|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Квантовая и полуклассическая физика нелинейно-оптического отклика вещества в поле сверхкоротких лазерных импульсов среднего инфракрасного диапазонаНИР
- Руководитель НИР: Серебрянников Е.Е.
- Участники НИР: Воронин А.А., Ланин А.А., Мещанкин Д.В., Митрофанов А.В., Федотов А.Б., Федотов И.В.
- Подразделение: Международный учебно-научный лазерный центр
- Срок исполнения: 1 января 2015 г. - 31 декабря 2017 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 15-02-09370
- Номер ЦИТИС: 115012060032
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Фундаментальные проблемы лазерной физики и нелинейной оптики
- ПН России: Индустрия наносистем
-
Рубрики ГРНТИ:
- 29.33.25 Нелинейные оптические свойства сред
- 29.33.47 Воздействие лазерного излучения на вещество
-
Ключевые слова:
туннельная ионизация, сверхкороткие импульсы, средний ик диапазон, оптические гармоники, терагерцовое излучение
-
Описание:
Оптическая физика и лазерные технологии стремительно развиваются в направлении освоения инфракрасного (ИК) диапазона, открывая возможности создания новых источников мощных сверхкоротких импульсов в этом спектральном диапазоне. Первые эксперименты, выполненные с использованием таких систем продемонстрировали существование новых режимов взаимодействия излучения с веществом, которые не могут быть качественно описаны в рамках традиционно используемых феноменологических моделей нелинейно-оптического отклика, а требуют систематического изучения сверхбыстрых оптических процессов в этом спектральном диапазоне и создания новых физических моделей, учитывающих квантово-механические особенности нелинейно-оптического отклика. Направленная на решение этих задач программа экспериментальных и теоретических исследований, предлагаемая в рамках настоящего проекта, включает в себя изучение широкого класса физических явлений, таких как лазерная филаментация сверхкоротких импульсов в среднем ИК-диапазоне, а также генерация терагерцового излучения и оптических гармоник низкого и высокого порядка. Научный и технический задел, имеющийся у вносящей проект научной группы, подтверждён серией публикаций в ведущих научных журналах [E. E. Serebryannikov and A. M. Zheltikov, Phys. Rev. Lett. 113, 043901 (2014); A. V. Mitrofanov, A. J. Verhoef, E. E. Serebryannikov, J. Lumeau, L. Glebov, A. M. Zheltikov, and A. Baltuška, Phys. Rev. Lett. 106, 147401 (2011); A. J. Verhoef, A. V. Mitrofanov, E. E. Serebryannikov, D. V. Kartashov, A. M. Zheltikov, A. Baltuška, Phys. Rev. Lett. 104, 243902 (2010); F. Reiter, U. Graf, E. E. Serebryannikov, W. Schweinberger, M. Fiess, M. Schultze, A. M. Azzeer, R. Kienberger, F. Krausz, A. M. Zheltikov, and E. Goulielmakis, , Phys. Rev. Lett. 105, 163904 (2010)] и включает в себя созданные и функционирующие в лаборатории научной группы уникальные лазерные источники сверхкоротких импульсов среднего ИК-диапазона, а также разработанные группой квантовые и квазиклассические модели взаимодействия сверхкоротких импульсов с веществом.
-
Основные результаты:
Основной целью проекта является комплексное теоретическое и экспериментальное исследование взаимодействия вещества со сверхкороткими лазерными импульсами среднего ИК диапазона, позволяющее пролить свет на особенности квантово-механической природы нелинейно-оптического отклика в данном спектральном диапазоне. На пути достижения данной цели в рамках данного проекта планируется изучить широкий класс физических явлений таких как лазерная филаментация сверхкоротких импульсов в среднем ИК-диапазоне, генерация терагерцового излучения и оптических гармоник, а также разработать методики формирования импульсов среднего ИК-диапазона длительностью около одного цикла поля.
