В связи с техническими работами в центре обработки данных, возможность загрузки и скачивания файлов временно недоступна.
 

Лазерно-индуцированные экстремальные состояния вещества с использованием микро- и нанообъектовНИР

Extrim

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
5 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Лазерно-индуцированные экстремальные состояния вещества с использованием микро- и нанообъектов
Результаты этапа: 1.Разработан новый подход к ускорению электронов релятивистски интенсивным (более 10^18Вт/см2) лазерным импульсом, состоящим в последовательном воздействии на мишень наносекундного и фемтосекундного лазерных импульсов. Проведены исследования, позволившие определить оптимальные параметры импульсов, обеспечивающие максимальную энергию гамма-квантов (с превышением энергии, характерно для взаимодействия аналогичного уединенного фемтосекунднго лазерного импульса в 3-5 раз). С помощью моделирования методом крупных частиц установлены основные механизмы, отвечающие за ускорение электронов до релятивистских энергий в исследуемом режиме. 2.На основе созданного уникального экспериментального стенда, формирующего пучок фемтосекундного излучения с параметром качества M2=1.1, проведено исследование частотно угловых спектров излучения при филаментации коллимированного пучка на атмосферной трасе. Выявлены режимы, в которых четырех волновое взаимодействие рамановского солитона, формирующегося на оси филамента, и основного излучения резервуара приводит к генерации выдленных спектральных компонент с синим сдвигом относительно фундаментальной частоты. Построена феноменологическая модель, учитывающая роль плазменной поправки к показателю преломления и непротиворечиво описывающая наблюдающиеся закономерности, в том числе условия, при которых четырехволновое взаимодействие протекает в режме фазового синхронизма. 3.Предложен и численно обоснован режим самокомпрессии мощного (мощность 500ГВт, энергия 1,5 Дж) десятимикронного излучения, использующий нелинейные и дисперсионные свойства NaCl. Показано, что предложенная схема твердотельного компрессора, состоящего из 4-х пластин NaCl общей толщиной 19см и расположенными между пластинами пространственными фильтрами, позволяет избежать филаментации и сократить примерно на порядок длительность исходного импульса с 2.5пс до 0.25пс (7 периодов колебаний) и увеличить мощность до 2,2 ТВт. Предлагаемый компрессор легко масштабируется: при той же входной интенсивности на оси (I0=100 GW/cm2), общей длине NaCl (δ=19 см), диаметре 10 см (r=5 см) и энергии излучения ~13 Дж, в фокусе сферического зеркала (F=45 см) с корректором интенсивность излучения достигает значения 2800 ПВт/см2. 4. Проведены тестовые эксперименты по исследованию пороговых режимов генерации СО2 лазера высокого давления (давление смеси газов CO2-He до 12атм) с оптической накачкой излучением твердотельного наносекундного YSGG:Cr:Er лазера на длине волны 2.8мкм. Установлено, что при плотности энергии накачки до 1Дж/см2 генерационный порог уверенно преодолеть не удалось. Повышение плотности энергии накачки выше 1Дж/см2 ограничивалось лучевой стойкостью используемой оптики (окна газовой кюветы из NaCl, «глухое» диэлектрическое зеркало резонатора СО2 лазера, через которое осуществлялась накачка активной среды). 5. Показано, что сигнал ГВГ может быть использован наравне с сигналом рентгеновского излучения в качестве индикатора локального энерговклада интенсивного (I>10^15Вт/см2) лазерного излучения, воздействующего на твердотельную мишень. Анализ спектров ВГ, отраженной от поверхности мишени, подтвердил, что наличие газовой среды в зоне перетяжки лазерного излучения приводит к существенному сдвигу спектра второй гармоники в коротковолновую область при воздействии на гладкую поверхность твердотельной мишени. Впервые исследовали спектральные модификации ВГ и основного излучения, отраженных назад из микроканала, формируемого последовательностью фс-лазерных импульсов в твердотельной мишени в режиме абляции. Спектральные модификации ВГ, отраженной из микроканала (большие голубые сдвиги), подтверждают тезис о том, что в процессе формирования микроканала фс-лазерным излучением, внутри него может нарабатываться взвесь, при этом, по величине голубого сдвига спектра ВГ можно сделать оценку концентрации электронов в этой взвеси. 6. Проведены пионерские эксперименты и установлена возможность управления пространственным положением филамента фемтосекундного лазерного излучения при его взаимодействии в воде с лазерно-инициированной ударной волной. Зарегистрирован плазменный канал, ось которого отклонена на 12 градусов от исходного направления распространения филамента.
