|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Жёсткая фокусировка фемтосекундного излучения высокой пиковой мощности в воздухе с помощью отражающих оптических элементов произвольной формыНИР
Tight focusing of high-peak-power femtosecond radiation into air using arbitrary reflecting surfaces
- Руководитель НИР: Шипило Д.Е.
- Участники НИР: Николаева И.А., Панкратов В.В., Ургапов Д.А.
- Подразделение: Физический факультет
- Срок исполнения: 1 января 2018 г. - 31 декабря 2019 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 18-32-01000
- Номер ЦИТИС: АААА-А18-118112390067-1
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Информационно-телекоммуникационные системы
- ПН России: Информационно-телекоммуникационные системы
- Направление технологического прорыва России: Стратегические информационные технологии
- Критическая технология России: Базовые и критические военные и промышленные технологии для создания перспективных видов вооружения, военной и специальной техники
-
Рубрики ГРНТИ:
- 29.33.25 Нелинейные оптические свойства сред
- 29.33.29 Преобразование частот методами нелинейной оптики
- 29.31.15 Излучение и волновая оптика
-
Ключевые слова:
уравнения распространения, терагерцовое излучение, векторные дифракционные интегралы, жесткая фокусировка, световые поля экстремальной интенсивности
vector diffraction integrals, tight focusing, extreme light fields, propagation equations, terahertz radiation -
Описание:
Проект ориентирован на решение фундаментальной проблемы теоретического описания жесткой фокусировки фемтосекундного лазерного излучения отражающими оптическими элементами произвольной формы в целях достижения высокой интенсивности и на применение полученных результатов для генерации терагерцового излучения из плазмы оптического пробоя воздуха. Будут получены выражения для векторных дифракционных интегралов, описывающих для произвольной отражающей поверхности как поперечную, так и продольную компоненты поля. С использованием полученных выражений будет развит метод модификации начальных условий для корректного расчёта жёсткой фокусировки с помощью уравнений распространения. Будет получено амплитудно-фазовое преобразование распределения электромагнитного поля в плоскости, соответствующей начальным условиям в уравнениях распространения. Для апробации теоретического описания жесткой фокусировки будет проведен расчет генерации терагерцового излучения фемтосекундной лазерной плазмой, созданной в фокусе параболического зеркала и помещенной в постоянное электрическое поле.
-
Abstract:
The project is aimed at the solution of the fundamental problem associated with theoretical description of femtosecond laser radiation focused tightly by reflecting optical elements and producing high-intensity focal spot. Our theoretical calculations will be applied to the generation of teraherz radiation from the air breakdown plasma. We will obtain the expressions for the vector diffraction integrals describing both transverse and longitudinal electric field components for the arbitrarily shaped reflecting surface. Based on the obtained expressions we will develop the method of initial conditions modifications to correctly simulate tight focusing using propagation equations. We will derive the amplitude-phase transformation of electromagnetic field in the plane corresponding to the initial conditions in the propagation equations. Our theoretical description of tight focusing will be tested by simulations of terahertz radiation from femtosecond laser plasma produced in the focus of off-axis optical element and placed into the DC electric field.
-
Планируемые результаты:
1. Общий вид векторных дифракционных интегралов для фокусировки произвольной отражающей поверхностью, программы и алгоритмы на их основе. Выражения для оптимального шага интегрирования. 2. Метод модификации начальных условий для корректного расчёта жёсткой фокусировки с помощью уравнений распространения, основанный на амплитудно-фазовом преобразовании распределения электромагнитного поля в плоскости, соответствующей начальным условиям в уравнениях распространения. 3. Модель генерации терагерцового излучения фемтосекундной лазерной плазмой в постоянном поле и рассчитанные на её основе спектральные и пространственные характеристики терагерцового излучения в жестком фокусе внеосевого оптического элемента.
-
Научный задел:
1. Предсказано нелинейно усиленное линейное поглощение при филаментации излучения среднего инфракрасного диапазона в атмосфере [Phys. Rev. A 94, 041801 (2016)]. 2. Продемонстрировано сложение филаментов в фокусе линзы при регуляризации фемтосекундного излучения амплитудной маской [Las. Phys. Lett. 13, 116005 (2016)]. 3. Установлены ограничения на описание жёсткой фокусировки уравнениями распространения, связанных с конечной толщиной фокусирующих элементов [Opt. Express 23, 31240 (2015)]. 4. Количественно охарактеризованы вклады нейтральных атомов и свободных электронов в генерацию терагерцового излучения в двуцветном филаменте [Phys. Rev. Lett. 116, 063902 (2016)].
- Добавил в систему: Шипило Даниил Евгеньевич
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Жёсткая фокусировка фемтосекундного излучения высокой пиковой мощности в воздухе с помощью отражающих оптических элементов произвольной формы |
| Результаты этапа: 1. Выведены общие выражения для расчета распределения поля при отражении от произвольной поверхности. Получены распределения интенсивности излучения для различных фокусирующих поверхностей z ~ r^2 (параболическое зеркало), z ~ r^1.1, z ~ r (коническое зеркало). 2. Разработан программный пакет для расчета все компоненты электрического поля в фокусе внеосевого параболического зеркала. 3. Получены аналитические оценки сверху градиента фазы подынтегрального выражения в векторном дифракционном интеграле, что позволяет подбором расчетной сетки «вывести» артефактный максимум, возникающий из-за отражения частот, за границы области расчета. 4. Разработан метод построения начальных условий для непараксиальных уравнений распространения, который может быть выполнен за линейное по числу точек расчетной сетки время. Из соображений геометрической оптики с учетом распространения под большими углами к оптической оси получены выражения для коррекции фазы и амплитуды падающего поля. 5. Проведено моделирование векторных уравнений распространения с полученными начальными условиями при фокусировке различными поверхностями с числовой апертурой 0.6 (отношение диаметра пучка к фокусному расстоянию 1.3). Различие всех компонент поля с квадратурным решением уравнений Максвелла в виде интегралов типа Кирхгофа составило не более 1%. | ||
| 2 | 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Жёсткая фокусировка фемтосекундного излучения высокой пиковой мощности в воздухе с помощью отражающих оптических элементов произвольной формы |
| Результаты этапа: | ||
| 3 | 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. | Жёсткая фокусировка фемтосекундного излучения высокой пиковой мощности в воздухе с помощью отражающих оптических элементов произвольной формы |
| 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".