Получение предельно-коротких оптических импульсов в лазерах за счет явления самоиндуцированной прозрачности и их применение для сверхбыстрого когерентного управления параметрами резонансных сред

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-72-00012

НазваниеПолучение предельно-коротких оптических импульсов в лазерах за счет явления самоиндуцированной прозрачности и их применение для сверхбыстрого когерентного управления параметрами резонансных сред

Руководитель Архипов Ростислав Михайлович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" , г Санкт-Петербург

Конкурс №40 - Конкурс 2019 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-302 - Когерентная и нелинейная оптика

Ключевые слова нелинейная оптика, предельно-короткие импульсы, субцикловые импульсы, когерентное взаимодействие излучения с веществом, самоиндуцированная прозрачность, синхронизация мод

Код ГРНТИ29.31.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
На сегодняшний день достигнут огромный прогресс в генерации предельно-коротких (ПКИ) импульсов c длительностью порядка и менее периода колебаний поля. Такие импульсы активно используются для изучения и управления динамикой сверхбыстрых процессов в веществе, контроля химических реакций и.т.д. Имеющиеся на сегодняшний день методы генерации ПКИ аттосекундной длительности базируются на использовании метода генерации высоких гармоник оптического излучения, возникающих при взаимодействии мощного фемтосекундного лазерного импульса со средой. Однако, данный метод обладают сравнительно низкой энергетической эффективностью (10^{-6} – 10^{-2}) и требуют дорогих и крупногабаритных установок. Для получения фемто- и пикосекундных импульсов используется метод пассивной синхронизации мод в лазерах. Существующие возможности получения коротких и стабильных по форме и частоте следования коротких импульсов в компактных полупроводниковых лазерах c пассивной синхронизацией мод ограничены тем, что оперируют в условиях, когда взаимодействие света с веществом некогерентное. И длительность импульса лазерного излучения не может быть короче времени релаксации поляризации активной среды T_2. Очевидно, что поиск новых, высокоэффективных методов генерации ПКИ, безусловно, является актуальной на сегодняшний день задачей. В данном проекте предлагается провести теоретическое и экспериментальное изучение новых подходов к генерации предельно-коротких импульсов за счет явления самоиндуцированной прозрачности (СИП) в двух- и односекционных лазерах (т.н. когерентная синхронизация мод, КСМ). Другой задачей проекта является применение ПКИ для сверхбыстрого управления параметрами резонансных сред (создание и сверхбыстрое управление решетками разности населенностей в резонансной среде с помощью последовательности ПКИ, когерентно распространяющихся в среде). С помощью последовательности ПКИ при когерентном взаимодействии за счет осцилляций Раби можно быстро изменять атомную инверсию и поляризацию на временах порядка периода колебаний световой волны. Данное обстоятельство может быть использовано для создания сверхбыстрых оптических дефлекторов и переключателей, что актуально в связи с необходимостью повышения быстродействия устройств передачи и обработки данных. Предлагаемые решения обладают следующей научной новизной. - На сегодняшний день в лазерах с пассивной синхронизацией мод, как длительность импульса, так и период следования импульсов, ограничен временем релаксации поляризации активной среды T_2. Это связано с тем, что механизм формирования режима синхронизации мод базируется на эффектах насыщения усиления и поглощения света в усилителе и поглотителе, которые имеют некогерентный характер. И преодолеть это ограничение считалось невозможным. Однако, использование КСМ позволяет получить импульсы короче времени T_2. Получаемые импульсы в принципе могут быть одноцикловыми. Все предыдущие теоретические исследования режима КСМ проводились в случае, когда импульсы генерации имели большую длительность (пс и нс) и велись в приближении вращающейся волны и медленно-меняющихся амплитуд, в случае, когда усиливающая и поглощающая среды размещались в кольцевом резонаторе в режиме однонаправленной генерации. В этом подходе не учитывалось влияние решеток инверсии на динамику системы. В проекте впервые будет изучена возможность получения предельно-коротких импульсов (ПКИ) за счет КСМ в лазерах с коротким линейным резонатором без использования указанных выше приближений медленно-меняющихся амплитуд и вращающейся волны. Это позволит теоретически исследовать компактный источник ПКИ со сверхвысокой частотой повторения (десятки ТГц). Отметим, что такая возможность до сих пор даже не рассматривалась. - Явление самоиндуцированной прозрачности (СИП), открытое Мак-Колом и Ханом в 1969 году, хорошо изучено теоретически и экспериментально на сегодняшний день в различных средах. Однако, оно так и не нашло практического применения для генерации коротких импульсов в лазерах. Также на сегодняшний день нет ни одной экспериментальной демонстрации режима синхронизации мод в лазерах за счет явления СИП. В данном проекте впервые будут проведены эксперименты по получению синхронизации мод за счет явления СИП в титан-сапфировом лазере с когерентно-поглощающей ячейкой с парами рубидия. - На сегодняшний день главным подходом к созданию светоиндуцированных оптических решеток в среде является интерференция двух перекрывающихся квазимонохроматических пучков света. В этом случае не удается получить решетку с периодом, меньшим длины волны пучков накачки, и управлять периодом таких решеток можно лишь очень медленно (порядка долей секунд). В данном проекте будет развита теория создания таких решеток с периодом, много меньше длины волны, в многоуровневой резонансной среде посредством когерентно взаимодействующих со средой ПКИ. Также будет показано, что последовательность таких импульсов позволяет управлять периодом решетки на временах порядка длительности импульсов (порядка фемтосекунд). Это позволит создать сверхбыстрый дефлектор лазерного излучения на основе описанного механизма.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