6 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Лазерно-индуцированные экстремальные состояния вещества с использованием микро- и нанообъектов
Результаты этапа: Существенно модернизирована схема тераваттного лазерного комплекса и реализована схема DCPA, в которой лазерный импульс с энергией около 1 мДж подвергается нелинейной временной и пространственной фильтрации с испольльзованием технологии XPW, а затем вновь усиливается. Получены лазерные импульсы с энергией до 50 мДж при длительности 45-50 фс с контрастом по усиленной спонтанной люминесценции свыше 10^10 при 50 пс опережении, и 10^8 за 5 пс до основного импульса. Измерения также показали наличие короткого предымпульса с амплитудой 10^-5 от основного, опережающего его на 14 нс. Проведены пробные эксперименты, показавшие возможность проведения исследований с микро и нанообъектами без их разрушения предымпульсом. Разработан электронный спектрометр с отклонением электронов в стационарном магнитном поле на энергию электронов 0.1-5 МэВ. Полученный спектр электронов при интенсивности лазерного излучения свыше 10^18 Вт/cм^2 хорошо коррелирует со спектром гамма-излучения плазмы. Разработан ионный время-пролетный спектрометр с магнитной сепарацией заряженных частиц, обеспечивающий регистрацию ионных токов с разрешением по отношению заряд/энергия. Проведены тестовые эксперименты, показавшие уверенную регистрацию протонов с энергией до 700 кэВ и более тяжелых многозарядных ионов с энергией на единицу заряда более 100 кэВ. Разработана и реализована новая схема эффективной параметрической генерации фемтосекундного лазерного излучения среднего ИК диапазона. Схема генерации излучения среднего ИК диапазона (с перестройкой от 2 до 5 мкм) основана на однокаскадном параметрическом усилении части континуума, получаемого при фокусировки малой части излучения в кристалл Nd:YAG, при накачке основным излучением форстеритовой лазерной системы в кристалле тиогаллата серебра (AgGaS2). В результате, при плотности мощности накачки 100 ГВт/см2 выходные характеристики параметрического генератора на воздухе составили: 2-5 мкм, 200 фс, энергия от 0.1 до 0.5 мкДж с максимумом в области 4 мкм. Создание специальных условий для уменьшения поглощения CO2 в 4 мкм диапазоне длин волн позволит увеличить выходную энергию в одном каскаде параметрического усиления до 1 мкДж, и достигнуть рекордной эффективности 0.5%. Выполнены пионерские исследования нелинейно-оптических эффектов, возникающих в сверхкритических средах при распространении в них интенсивного (более 10^13Вт/см2) фемтосекундного лазерного излучения видимого (0.6мкм) и ИК (1.24мкм) спектральных диапазонов. Установлено, что сверхкритические флюиды являются уникальным источником мультиоктавного суперконтинуума, возникающего при филаментации мощного фемтосекундного лазерного излучения. При мощностях лазерных импульсов, существенно превышающих критическую мощность самофокусировки, достигнута генерация суперконтинуума шириной в три с половиной октавы (от 350 до 2000нм) в сверхкритическом ксеноне. В молекулярном сверхкритическом диоксиде углерода красное крыло суперконтинуума простирается в виде плато от 1400 до 1900 нм при практически полном к ослаблении синего крыла в спектре. Предложена метод синхронной генерации рентгеновского и терагерцового излучений при взаимодействии интенсивного фемтосекундного лазерного излучения (длина волны 0.8мкм) с кластерными пучками в режиме создания наноплазмы. При воздействии на кластеры аргона фемтосекундных импульсов интенсивностью до 10^17Вт/см2 и энергией не превышающей 25 мДж в кластерной наноплазме в определенных условиях могут одновременно возникать как спектрально яркое рентгеновское излучение (3кэВ), так и излучение ТГц диапазона. Установлено, что эффективная генерация терагерцового излучения происходит при чирпировании лазерного импульса и длительности около 300 фс, в то время как для максимального выхода рентгеновского излучения требуется минимальная длительность возбуждающего оптического импульса (порядка 50 фс). Таким образом, впервые показано, что управление длительностью воздействующего лазерного импульса позволяет варьировать уровень ТГц- и рентгеновского сигналов, синхронно генерируемых в газокластерной струе.
