Cтраница 4
Дан обзор современного состояния волновой оптики сверхкоротких импульсов. Особый акцент сделан на новых задачах, связанных с распространением предельно коротких импульсов. Изложены основы фурье-оптикн коротких волновых пакетов, распространяющихся в линейных диспергирующих средах. Рассмотрены нелинейные взаимодействия и самовоздействия фемтосекундных лазерных импульсов, компрессия фемтосекундных импульсов и возможности управления нх формой. Значительное внимание уделено физике формирования и взаимодействия оптических солитонов. Обсуждены основные тенденции развития фемтосекундных лазерных систем. [46]
Основному материалу, связанному с нелинейными задачами, предпослана специальная глава, где дано довольно подробное изложение теории распространения волновых пакетов в линейной диспергирующей среде. Фемтосекундные лазерные импульсы внесли много нового и в этот, казалось бы давно уже завершенный, раздел волновой оптики. Проблемы основанной на достижениях пико - и фемтосекундной оптической технологии нестационарной лазерной спектроскопии в целом-далеко выходят за рамки этой книги. Поэтому мы ограничились лишь одним, но, как нам представляется, ярким примером - теснейшим образом связанной с волновой нелинейной оптикой активной спектроскопией комбинационного рассеяния. Переход к фемтосекундным импульсам позволяет получить здесь не только исчерпывающую информацию о релаксации энергии и фазы возбуждения, но и непосредственно наблюдать форму молекулярных колебаний. Книга завершается специальной главой, посвященной фемтосекундным лазерным системам. Акцент сделан на основных принципах и концепциях, лежащих в основе разработки систем, которые позволяют уже сейчас получать фемтосекундные импульсы в чрезвычайно широком диапазоне спектра, простирающегося от дальней инфракрасной области до вакуумного ультрафиолета. [47]
Уравнения (8.3.16) и (8.3.17) можно использовать в случае отрица тельной дисперсии, если просто изменить знак второй производной Как и в случае положительной дисперсии, показанном на рис. 8.8 передача энергии в стоксов импульс происходит вблизи: Lw Чтобы из импульса ВКР сформировать солитон, необходимо, чтобь zopt c Lw, где гор, оптимальная длина-световода для компрессора обсуждавшегося в разд. Это условие подразумевает, что Lw должно быть слишком малым по сравнению с дисперсионной длине ] LD. N 3, где z0 ( n / 2) LD - период солитона В разд. Lw и LD становятся сравнимыми дл: фемтосекундных импульсов длительностью Т0 100 фс. Для таки: сверхкоротких импульсов различие между импульсами накачки i ВКР смазывается, поскольку их спектры начинают заметно перекры ваться. Это видно, например, из того факта, что пик усиления н: рис. 8.1 соответствует отстройке частоты величиной 13 ТГц, в TI время как ширина спектра 100-фемтосекундного импульса составляв - 10 ТГц. Уравнения (8.3.16) и (8.3.17) не дают реалистическоп описания ВКР фемтосекундных импульсов, в частности для отрица тельной дисперсии, где исходный импульс может заметно укорачи ваться в начале распространения. [48]
Разумеется, для сколько-нибудь подробного обсуждения опыта, накопленного в этих областях, потребовалась бы отдельная книга. Поэтому в предлагаемой главе мы поставили более скромную задачу - проиллюстрировать тенденции и достижения современной фемтосекундной технологии на примере систем, в которых задающими генераторами являются твердотельные лазеры. Значительное внимание уделено основанным на таких лазерах квазинепрерывным пико-и фемтосекундным системам - создание высокоэффективных нелинейно-оптических преобразователей на кристаллах калий титанил фосфата делает их поистине универсальными. Материал этой главы в значительной мере основывается на разработках, технических решениях и подходах, развиваемых в Лаборатории нелинейной оптики Московского университета. Сказанное относится и к обсуждению направлений развития генераторов фемтосекундных импульсов в ультрафиолетовом и дальнем инфракрасном диапазонах. [49]
Уширенные импульсы вместе с импульсами накачки длительностью 50 пс на длине волны 1 06 мкм вводились в усилитель, состоявший из 1-метрового световода. Эксперимент показал, что частотная модуляция 23-пикосекундных исходных импульсов мало изменяется при усилении. Это указывает на возможность использования ВКР сверхкоротких импульсов в световодах не только для генерации фемтосекундных импульсов, но и для получения высоких пиковых мощностей. [50]
