Взаимодействие сверхмощных фемто- и пикосекундных импульсов когерентного терагерцового излучения с веществом

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 17-19-01261

НазваниеВзаимодействие сверхмощных фемто- и пикосекундных импульсов когерентного терагерцового излучения с веществом

Руководитель Агранат Михаил Борисович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук , г Москва

Конкурс №18 - Конкурс 2017 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-202 - Теплофизические свойства веществ и материалов, в том числе в экстремальных состояниях

Ключевые слова Мощный импульс, терагерц, силовое воздействие, фазовые превращения, микроразрушения, нелинейные эффекты, центросимметричная среда, «терагерцевая накачка-оптическое зондирование», «pump-probe» схема измерений

Код ГРНТИ29.35.33, 29.19.19, 29.19.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Научная проблема, на решение которой направлен проект – это физика явлений и процессов, происходящих в результате воздействия на вещество сверхкороткими импульсами терагерцевого спектра излучения с рекордной на сегодня интенсивностью (до 10^13 Вт/см2) и напряжённостью поля до 100 МВ/см. Фундаментальные исследования процессов и явлений, происходящих при взаимодействии терагерцевого излучения с веществом, разработка новых технологий зондирования и визуализации в ТГц спектральной полосе – это направления, которые бурно развиваются в настоящее время. Появление источников терагерцевого излучения с напряженностью электрического поля МВ/см, ранее тяжело достижимые в области 0.1-10 ТГц, открыли направление резонансного и нерезонансного возбуждения сверхбыстрых процессов. Более высокие напряженности электрического поля терагерцевого излучения, превышающие МВ/см, могут стать мощным инструментом для открытия новых направлений, таких как силовое воздействие на вещество, сверхбыстрые фазовые переходы в различных материалах, прецизионного управления сверхбыстрыми электромагнитными процессами, дистанционной диагностики скрытых объектов. Высокие поля терагерцевого излучения могут найти применение в сверхбыстрой магнитной коммутации, генерации гармоник высших порядков, ускорении заряженных пучка и в сверхбыстрых фазовых переходах. В терагерцевом диапазоне спектра (0.1-10 ТГц) существует небольшое количество способов генерации субпикосекундных терагерцевых импульсов, позволяющих достичь высоких энергий и, следовательно, высоких значений напряженности электрического поля. Одним из таких методов является оптическое выпрямление фемтосекундных лазерных импульсов в нелинейных кристаллах. Используя такой метод, в ОИВТ РАН совместно с сотрудниками института Пауля Шеррера (Paul Scherrer Institute (PSI)) впервые были получены сверхкороткие импульсы терагерцевого излучения с рекордной на сегодня напряженностью электрического поля 42 МВ/см. В настоящее время в ОИВТ РАН создан и функционирует источник терагерцевого излучения, позволяющий получать напряженности электрического поля до 100 МВ/см и интенсивностью до 10^13 Вт/см2, что позволит получить новые экспериментальные данные о процессах, происходящих при взаимодействии таких импульсов с различными материалами. Основой источника терагерцевого излучения является уникальная (не имеющая аналогов в мире) фемтосекундная хром-форстеритовая лазерная система, разработанная в ОИВТ РАН. В рамках данного проекта предполагается решить следующие научные задачи. 1. Получение экспериментальных данных для построения теоретической модели механизма «силового» (приводящего к разрушению) воздействия мощных терагерцевых импульсов на металлы, полупроводники и диэлектрики. Экспериментальные исследования фазовых переходов, разрушения кристаллической структуры, модификации поверхностного слоя в различных материалах. 2. Получение экспериментальных данных об изменении отклика вещества в оптическом спектральном диапазоне под действием поля предельно сильного терагерцевого импульса для различных материалов. Таким образом, впервые с помощью мощных, когерентных, сверхкоротких, терагерцевых импульсов предполагается исследовать «силовое» воздействие на вещество, создающее в металлах, полупроводниках и диэлектриках фазовые превращения, абляцию и микроразрушения. Предполагается исследовать влияние мощных терагерцевых импульсов на генерацию с помощью фемтосекундного лазера нелинейных эффектов в центросимметричной среде, получить данные для разработки модели воздействия мощного терагерцевого излучения на вещество. Результаты исследований помогут решить большой ряд прикладных задач.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Чефонов О.В., Овчинников А.В., Агранат М.Б., Фортов В.Е., Ефименко Е.С., Степанов А.Н., Савельев А.Б. Nonlinear Transmittance of Intense Few Cycle Terahertz Pulse Through Opaque n-doped Si Physical Review B, 98, 165206 (год публикации - 2018)
10.1103/PhysRevB.98.165206

2. Чефонов О.В., Овчинников А.В., Евлашин С.А., Агранат М.Б. Damage Threshold of Ni Thin Film by Terahertz Pulses Journal of Infrared Millimeter, and Terahertz Waves, Volume 39, Issue 11, pp 1047–1054 (год публикации - 2018)
10.1007/s10762-018-0537-8

3. Агранат М.Б.,Чефонов О.В., Овчинников А.В.,Ашитков С.И. и Фортов В.Е., Кондратенко П.С. Damage in a Thin Metal Film by High-Power Terahertz Radiation Physical Review Letters (год публикации - 2018)
10.1103/PhysRevLett.120.085704

4. Чёй Х., Ропаньол Х., Овчинников А., Чефонов О., Ушаков А., Гарсия-Розас С.М., Изгандаров Е., Агранат М., Озаки Т., и Савельев А. Observation of crossover from intraband to interband nonlinear terahertz optics Optics Letters, Vol. 43, No. 21 (год публикации - 2018)
10.1364/OL.43.005463

5. Овчинников А.В., Чефонов О.В., Мишина Е.Д., Агранат М.Б. Second harmonic generation in the bulk of silicon induced by an electric field of a high power terahertz pulse Scientific Reports, том 9, номер статьи 9753 (год публикации - 2019)
10.1038/s41598-019-46284-8

6. Чефонов О.В., Овчинников А.В., Ситников Д.С., Агранат М.Б. Focal spot imaging of terahertz subpicosecond pulse by THz-field-induced optical second harmonic generation High Temperature, том 57, номер 1, стр. 137–139 (год публикации - 2019)
10.1134/S0018151X19010036

7. Ромашевский С.А., Овчинников А.В., Чефонов О.В., Агранат М.Б. Subpicosecond Terahertz Radiation with an Electric Field Above 1 MV/cm: Interaction with Condensed Matter and Its Applications High Temperature, 6, 55, 859–865, © Pleiades Publishing, Ltd., 2017. (год публикации - 2017)
10.1134/S0018151X17060207

8. Чефонов О.В., Овчинников А.В., Ромашевский С.А., Чай Х., Озаки Т., Савельев А.Б., Агранат М.Б., Фортов В.Е. Giant self-induced transparency of intense few-cycle terahertz pulses in n-doped silicon Optics Letters, 23, 42, 4889-4892, © 2017 Optical Society of America (год публикации - 2017)
10.1364/OL.42.004889

Публикации