7 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Лазерно-индуцированные экстремальные состояния вещества с использованием микро- и нанообъектов
Результаты этапа: Проведенная оптимизация оконечного усилителя тераваттного фемтосекундного комплекса (согласование мод накачки и усиливаемого излучения, изменение расходимости усиливаемого излучения)обеспечила повышение энергии после усилителя до 150 мДж. Оптимизация оптического тракта передачи пучка в компрессор, установка системы плазменной очистки решеток компрессора, обеспечила энергию импульса на мишени до 50-70 мДж. Проведен расчет компактного электронного спектрометра на диапазон энергий до 10МэВ. Разработан оригинальный датчик электронов на основе пленки Lasnex и оптической ПЗС линейки. Создан микрокомпьютерный модуль для считывания данных с линейки и пересылки в компьютер. Выполнены тестовые эксперименты по регистрации спектра электронов от твердотельной мишени. Создан высокоэффективный (~0.5% от накачки, до 10 мкДж) широкополосный перестраиваемый источник фемтосекундных лазерных импульсов среднего ИК диапазона (3.8-4.8 мкм), в котором задействован генератор суперконтинуума (1.65-1.9 мкм) на базе кристалла Nd:YAG, и трехкаскадный нелинейно-оптический параметрический усилитель на кристаллах AgGaS2, с накачкой излучением хром-форстеритового лазера (2 мДж, 200 фс, 10 Гц). Разработана методология исследования нелинейно-оптических эффектов, возникающих в коллоидных системах в среде сверхкритической жидкости. В основе метода используется процесс лазерной абляции металлической мишени в сверхкритическом реакторе выше критической точки. В качестве первой очереди исследованы режимы филаментации при различных условиях фокусировки фемтосекундного лазерного излучения в сверхкритический СO2 реактор. Определены критические параметры фемтосекундного лазерного излучения фемтосекундного хром-форстеритового лазера (основное излучение и его вторая гармоника), которым соответствует процессы развития филаментации и генерации суперконтинуума. Создана экспериментальная схема для изучения особенностей зажигания микроплазмы, создаваемой остросфокусированным двухцветным (0.6 мкм + 1.24 мкм) фемтосекундным лазерным излучением во встречных лазерных пучках в воздухе. Отработана методика диагностики зажигания микроплазмы в режиме реального времени по методу диагностики генерации третьей гармоники.
8 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Лазерно-индуцированные экстремальные состояния вещества с использованием микро- и нанообъектов
Результаты этапа: 1. Создан высокоэффективный источник широкополосного фестосекундного когерентного излучения с использованием газов высокого давления и сверхкритических флюидов на основе диоксида углерода и ксенона. Задействовано излучение фемтосекундной хром-форстеритовой лазерной системы (энергия до 1 мДж, длительность импульса ~ 200фс, длина волны 1240 нм, частота повторения 10Гц), которое фокусировалось линзой с фокусным расстоянием 10 см в кювету высокого давления (до 150 атм). Максимальная эффективность генерации суперконтинуума 14%, которая наблюдалось в диоксиде углерода в сверхкритическом состоянии при давлении 63 атм. 2. Разработан метод контролируемой прецизионной модификации в объёме диэлектрика на микроуровне при воздействии пары остросфокусированных фемтосекундных лазерных импульсов, один и которых коротковолновый (видимый), а другой длинноволновый (ближний/средний ИК). Совместное действие двух импульсов позволяет понизить энергию импульсов, необходимую для пробоя диэлектриков и осуществлять прецизионное управление размерами модификации, варьируя параметры воздействующих лазерных импульсов, а именно задержку между ними, их поляризации, длины волн и длительности. Разработанная методика двуимпульсного воздействия на объем кварца позволяет достигать экстремально высокие величины вложенной энергии до 14 кДж/см^3 в микрообъеме. 3. Разработана методика контроля процесса перфорации многослойных мишеней интенсивным (10^14Вт/см2-10^16Вт/см2) фемтосекундным лазерным излучением по сигналу характеристического рентгеновского излучения, возникающего в приповерхностной плазме в процессе микроканалирования. Измерения спектра тормозного излучения позволило определить температуру горячих электронов в микроплазме, которая в зависимости от использованной интенсивности находилась в диапазоне 2-4кэВ. Оценен выход характеристических рентгеновских квантов, который для медной мишени оказался порядка 10^4-10^9фот/имп в зависимости от величины интенсивности фемтосекундного лазерного излучения. 4. В работе экспериментально и теоретически исследовалась возможность формирования пред/пост импульсов при усилении в системе стретчер- компрессор на кристалле титан-сапфира за счет вынужденного комбинационного рассеяния в усилителе. 5. Реализована схема трехканального поляро-интерферометра для одновременной регистрации пространственного профиля электронной концентрации в лазерной плазме и диагностики магнитных полей. Проведена серия экспериментов, в которой плазма создавалась при пробое воздуха излучением Nd:YAG лазера с длиной волны 1064 нм и длительностью импульса ~ 10 нс. Сканирование проводилось титан-сапфировым лазером с длиной волны 800 нм, длительностью импульса ~ 50 фс и частотой следования 10 Гц. Задержка между греющим и сканирующим импульсами составляла от 0 до 50 нс. Обнаружено формирование протяженного плазменного канала, увеличивающегося в размерах по мере увеличения задержки между двумя импульсами.