- Добавил в систему: Серебрянников Евгений Евгеньевич
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. | Квантовая и полуклассическая физика нелинейно-оптического отклика вещества в поле сверхкоротких лазерных импульсов среднего инфракрасного диапазона |
| Результаты этапа: Показана определяющая роль ионизационной динамики в пределах каждого полуцикла поля в процессе формирования сверхбыстрой оптической нелинейности газовой среды, а также продемонстрировано, что в высокоинтенсивном лазерном поле процесс фотоионизации не может быть описан просто как многофотонная ионизация или туннельная ионизация с основного связанного состояния, а в этом процессе активное участие играют возбуждённые связанные состояния. Численный анализ уравнения Шредингера для обобщенной квантовой системы типа атома водорода показал, что в высокоинтенсивном лазерном поле процесс фотоионизации не может быть описан просто как многофотонная ионизация или туннельная ионизация с основного связанного состояния. В этом режиме динамика электронного пакета внутри атомной потенциальной ямы приводит к фотоионизации за счёт туннелирования с высоких возбуждённых состояний. В случае высоких интенсивностей, такой сценарий туннелирования приводит к существенному увеличению эффективности вытекания электронного волнового пакета в континуум, открывая ионизационный канал, доминирующий над процессом туннелирования с основного состояния атома. На основании приближения сильного поля была разработана удобная модель, учитывающая вклад высоких связанных состояний в процесс туннелирования. Результаты данной работы будут опубликованы в статье, которая была принята в печать: E. E. Serebryannikov, A. M. Zheltikov, “Strong-field photoionization as excited-state tunneling”, Phys. Rev. Lett. (accepted). http://journals.aps.org/prl/accepted/8b07eYffQ2712e5bb0fe45929b5e0fe867fc60ce5 | ||
| 2 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Квантовая и полуклассическая физика нелинейно-оптического отклика вещества в поле сверхкоротких лазерных импульсов среднего инфракрасного диапазона |
| Результаты этапа: | ||
| 3 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Квантовая и полуклассическая физика нелинейно-оптического отклика вещества в поле сверхкоротких лазерных импульсов среднего инфракрасного диапазона |
| Результаты этапа: 1. Анализ уравнения Шредингера для обобщенной квантовой системы типа атома водорода показал, что в высокоинтенсивном лазерном поле процесс фотоионизации не может быть описан просто как многофотонная ионизация или туннельная ионизация с основного связанного состояния. В этом режиме динамика электронного пакета внутри атомной потенциальной ямы приводит к фотоионизации за счёт туннелирования с высоких возбуждённых состояний. В случае высоких интенсивностей, такой сценарий туннелирования приводит к существенному увеличению эффективности вытекания электронного волнового пакета в континуум, открывая ионизационный канал, доминирующий над процессом туннелирования с основного состояния атома. 2. Было показано, что в процессе лазерной фотоионизации электронное фазовое время имеет интуитивно понятную физическую интерпретацию, очевидным образом связанную с параметрами потенциального барьера, модулируемого лазерным полем. Мы продемонстрировали, что фазовое время, возникающее за счёт процесса туннелирования, может быть отделено от полного фазового времени с помощью сравнения динамики квантового волнового пакета, подчиняющегося нестационарному квантово-механическому уравнению Шредингера, с классической электронной динамикой, описывающейся механикой Ньютона. Будет показано, что туннельная добавка к фазовому времени влияет на смещение частоты отсечки спектра гармоник высокого порядка. 3. Были исследованы физические сценарии, в которых возможен синтез высокоинтенсивных аттосекундных волновых импульсов предельно короткой длительности путем многолучевого когерентного сложения сигналов гармоник высокого порядка, генерируемых двухцветным лазерным импульсом, длительность которого составляет несколько циклов поля. Показано, что тщательная оптимизация для каждого из пучков соотношения амплитуд, фазовой расстройки, а также групповой задержки двухцветного лазерного поля накачки, позволяет ограничить время рекомбинации наиболее высокоэнергетичных электронов в пределах короткой части цикла поля. Согласованное по фазе многопучковое сложение импульсов гармоник высоких порядков может быть использовано для генерации поля субгигаватной мощности, имеющего длительность менее 10 аттосекунд при соответствующей оптимизации давления газа и геометрии пучка. | ||
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".