Особенности воздействия частотно

УДК 533.9(06) Физика плазмы
Н.С. ЗАХАРОВ, С.В. ХОЛОД
ФГУ «12 Центральный научно-исследовательский институт МО РФ»,
Сергиев Посад
ОСОБЕННОСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЧАСТОТНОМОДУЛИРОВАННЫХ УЛЬТРАКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ
ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ПЛАЗМУ
Рассмотрены особенности воздействия ультракоротких частотно-модулированных (чирпированных) импульсов лазерного излучения на плазму. Описаны
способы определения оптимальных исходных параметров импульсов, обеспечивающих наибольшую эффективность такого воздействия.
Изучение особенностей взаимодействия предельно коротких импульсов лазерного излучения (ЛИ) с плазмой является основой для успешного
решения многих прикладных и научно-исследовательских задач, таких
как лазерное ускорение частиц в плазме, создание сильно неравновесной
плазмы и т.п. Поэтому одной из задач является создание оптимальных
режимов воздействия импульсов ЛИ на плазму.
При распространении в плазме импульсы фемтосекундной длительности испытывают дисперсионное расплывание [1, 2]. При этом плотность
потока энергии уменьшается не только за счет поглощения плазмой, но и
за счет значительного увеличения длительности импульса. Из-за этого
уменьшаются напряженности полей, создаваемых лазерным излучением,
что, например, усложняет получение потоков релятивистских электронов
в глубине плазмы.
Дисперсионное уравнение для плазмы, разложенное по степеням - 0,
где 0 – частота лазерного излучения, содержит нелинейные члены, начиная с квадратичного, поэтому возможно обеспечить, чтобы в процессе
распространения импульс лазерного излучения испытывал не расплывание, а, наоборот, сжатие во времени [1]. Для этого необходимо, чтобы
импульсы ЛИ были частотно модулированными. Технически осуществить
это можно следующим способом.
Формирование импульсов фемтосекундной длительности высокой
мощности можно разбить на четыре этапа: генерацию импульса низкой
мощности (1); временное расширение (2), в ходе которого длительность
импульса увеличивается в сотни-тысячи раз; усиление (3) и компрессию
(4). Например, в терраваттной фемтосекундной лазерной системе на форстерите [3] параметры импульсов меняются так: (1,260 мкм, 55 фс, 2 нДж)
 (1,250 мкм, 50 пс, 1,5 нДж)  (1,240 мкм, 50 пс, 120 мДж) 
98
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 4
УДК 533.9(06) Физика плазмы
(1,240 мкм, 80 фс, 90 мДж). Изменяя параметры компрессора, можно подобрать режимы для получения на выходе импульсов различной длительности и с различными профилями частотной модуляции при той же ширине спектра.
Из коэффициентов разложения дисперсионного уравнения по частотам
и параметров частотной модуляции можно найти дисперсионную длину и
расстояние, на котором будет происходить временнáя фокусировка. Однако наличие членов разложения выше второго, что особенно заметно для
достаточно плотной плазмы (вблизи плазменной частоты), приводит к
значительным временным аберрациям, ухудшающим фокусировку.
Поэтому возникает задача определения эффективного профиля частотной
модуляции импульса. Для решения этой задачи воспользуемся методом
двойного Фурье-преобразования [2], в котором не только применяется
явное дисперсионное уравнение вместо разложения, но и учитывается
изменение дисперсионных свойств плазмы вдоль пути распространения
сжимающегося импульса, причем численный расчет ведется в обратном
времени от точки необходимой фокусировки к поверхности. Аналогичным образом можно учесть наличие магнитного поля и потребовать,
чтобы импульс, воздействующий на плазму, изначально имел еще и
временнóй профиль поляризации.
Таким образом, определение оптимальных параметров импульсов
лазерного излучения позволяет обеспечить точную сфазированность всех
спектральных компонент и, следовательно, добиться максимальной
временнóй фокусировки.
Список литературы
1. Ахманов С.А., Выслоух В.А., Чиркин А.С. Оптика фемтосекундных лазерных импульсов: М.: Наука, 1988. 312 c.
2. Захаров Н.С., Холод С.В. // Прикладная физика. 2005. № 6. С. 80.
3. Агранат М.Б., Ашитков С.И., Иванов А.А., Конященко А.В., Овчинников А.В., Фортов В.Е. // Квантовая Электроника. 2004. Т. 34. № 6. С. 506.
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 4
99