9 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Лазерно-индуцированные экстремальные состояния вещества с использованием микро- и нанообъектов
Результаты этапа: 1. Экспериментально и теоретически исследованы нелинейно-оптические свойства сверхкритических флюидов на примере двуокиси углерода и ксенона. Впервые исследовано поведение нелинейного показателя преломления n2 суб- и сверхкритических CO2 и Xe средах с использованием методики контроля спектра фемтосекундного лазера, модифицированного за счет механизма фазовой самомодуляции в нелинейной среде. В результате проведенных исследований обнаружено, что в сверхкритических (СО2, Xe) средах в окрестности линии Видома существует «кластеризованная» область, в пределах которой аномально возрастает величина n2, достигая значений, характерных для диэлектриков – порядка (4-5)x10-^16см2/Вт. 2. Обнаружено, что при дистанционном воздействии монофиламента, инициированного излучением фемтосекундного титан-сапфирового лазера (мощность излучения в четыре раза превышает критическую мощность самофокусировки Р~4Ркр, фокусирующая линза F=100см, длительность импульса τ=60 фс, частота повторений 10Гц, длина волны 800нм) на медную мишень, находящуюся в воздухе, процесс лазерно-плазменной абляции мишени сопровождается рентгеновским излучением с энергией фотонов более 3кэВ. Величина выхода рентгеновского излучения (РИ) зависит от положения мишени относительно начала филамента и имеет экстремум в области фокуса линзы. Средняя скорость абляции медной фольги толщиной 80 мкм в этом положении мишени составляет порядка 0,1 мкм/имп при энергии 1 мДж. Обнаружено, что картина взаимодействия филамента с мишенью радикально меняется при использовании чирпированных лазерных импульсов (500 фс) и соответствующем повышении энергии до 6 мДж для сохранения режима монофиламента. В этом случае выход РИ повышается до 5 раз, скорость абляции до 9 раз. В процессе микроканалирования фольги наблюдается повышение амплитуды РИ по сравнению с первыми импульсами примерно в 1,5 раза, что связано с образованием в процессе перфорации мишени конусовидного канала, на что также указывают такие факторы как повышение скорости абляции и соответствующее уменьшение размера выходного отверстия по сравнению. 3. Предложена методика рэлеевского рассеяния для диагностики смешанных Ar/Kr кластеров и зарегистрирована кластеризация фракции криптона при. Разработан и создан двухэнергетический рентгеновский источник с перестраиваемыми амплитудами характеристических линий (3.1кэВ, 12.7кэВ), основанный на фемтосекундном лазерном возбуждении (интенсивность порядка 100ПВт/см2) смешанных Ar/Krкластеров, возникающих при газодинамическом расширении через коническое сопло исходной смеси газов высокого давления (25атм) в вакуум. Показано, что относительный выход характеристического рентгеновского излучения может регулироваться путем соответствующего выбора начальной парциальной концентрации исходных газов. Максимальная величина конверсии в характеристическую линию криптона достигла величины 5x10^-7 при субрелятивисткой интенсивности 500ПВт/см2. 4. Впервые выполнена двумерная оптоакустическая томография фемтосекундного филамента в воде. Использование широкополосного (~100 МГц) пьезоэлектрического преобразователя и метода восстановления обратных проекций позволило получить двумерный профиль филамента. Полученное распределение давления, инициируемое филаментом, позволило определить поперечные размеры центральной части (~50 мкм) и энергетического резервуара филамента (~250 мкм) с разрешением лучше, чем 10 мкм. Показано, что опто-акустическая томография является прямым методом измерения объёмного энерговклада при распределенном воздействии ультракоротких лазерных импульсов в среде, что не может быть достигнуто с использованием существующих других экспериментальных техник. При относительной простоте и высокой точности, опто-акустическая томография может рассматриваться как прорывной инструмент для исследования явления филаментации в конденсированных средах. 