Самокомпрессия вихревых пучков фемтосекундного излучения среднего ИК-диапазона в прозрачных диэлектрикахНИР

Self-compression of femtosecond mid-infrared vortex beams in transparent dielectrics

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 6 февраля 2018 г.-31 декабря 2018 г. Самокомпрессия вихревых пучков фемтосекундного излучения среднего ИК-диапазона в прозрачных диэлектриках
Результаты этапа: Численно исследованы пространственно-временная динамика и частотно-угловые спектры фемтосекундного лазерного излучения в кольцевом пучке с сингулярностью фазы на оси при самовоздействии в плавленом кварце и фторидах CaF2 и LiF в условиях аномальной дисперсии групповой скорости. Предсказано формирование кольцевых световых пуль и образование последовательности нелинейных фокусов в результате самосжатия в пространстве и времени волновых пакетов в виде кольцевых пучков с дислокацией фазы. Показано, что в многофокусной кольцевой структуре нелинейная самофокусировка частично происходит в безыонизационном режиме. Исследовано влияние топологического заряда на многофокусную структуру оптического вихря. Показано, что увеличение топологического заряда с m = 1 до m = 2 приводит к сокращению расстояния до первого нелинейного фокуса и уменьшению интервала между первыми и вторым фокусами. Частотно-угловой спектр излучения оптического вихря в окрестности нелинейного фокуса приобретает структуру полос, чередующихся по угловой координате. На основе интерференционной модели объяснен механизм возникновения полосатой структуры в спектре. Показано, что при уширении частотного спектра оптического вихря большая часть энергии трансформируется в стоксову область и существенно меньшая часть в антистоксову. Построена расчетная схема и создан компьютерный код для численного исследования филаментации вихревых пучков фемтосекундного излучения в прозрачных диэлектриках на основе нестационарной модели самовоздействия размерностью 3D+1. Созданный код включает схему распараллеливания задачи для ее эффективного решения на масштабируемых кластерных высокопроизво¬дительных вычислительных системах. Создан экспериментальный стенд и апробирована методика формирования вихревых кольцевых пучков фемтосекундного излучения на длине волны среднего ИК диапазона с использованием спиральной фазовой пластинки.
2 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Самокомпрессия вихревых пучков фемтосекундного излучения среднего ИК-диапазона в прозрачных диэлектриках
Результаты этапа: Экспериментально и численно исследована филаментация вихревых пуков фемтосекундного лазерного излучения на центральных длинах волн 1800-1850 нм в образце плавленого кварца и кристалле LiF. Получены спектры суперконтинуума оптического вихря в ИК диапазоне. Характерной особенностью частотно-углового спектра является наличие темных полос вдоль оси длин волн, которые наблюдаются как в основной части спектра, так и в стоксовой и антистоксовой областях, появляющихся в процессе филаментации. Численно показано, что с увеличением топологического заряда m оптического вихря угловая зависимость его спектра приобретает более широкий центральный минимум, который сохраняется на начальном этапе самофокусировки при формировании первой кольцевой световой пули. Экспериментально обнаружено, что характерные размеры плазменных каналов одиночных фемтосекундных импульсов в кристалле LiF в условиях небольшого превышения пиковой мощности над критической близки для оптического вихря в кольцевом пучке с нарушенной осевой симметрией и гауссового пучка. Длина плазменных каналов составляет около 400 мкм при ширине приблизительно 5 мкм. Численный анализ показал, что смещение в область больших длин волн от 1800 нм до 3000 нм приводит к росту как максимальной, так и линейной концентрации плазмы вследствие большей самокомпрессии импульсов во времени и, как следствие, большей интенсивности световых пуль. Средствами вычислительного эксперимента получена динамика формирования оптического вихря из первоначально коллимированного гауссова пучка за фазовым транспарантом с винтовой дислокацией фазы. Показано, что характерное расстояние формирования кольцевой моды оптического вихря составляет около половины дифракционной длины пучка. Установлено, что для фемтосекундных импульсов с шириной спектра 80 нм (FWHM) рассогласование длин волн от расчетной для фазового транспаранта не оказывает существенного влияния на формирование оптического вихря. Количественно определено влияние параметров мультипликативного шума лазерного излучения на процесс распада аксиально симметричного вихревого пучка с m=1 в условиях керровской самофокусировки. Показано, что при 5-ти кратном превышении мощности над критической и относительно небольшой амплитуде шума коллимированный пучок радиусом порядка 100 мкм на входе в нелинейную среду сохраняет аксиальную симметрию при прохождении первого нелинейного фокуса и теряет её при приближении ко второму нелинейному фокусу.
3 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Самокомпрессия вихревых пучков фемтосекундного излучения среднего ИК-диапазона в прозрачных диэлектриках
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".