если лазерный импульс имеет большую амплитуду и крутой фронт, могут формироваться однополярные и двуполярные импульсы излучения с длительностью в десятки лазерных периодов и релятивистской амплитудой. Изменение длины мишени позволяет контролировать количество периодов в формируемом излучении. В обоих режимах есть обратное движение вытесненных электронов и релаксация к равновесному состоянию. Это приводит к колебаниям сформировавшихся сгустков в поле притяжения ионов и излучению с частотой, в несколько раз меньше лазерной частоты. Такое излучение может содержать несколько периодов с уменьшающейся амплитудой и увеличивающейся частотой. Особое внимание при исследовании генерации терагерцового и инфракрасного излучения при распространении кильватерной волны было уделено исследованию роли области плазмы с линейно меняющейся плотностью на границе плазма-вакуум (неоднородный граничный слой). Наличие такого участка существенно (в несколько раз) увеличивает максимальную амплитуду излучения назад, а при изменении его длины оказывается возможным регулировать частотный состав излучения, а также его максимальную амплитуду и длительность. Амплитуда излучения назад оказывается в несколько раз больше амплитуды излучения вперед на выходе кильватерной волны из плазменного слоя, причем здесь наличие неоднородного граничного слоя только приводит к уменьшению генерируемого излучения. Конкретизирована аналитическая модель этого процесса. При выполнении проекта для газовых и ограниченных твердотельных мишеней определены и исследованы физические механизмы генерации терагерцового и инфракрасного излучения, найдены формы импульсов, диапазоны частот, возможные амплитуды и угловые распределения, а также эффективность генерации и требуемые параметры лазерных импульсов и мишеней.