5. Для повышения эффективности исследований по взаимодействию сверхинтенсивного лазерного излучения с плотными мишенями создана новая высоковакуумная камера большого (1 м) диаметра и объема. Это позволяет разместить непосредственно внутри камеры различные диагностики, исследовать энергетические спектры вылетающих частиц под практически любыми углами к поверхности мишени (в том числе – с обратной стороны), устанавливать мишени любых форм и размеров. Созданная вакуумная камера оснащена турбомолекулярными насосами, остаточный вакуум – до 10^(-6) Торр. Камера соединена с фемтосекундным вакуумным компрессором через вакуумную трубу, шибер и тонкую полиэтиленовую перегородку, что исключает эффекты самовоздействия лазерного излучения. Внутри камеры располагаются следующие базовые элементы: большой трехкоординатный мишенный столик с диапазон смещений по координатам до 10 см, оснащенный шаговыми двигателями, внеосевое параболическое зеркало с параметром F/D от 10 до 1 и моторизированной системой юстировки, система протяжки полиэтиленовой ленты для предотвращения напыления внеосевого параболического зеркала. Реализована возможность установки дополнительной диагностики электронных и оптических пучков под разными углами к поверхности мишени. Наличие широких окон камеры под разными углами позволяет подключать внешнюю диагностику – ионные спектрометры, электронные спектрометры. 6. Измерены генерационные характеристики 3-мкм Er:YAG лазера в режиме модуляции добротности, исследовано несколько методов оптикомеханической модуляции, а также предложена схема синхронизации лазера с фемтосекундным лазерным источником. Было также установлено, что джиттер оптикомеханического затвора на основе вращающегося зеркала позволяет использовать лазер с таким затвором для синхронизации с другими лазерными источниками с точностью ~100 нс. Полученная в результате экспериментов энергия (15 мДж) существенно ограничена эффектом тепловой линзы, проводящим к пробою оптических элементов. Полученные 25% перекачки энергии из свободной генерации в модуляцию при использовании оптикомеханического затвора показывает его большую эффективность, по сравнению с ЭО затворами, для которых это значение не превышает обычно 10%.
10 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Лазерно-индуцированные экстремальные состояния вещества с использованием микро- и нанообъектов
Результаты этапа: 1. Предложен и исследован новый тип наноструктурированной поляризационно-чувствительной мишени (магнитная лента аудиоплеера), которая при создании приповерхностной высокотемпературной микроплазмы в результате воздействия интенсивного фетосекундного лазерного пучка может служить источником рентгеновского излучения сверхкороткой длительности. Установлено, что микроплазма, зажигаемая на поверхности мишени (распложена в в нормальных атмосферных условиях) пучком фемтосекундного хром-форстеритового лазера (λ = 1.24 мкм, энергия E=0. 3-1.5мдж, часта повторений 10 Гц, длительность импульса 220фс), является источником как тормозного излучения, так и характерного рентгеновского излучения. При этом лицевая сторона (верхний слой содержащий частицы окисла железа Fe2O3) излучает характеристическую К-линию железа (6.4кэВ), а тыльная сторона ленты (полимерная подложка) - тормозное излучение.Такая мишень может эксплуатироваться в импульсно-периодическом режиме воздействия фемтосекундных лазерных импульсов. 2. Разработана методика тестирования поликапиллярной рентгеновской полулинзы. Тестирование осуществлялась в режиме фокусировки коллимированного пучка из рентгеновского источника (трубка с медным анодом). Определено фокусное расстояние F=40 мм и диаметр фокального пятна D=214мкм полулинзы. Расходимость рентгеновского пучка после перетяжки составляла ~ 1 градус. Определена эффективность передачи полулинзой квантов с энергией 8 кэВ, которая составила 9.6±0.12%. 3. Впервые измерены рентгеновские спектры наноплазмы атомных (аргон, криптон) и молекулярных (фреон в смеси с гелием в качестве газа-носителя в соотношении 1:10) кластеров при воздействии субрелятивистских (3±1.5) 10^17 Вт см-2 лазерных импульсов в диапазоне 10–100 кэВ. 4. Впервые реализована широкополосная (~60 МГц) оптоакустическая томография фемтосекундного филамента в воде. Показано, что данный метод позволяет визуализировать область резервуара энергии филамента, что не позволяет сделать ни одна другая известная методика. Пространственное разрешение метода составляет 10 мкм в определении позиции филамента и 20 мкм в разрешении его структуры. 