Уравнения (8.3.16) и (8.3.17) можно использовать в случае отрицательной дисперсии, если просто изменить знак второй производной. Как и в случае положительной дисперсии, показанном на рис. 8.8, передача энергии в стоксов импульс происходит вблизи: - Lw. Чтобы из импульса ВКР сформировать солитон, необходимо, чтобы zopt i Lw, где: opt - оптимальная длина-световода для компрессора, обсуждавшегося в разд. Это условие подразумевает, что Lw не должно быть слишком малым по сравнению с дисперсионной длиной LD. Lw и LD становятся сравнимыми для фемтосекундных импульсов длительностью Т0 100 фс. Для таких сверхкоротких импульсов различие между импульсами накачки и ВКР смазывается, поскольку их спектры начинают заметно перекрываться. Это видно, например, из того факта, что пик усиления на рис, 8 1 соответствует отстройке частоты величиной 13 ТГц, в то время как ширина спектра 100-фемтосекундного импульса составляет - 10 ТГц. Уравнения ( 8 3 16) и ( 8 3 17) не дают реалистического описания ВКР фемтосекундных импульсов, в частности для отрицательной дисперсии, где исходный импульс может заметно укорачиваться в начале распространения. [51]
Характерна Lw - 1 м в видимой области для Т0 - 5 пс. Для импульсов накачки длительностью Гп 1 не Lw превышает 200 м и обычно больше длины световодов, используемых для наблюдения ВКР. Для таких импульсов дисперсионные эффекты пренебрежимо малы, и в таком квазинепрерывиом режиме работает теория, развитая для непрерывного излучения накачки. Экспериментальные результаты по ВКР квазипостоянной накачки обсуждаются в следующем разделе, а в разд. Следует подчеркнуть, что уравнения (8.1.18) и (8.1.19) неприменимы для накачки фемтосекундными импульсами, ширина спектра которых превышает величину комбинационного сдвига. [52]
Основному материалу, связанному с нелинейными задачами, предпослана специальная глава, где дано довольно подробное изложение теории распространения волновых пакетов в линейной диспергирующей среде. Фемтосекундные лазерные импульсы внесли много нового и в этот, казалось бы давно уже завершенный, раздел волновой оптики. Проблемы основанной на достижениях пико - и фемтосекундной оптической технологии нестационарной лазерной спектроскопии в целом-далеко выходят за рамки этой книги. Поэтому мы ограничились лишь одним, но, как нам представляется, ярким примером - теснейшим образом связанной с волновой нелинейной оптикой активной спектроскопией комбинационного рассеяния. Переход к фемтосекундным импульсам позволяет получить здесь не только исчерпывающую информацию о релаксации энергии и фазы возбуждения, но и непосредственно наблюдать форму молекулярных колебаний. Книга завершается специальной главой, посвященной фемтосекундным лазерным системам. Акцент сделан на основных принципах и концепциях, лежащих в основе разработки систем, которые позволяют уже сейчас получать фемтосекундные импульсы в чрезвычайно широком диапазоне спектра, простирающегося от дальней инфракрасной области до вакуумного ультрафиолета. [53]
Уравнения (8.3.16) и (8.3.17) можно использовать в случае отрица тельной дисперсии, если просто изменить знак второй производной Как и в случае положительной дисперсии, показанном на рис. 8.8 передача энергии в стоксов импульс происходит вблизи: Lw Чтобы из импульса ВКР сформировать солитон, необходимо, чтобь zopt c Lw, где гор, оптимальная длина-световода для компрессора обсуждавшегося в разд. Это условие подразумевает, что Lw должно быть слишком малым по сравнению с дисперсионной длине ] LD. N 3, где z0 ( n / 2) LD - период солитона В разд. Lw и LD становятся сравнимыми дл: фемтосекундных импульсов длительностью Т0 100 фс. Для таки: сверхкоротких импульсов различие между импульсами накачки i ВКР смазывается, поскольку их спектры начинают заметно перекры ваться. Это видно, например, из того факта, что пик усиления н: рис. 8.1 соответствует отстройке частоты величиной 13 ТГц, в TI время как ширина спектра 100-фемтосекундного импульса составляв - 10 ТГц. Уравнения (8.3.16) и (8.3.17) не дают реалистическоп описания ВКР фемтосекундных импульсов, в частности для отрица тельной дисперсии, где исходный импульс может заметно укорачи ваться в начале распространения. [54]
Уравнения (8.3.16) и (8.3.17) можно использовать в случае отрицательной дисперсии, если просто изменить знак второй производной. Как и в случае положительной дисперсии, показанном на рис. 8.8, передача энергии в стоксов импульс происходит вблизи: - Lw. Чтобы из импульса ВКР сформировать солитон, необходимо, чтобы zopt i Lw, где: opt - оптимальная длина-световода для компрессора, обсуждавшегося в разд. Это условие подразумевает, что Lw не должно быть слишком малым по сравнению с дисперсионной длиной LD. Lw и LD становятся сравнимыми для фемтосекундных импульсов длительностью Т0 100 фс. Для таких сверхкоротких импульсов различие между импульсами накачки и ВКР смазывается, поскольку их спектры начинают заметно перекрываться. Это видно, например, из того факта, что пик усиления на рис, 8 1 соответствует отстройке частоты величиной 13 ТГц, в то время как ширина спектра 100-фемтосекундного импульса составляет - 10 ТГц. Уравнения ( 8 3 16) и ( 8 3 17) не дают реалистического описания ВКР фемтосекундных импульсов, в частности для отрицательной дисперсии, где исходный импульс может заметно укорачиваться в начале распространения. [55]