Пространственно-временная динамика и частотно-угловые спектры при самовоздействии фемтосекундного лазерного импульса

Реклама
Пространственно-временная динамика и
частотно-угловые спектры при самовоздействии
фемтосекундного лазерного импульса
в плавленом кварце на длине волны 800 нм
в кольцевом пучке с фазовой сингулярностью
Евгений Васильев
аспирант
Лаборатория «Вычислительного Эксперимента в Оптике»
Кафедра Общей Физики и Волновых Процессов
Физический Факультет МГУ им. М.В. Ломоносова,
Международный Лазерный Центр МГУ им. М.В. Ломоносова
Санкт-Петербург, 2015
Постановка задачи
V.I. Kruglov, Yu.A. Logvin, V.M. Volkov,
Journal of modern Optics
(1992)
L.T. Vuong, T.D. Grow,
A. Ishaaya, A.L. Gaeta, et al,
Physical Review Letters
(2006)
D.N. Neshev, A. Dreischuh, G. Maleshkov, M. Samoc, Y.S. Kivshar,
Optics Express
(2010)
A. Vincotte, L. Berge,
Physical Review Letters
(2005)
В данной работе рассматривается самовоздействие
в кольцевых пучках с фазовой сингулярностью при
m = 2, производится сравнение с кольцевыми
пучками без сингулярности и гауссовыми пучками,
анализируются частотно-угловые спектры.
Математическая модель
медленно меняющаяся амплитуда поля
оператор волновой нестационарности
приближение
медленно меняющейся
волны (ММВ)
переход к СК, движущейся с групповой скоростью лазерного импульса
Метод расщепления по физическим факторам
дифракция
дисперсия
керровская нелинейность
плазменная нелинейность,
потери на фотоионизацию,
обратное тормозное
поглощение
экстинкция
Начальные условия
фаза
сингулярность
фазы!
амплитуда
Осесимметричное приближение при наличии
фазовой сингулярности
Осесимметричная схема
Фазовая сингулярность
осесимметричное
приближение
0
Пространственно-временное распределение интенсивности в
кольцевом пучке без фазовой сингулярности и в гауссовом пучке
Гауссов пучок
Кольцевой пучок БЕЗ фазовой сингулярности
Схожий качественный характер самовоздействия!
z
Сравнение динамики самовоздействия кольцевого пучка с
фазовой сингулярностью и без фазовой сингулярности
Кольцевой пучок БЕЗ фазовой сингулярности
Кольцевой пучок с фазовой сингулярностью
z = 0.00 см
z = 0.23 см
z = 0.33 см
При одинаковой мощности самофокусировка кольцевого пучка
без фазовой сингулярности происходит на меньших расстояниях, чем при ее наличии!
z = 0.37 см
Динамика самовоздействия и частотно-угловые
спектры кольцевого пучка с фазовой сингулярностью
z = 0.00 см
z = 0.23 см
z = 0.33 см
1. Отсутствие нулевой пространственной гармоники
2. Наличие интерференционных полос по угловой координате
z = 0.37 см
Количественная оценка трансформации энергии в
стоксову и антистоксову области спектра
z = 0.37 см
z = 0.00 см
Антистоксова
область
спектра
760 нм
Центральная
область
спектра
840 нм
Стоксова
область
спектра
Количественная оценка трансформации энергии в стоксову
и антистоксову области спектра (продолжение)
Гауссов
пучок
Кольцевой пучок
без фазовой
сингулярности
Кольцевой пучок
с фазовой
сингулярностью
z
Количественная оценка трансформации энергии в стоксову
и антистоксову области спектра (продолжение)
1. При самовоздействии в кольцевом пучке с фазовой сингулярностью трансформация энергии из
области центральной частоты в стоксову и антистоксову области выше, чем у кольцевого пучка
без фазовой сингулярности и гауссова пучка
2. Уширение частотно-углового спектра в стоксову область больше, чем в антистоксову
Заключение
I.
Динамика распространения кольцевого пучка без фазовой
сингулярности и гауссова пучка схожи. При самовоздействии в кольцевом
пучке происходит стягивание лазерной энергии на оптическую ось, и
образуется унимодальная структура, которая далее ведет себя подобно
гауссову пучку.
Кольцевой пучок с фазовой сингулярностью при относительно малых
мощностях сохраняет кольцевую структуру и на r-t диаграмме приобретает
рупорообразную форму.
При одинаковой мощности самофокусировка пучка без фазовой
сингулярности происходит на меньших расстояниях, чем при ее наличии.
Заключение (продолжение)
II.
Самофокусировка кольцевого пучка с фазовой сингулярностью
сопровождается уширением частотно-углового спектра, которое происходит
в стоксову область больше, чем в антистоксову.
При этом из-за сингулярности фазы в угловом спектре отсутствует
нулевая пространственная гармоника. Полосы по угловой координате
являются следствием интерференции от точечных источников излучения.
При самовоздействии в кольцевом пучке с фазовой сингулярностью
трансформация энергии из области центральной частоты в стоксову и
антистоксову области выше, чем у кольцевого пучка без фазовой
сингулярности и гауссова пучка.
Скачать