5. Разработан и создан блок генерации разностной частоты на основе неоксидного кристалла LGS и получена генерация фемтосекундных импульсов, перестраиваемых в диапазоне длин волн 3-5 мкм, с эффективностью преобразования 0.1%, что соответствует средней мощности ~ 1-2 мВт. 6. Проведены тестовые эксперименты в новой камере взаимодействия. Внутри камеры установлены координатные подвижки и автоматизированные юстировки для мишени, фокусирующей оптики и оптического тракта завода для двух лазерных пучков. Получена интенсивность на мишени до 5х10^18 Вт/см2. Выполнена оптимизация оптического тракта доставки фемтосекундного пучка на мишень. Установлен телескоп 1:2, увеличивший диаметр пучка до 2 см по половине интенсивности, что является предельной величиной для установленных в вакуумном компрессоре дифракционных решеток. Увеличена энергия лазерного импульса после оконечного каскада усиления до 130 мДж. Проведено измерение пятна фокусировки и показано, что интенсивность в фокальном пятне превышает 10^19Вт/cм2.
11 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Лазерно-индуцированные экстремальные состояния вещества с использованием микро- и нанообъектов
Результаты этапа: Проведены эксперименты по пространственному управлению рентгеновским излучением c помощью поликапиллярной рентгеновской оптики. В качестве источников использовались рентгеновский коллимированный пучок и фемтосекундный лазерно-плазменный генератор рентгеновских импульсов. Выполнены измерения по фокусировке параллельного рентгеновского пучка, излучаемого рентгеновской трубкой, с помощью полулинзы, которые показали, что точность угловой настройки поликапиллярной оптики должна быть не менее 6 угловых минут. Развит метод юстировки поликапиллярной оптики на точечный лазерно-плазменный источник. Проведены эксперименты по управлению рентгеновским излучением точечного лазерно-плазменного источника с использованием поликапиллярной полулинзы. При воздействии на железо-содержащую структурированную ленту фемтосекундных (300фс) импульсов Cr:forsterite лазера с энергией ~1мДж точечный источник излучал ~10^5 характеристических квантов (6.4 кэВ) в полный телесный угол. Разработан комплексный метода мониторинга эволюции расширяющейся импульсной нанокластерной струи с использованием техники светового рассеяния, а также регистрации интегрального выхода рентгеновских квантов и изображений лазерных филаментов при облучении нанокластерной струи фемтосекундными субтераваттными лазерными импульсами. Методика отработана на кластерной струе аргона, получаемой при сверхзвуковом расширении газа через коническое сопло. Исследована связь между параметрами кластерной струи (количество атомов в кластере и число кластеров) и интегральным выходом рентгеновского излучения, возникающего под действием сфокусированного фемосекундного TiSa лазерного пучка (Ti:Sa лазер, 15 мДж, 50 фс). Получена зависимость интегрального выхода P рентгеновского излучения X из кластерной струи от давления газа над соплом, которая подчиняется выражению X~P^3. Показана возможность управления длиной взаимодействия интенсивного фемтосекундного лазерного излучения с кластерной наноплазмой, проявляющейся в виде плазменного филамента. Развита методика получения агрегатов (лазерных мишеней) в микрокапельной форме (и их оптического контроля) с использованием растворов солей (на примере СO2- FeСl3, CO2- CuCl2, CO2-CuSO4) в сверхкритическом СО2 – реакторе с добавкой со-растворителя (этанол) с последующим процессом формирования импульсной сверхзвуковой струи агрегатов в вакуум. Сформулировано, что сверхзвуковые атомно-молекулярные пучки, выступающие в роли носителей целевого продукта, могут лежать в основе мощной и универсальной методики в современной физической химии, позволяющая осуществлять экстремальное адиабатическое охлаждение газообразных веществ в процессе расширения струи наночастиц. Выполнены исследования, целью которых явилось повышение стабильности работы тераваттной фемтосекундной лазерной системы на титан-сапфире – источнике релятивистского лазерного излучения. В результате установлено, что стабильность энергии импульсов на выходе из второго усилителя на кристалле титан-сапфира составила +/- 8 процентов. Повышена выходная энергия указанной системы до 150 мДж после оконечного усилителя. Разработаны методы регистрации терагерцового излучения релятивистской лазерной плазмы с использованием ячейки Голея и пироприемников. Решена задача выделения терагерцового сигнала на фоне рентгеновского, оптического и ИК излучений плазмы, а также генерируемых плазмой импульсных ЭМ наводок. Создана оригинальная гибридная схема генерации фемтосекундного излучения среднего ИК (3-5 мкм) диапазона на высокой частоте повторения (71,8 МГц) со средней мощностью 10 мВт, состоящая из блока генерации разностной частоты на основе неоксидного кристалла LGS (I-ого типа синхронизма) длиной 4 мм и усилителя на кристалле Fe2+:ZnSe с непрерывной накачкой 3-мкм излучением Er:ZBLAN лазера. Теоретически показана возможность получения квазисолитонного режима распространения импульса на длине волны когерентного излучения 4 мкм (N=4-7) при энергии порядка 20 мкДж в микроструктурированном волокне с наполнением ксеноном при давлении 2 бара. Ожидаемая в эксперименте компрессия - до 30 фс (в 6 раз), возрастание мощности до 3 раз с сохранением 80% от исходной энергии. Показано, что описанный подход может применяться для энергии вплоть до 1 мДж.
12 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Лазерно-индуцированные экстремальные состояния вещества с использованием микро- и нанообъектов
Результаты этапа: Разработана методика и проведены эксперименты по лазерно-плазменному получению рентгеновских пучков ультракороткой длительности, что может быть использовано в интересах их пространственного управления с помощью рентгеновской поликапиллярной оптики. Рассмотрены подходы, направленные на реализацию время-разрешенной рентгеновской дифрактометрии. Проведены исследования, ориентированные на создание новых типов микромишеней для лазерного воздействия, основанные на новых способах формирования с использованием струй формируемых с помощью сверхкритического СО2– реактора. Создана установка и выполнены исследования методом регистрации рассеяния Ми формирования кластеров и наноагрегатов при сверхзвуковом расширении из сверхкритического СО2 реактора смеси СО2+СН3ОН. Полученные результаты могут найти применение для получении нейтронных пучков МэВ-ной энергии, возникающих при взаимодействии фемтосекундного лазерного излучения релятивистской интенсивности с наноагрегатами на основе дейтерированного метанола. Осуществлена эффективная лазерно-плазменная генерация широкополосного жесткого (9кэВ<E<100кэВ) рентгеновского излучения из кластерной наноплазмы криптона с использованием исходного газа высокого давления. Полученные результаты могут быть использованы в задачах воздействия пучков рентгеновских фотонов сверхкороткой длительности на материальные объекты. Выполнен ряд инфраструктурных новаций, связанных с потенциальными экспериментами, ориентированными на изучение поведения микро- и нанообъектов в релятивистских световых полях. Для этого реализован ввод в эксплуатацию новой вакуумной камеры взаимодействия диаметром 1м, подключены имеющиеся диагностики. Проведены тестовые измерения с использованием сверхинтенсивного фемтосекундного лазерного излучения. Отработаны и опробованы методики измерения медленных ионов с использованием полуцилиндрического электростатического анализатора. Создан экспериментальный комплекс для генерации и регистрации когерентного излучения УФ диапазона (до 180 нм) в процессе генерации гармоник низкого и высокого порядка в газе высокого давления (до 10 атм.) при воздействии высокоинтенсивного (до 10^14 Вт/см2) излучения ИК диапазона. Разработан и экспериментально реализован гибридный оптоакустический метод томографии лазерно-индуцированной плазмы, позволяющий измерить трёхмерные распределения концентрации электронов (8,7×10^19 см-3 – среднее по объёму плазмы значение) и энерговклада (0,35 кДж/см3 – среднее по объёму плазмы значение) при воздействии высокоинтенсивного лазерного излучения на объём конденсированной среды, на примере воды. Точность метода с использованным диагностическим оборудованием cоставила ~ 10^18 см-3 по электронной плотности и ~10Дж/см3 по энерговкладу. Разработанный метод позволил исследовать зависимость эффективности генерации лазерно-индуцированной акустической волны от степени эллиптичности поляризации воздействующего лазерного излучения и температуры среды. Установлено, что с ростом степени эллиптичности поляризации энергия акустической волны уменьшается (до 50 % от максимального значения). Предлагаемая методика оптоакустической томографии может быть расширена на твердотельные среды, где проблема измерения трёхмерного распределения энерговклада стоит особенно остро с точки зрения приложений в области лазерной микрообработки конденсированных сред.
