ИСТИНА

Диссертация представляет собой экспериментальное и теоретическое исследование процесса генерации терагерцового излучения (ТГИ) в условиях оптического пробоя газовых средах высокоинтенсивными (вплоть до 1013 - 1014 Вт/см2) двухцветными (суперпозиция лазерного излучения и излучения на частоте второй гармоники) фемтосекундными (32 фс - 120 фс) лазерными импульсами. Это на данный момент один из самых перспективных способов формирования терагерцового излучения в широком спектральном диапазоне. Однако скрытые за этим процессом физические механизмы не до конца прояснены, поскольку результирующий терагерцовый сигнал является результатом интерференции различных вкладов. Это, в частности, затрудняет возможность контролируемого управления харктеристиками излучения: поляризацией, амплитудой, спектральным составом и др. Цель данной работы – в рамках классических представлений выявить механизмы, обеспечивающие основной вклад в наблюдаемый сигнал, а также определить условия, обеспечивающие как эффективную генерацию излучения в широком спектральном диапазоне, так и когерентную регистрацию всех частотных компонент, заключенных в нем. Используемая в данной работе теоретическая модель процесса генерации в ТГИ азовых средах позволяет качественно описать экспериментально наблюдаемые зависимости спектральных характеристик от свойств падающего лазерного излучения. Более того, удалось показать, что доминирующий механизм, ответственный за образование низкочастотного излучения, обусловлен на микроскопическом уровне током электронов, рожденных в результате туннельной/многофотонной ионизации среды. В ходе работы над диссертацией исследовано влияние второй гармоники (ВГ) на эффективность генерации низкочастотного излучения, формируемого переходным фототоком. Разработана модель ионизации атомов двухцветным лазерным полем. Показано, что эффективность генерации терагерцового излучения в газовых средах зависит от относительной разности фаз (ψ) между лазерными импульсами накачки на основной частоте и частоте второй гармоники. В условиях формирования низкочастотного излучения переходным фототоком электронов, образовавшихся в результате многофотонной ионизации, увеличение эффективности генерации обусловлено двумя механизмами: возрастанием скорости многофотонной ионизации и появлением начального импульса у электронов, вырванных из атома. Скорость ионизации максимальна, если ψ кратна π, а начальный импульс электронов достигает максимального значения при =π/2. Сравнение выводов теоретической модеи ионизации с результатами эксперимента позволило сделать оценку концентрации электронов в плазме оптического пробоя газа. Помимо этого, при помощи разработанного импульсного терагерцового спектрометра, работающего по методу накачка-зондирование, исследован пространственный профиль излучения, измерены его поляризационные свойства в зависимости от относительной разности фаз между импульсами накачки, а также проведено изучение зависимости амплитуды и формы сигнала в зависимости от давления газа, в котором происходит процесс рождения излучения. В рамках экспериментальной части работы также реализован и исследован метод широкополосной регистрации ТГИ, основанный на эффекте генерации второй оптической гармоники при участии терагерцового поля в воздухе как нелинейной среде. Показано, что при используемых в эксперименте условиях детектор работает в линейном режиме, что позволило дополнительно осуществить оценку пикового значения амплитуды терагерцового поля в максимуме временной формы сигнала. Выводы, полученные в ходе работы над диссертацией, позволяют, в том числе, сформулировать рекомендации, которые способны обеспечить создание и использование в схеме импульсного терагерцового спектрометра, работающего по методу накачка-зондирование, тергерцового излучения в максимально возможном по ширине спектральном диапзоне для данных, индивидуальных в каждом случае, экспериментальных условий.