13 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Лазерно-индуцированные экстремальные состояния вещества с использованием микро- и нанообъектов
Результаты этапа: Исследована возможность генерации нейтронов в режиме взаимодействия лазерного излучения релятивистской интенсивности с дейтерийсодержащими наноагрегатами, возникающими при газодинамическом расширении сверхкритического флюида в вакуум. Продемонстрирована генерация нейтронов в DD-реакции с пиковым выходом 3x10^3 нейтрон/импульс/4pi при воздействии релятивистских (I ≈ 3x10^18 Вт/см2) фемтосекундных лазерных импульсов на субмикронные агрегаты, созданными из однофазной сверхкритической смеси СО2+CD3OD. Разработан новый подход к созданию лазерно-плазменного низкоэнергетического микроисточника рентгеновского излучения. Показано, что при воздействии остросфокусированным излучением волоконного лазера с энергией лазерных импульсов 10-30 мкДж на медную мишень возникает характеристические и тормозные рентгеновские фотоны. Установлено, что выход фотонов на характеристической К–линии (8кэВ) меди нелинейно зависит от лазерной энергии и при ее значении 30мкДж и частоте воздействия 100 кГц достигает величины 2.5•10^8 фот/с/2pi. Разработано сопло конической формы для реализации режима ускорения электронов, возникающих при воздействии на газо-кластерную струю криптона лазерным излучением релятивистской интенсивности. Эксперименты по ускорению электронов проводились с использованием излучения фемтосекундной Ti:Sa лазерной системы с пиковой мощностью 1 ТВт (энергия, длительность и частота следования импульсов 50 мДж, 50 фс и 10 Гц соответственно). Зарегистрированы пучки ускоренных электронов с энергией более 400 кэВ. Измерен состав и энергетические спектры тепловых ионов водорода из плазмы, формируемой мощным фемтосекундным лазерным импульсом длительностью 50 фс и релятивистской интенсивностью 5•10^18 Вт/см2 на поверхности мишени из пластика. Измерения проведены с помощью время-пролетного спектрометра с разделением частиц по зарядам к массе электростатическим полем. Определено, что эффективная температура ионов водорода составила около 5.6 кэВ, а максимальная энергия не превышала 30кэВ. Разработан и сооружен термоизолирующий бокс, для устранения влияния потоков воздуха вызываемых кондиционерами и служащими для стабилизации температуры в лаборатории, в которой функционирует фемтосекундная лазерная система тераваттного уровня мощности. Оптимизирована схема накачки второго усилителя лазерной системы. Выполненная оптимизация схемы накачки усилителей мощности лазерного излучения, позволила улучшить средеквадратичное изменение энергии выходных импульсов лазерной системы с 14 до 8 процентов. Разработан и создан дополнительный 4-х-проходный усилитель для фемтосекундной лазерной системы ближнего ИК диапазона, состоящей из регенеративного и 10-ти проходного усилителей. Увеличена энергия с 6 мДж до порядка 20 мДж на входе в вакуумный компрессор и при 80%-м пропускании компрессора получена энергия на выходе из системы порядка 12-16 мДж при длительности генерируемого импульса 100 фс. Достигнут уровень выходной мощности 0,1-0,2 ТВт. Создан генератор малопериодных терагерцевых импульсов, возникающих при нелинейно-оптическом преобразовании фемтосекундного ИК лазерного излучения (1,2-1,3 мкм) с использованием органического кристалла DAST. Показано, что процесс нелинейно-оптического преобразования мультигигаваттных импульсов хром-форстеритового лазера в органических кристаллах позволяет генерировать малопериодное электромагнитное излучение с напряженностью поля до 6 МВ/см. Энергия в ТГц импульсе находится в пределах до 70 мкДж, эффективность преобразования 2%. .
14 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Лазерно-индуцированные экстремальные состояния вещества с использованием микро- и нанообъектов
Результаты этапа:
15 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Лазерно-индуцированные экстремальные состояния вещества с использованием микро- и нанообъектов
Результаты этапа:
16 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Лазерно-индуцированные экстремальные состояния вещества с использованием микро- и нанообъектов
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".