О зависимости эмиттанса от длины сгустка электронов при лазерно-плазменном ускорении в направляющих структурах

М. Е. Вейсман, Н. Е. Андреев

  • Объединенный институт высоких температур РАН, г. Москва
  • Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), Московская облаcть, г. Долгопрудный
Аннотация: Проведены теоретический анализ и численное моделирование динамики поперечного эмиттанса сгустка электронов при его ускорении в кильватерных полях, генерируемых лазерным импульсом в слабонелинейном режиме. Получены аналитические выражения для основных факторов, влияющих на рост эмиттанса в процессе ускорения и рассмотрен случай, когда характерный поперечный размер инжектированного сгустка превышает согласованный радиус, определяемый величиной фокусирующей силы в точке инжекции, исходным эмиттансом и энергией электронного сгустка, а конечное значение эмиттанса много больше начального. Описана динамика роста эмиттанса в процессе ускорения в зависимости от длины сгустка электронов и найдена длина сгустка, при которой происходит полное фазовое перемешивание бетатронных колебаний электронов и увеличение эмиттанса до его максимального значения, определяемого параметрами сгустка и фокусирующей силой в точке инжекции. Аналитические выражения находятся в хорошем согласии с результатами численного моделирования.
Ключевые слова: лазерно-плазменное ускорение электронов, кильватерные поля, эмиттанс пучка электронов, бетатронные колебания
Поступила в редакцию: 26.02.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2020, 50:4, 392–400
Образец цитирования: М. Е. Вейсман, Н. Е. Андреев, “О зависимости эмиттанса от длины сгустка электронов при лазерно-плазменном ускорении в направляющих структурах”, Квантовая электроника, 50:4 (2020), 392–400 [Quantum Electron., 50:4 (2020), 392–400]

Численное моделирование для широкого диапазона параметров дисперсионных и нелинейных характеристик кварцевых микроструктурированных волокон с тонкой «подвешенной» сердцевиной

Е. А. Анашкина, А. В. Андрианов, Г. Лойхс

  • Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики РАН, г. Нижний Новгород
Аннотация: Теоретически исследованы дисперсионные и нелинейные характеристики кварцевых микроструктурированных световодов с тонкой “подвешенной” сердцевиной (SCF), окруженной тремя, четырьмя или шестью воздушными каналами, в диапазоне длин волн 1–2 мкм. Показано, что за счет сильной локализации фундаментальной моды вблизи сердцевины значения нелинейных керровских коэффициентов могут на два порядка превышать значение нелинейного коэффициента стандартного телекоммуникационного волокна SMF28e. Благодаря сильному волноводному вкладу может осуществляться эффективное управление дисперсией групповых скоростей. Приведены оценки, показывающие возможность использования SCF для формирования за счет керровской нелинейности неклассического света – состояния со сжатыми квантовыми флуктуациями одной из квадратурных компонент непрерывного лазерного сигнала на длине волны около 1.55 мкм.
Ключевые слова: микроструктурированное волокно, керровская нелинейность, дисперсия групповых скоростей
Поступила в редакцию: 04.02.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2020, 50:4, 386–391
Образец цитирования: Е. А. Анашкина, А. В. Андрианов, Г. Лойхс, “Численное моделирование для широкого диапазона параметров дисперсионных и нелинейных характеристик кварцевых микроструктурированных волокон с тонкой “подвешенной” сердцевиной”, Квантовая электроника, 50:4 (2020), 386–391 [Quantum Electron., 50:4 (2020), 386–391]

Интерференционные эффекты в процессе усиления высоких гармоник в активной среде плазменного рентгеновского лазера, модулированной оптическим полем

И. Р. Хайрулин, В. А. Антонов, О. А. Кочаровская

  • Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, физический факультет
  • Институт спектроскопии РАН, Москва, г. Троицк
Аннотация: Экспериментально, численно и аналитически исследованы особенности антистоксовой полосы спектра суперконтинуума световых пуль при филаментации в плавленом кварце и фториде кальция фемтосекундного излучения на длине волны 1900 нм, сфокусированного аксиконом. Обнаружено, что при образовании в филаменте двух и более световых пуль возникает модуляция интенсивности спектральных компонент. Период осцилляций спектральных компонент, определяемый как интервал длин волн между соседними минимумами интенсивности, сокращается с уменьшением их длины волны. В логарифмическом масштабе относительное изменение периода осцилляций в спектре пропорционально длине волны спектральной компоненты и не зависит от энергии импульса и от положения области образования световой пули в филаменте. Установлено, что модуляция в спектре является результатом интерференции широкополосного суперконтинуума, излучаемого световыми пулями, и ее период уменьшается с увеличением интервала между ними.
Ключевые слова: фемтосекундная филаментация, световая пуля, аксикон, бессель-гауссов пучок, суперконтинуум, интерференционная модель
Поступила в редакцию: 18.02.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2020, 50:4, 366–374
Образец цитирования: Е. Д. Залозная, В. О. Компанец, С. В. Чекалин, А. Е. Дормидонов, В. П. Кандидов, “Интерференционные эффекты в формировании спектра световой пули при аксиконной фокусировке”, Квантовая электроника, 50:4 (2020), 366–374 [Quantum Electron., 50:4 (2020), 366–374]

Интерференционные эффекты в формировании спектра световой пули при аксиконной фокусировке

Е. Д. Залозная, В. О. Компанец, С. В. Чекалин, А. Е. Дормидонов, В. П. Кандидов

  • Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, физический факультет
  • Институт спектроскопии РАН, Москва, г. Троицк
Аннотация: Экспериментально, численно и аналитически исследованы особенности антистоксовой полосы спектра суперконтинуума световых пуль при филаментации в плавленом кварце и фториде кальция фемтосекундного излучения на длине волны 1900 нм, сфокусированного аксиконом. Обнаружено, что при образовании в филаменте двух и более световых пуль возникает модуляция интенсивности спектральных компонент. Период осцилляций спектральных компонент, определяемый как интервал длин волн между соседними минимумами интенсивности, сокращается с уменьшением их длины волны. В логарифмическом масштабе относительное изменение периода осцилляций в спектре пропорционально длине волны спектральной компоненты и не зависит от энергии импульса и от положения области образования световой пули в филаменте. Установлено, что модуляция в спектре является результатом интерференции широкополосного суперконтинуума, излучаемого световыми пулями, и ее период уменьшается с увеличением интервала между ними.
Ключевые слова: фемтосекундная филаментация, световая пуля, аксикон, бессель-гауссов пучок, суперконтинуум, интерференционная модель
Поступила в редакцию: 18.02.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2020, 50:4, 366–374
Образец цитирования: Е. Д. Залозная, В. О. Компанец, С. В. Чекалин, А. Е. Дормидонов, В. П. Кандидов, “Интерференционные эффекты в формировании спектра световой пули при аксиконной фокусировке”, Квантовая электроника, 50:4 (2020), 366–374 [Quantum Electron., 50:4 (2020), 366–374]

О самокомпрессии лазерных импульсов в дискретной среде

А. O. Софонов, В. А. Миронов

  • Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики РАН, г. Нижний Новгород
Аннотация: С использованием дискретного нелинейного уравнения Шрёдингера исследованы особенности динамики самовоздействия лазерного излучения в наноструктурированной волноведущей системе. Показано, что при энергии лазерного импульса, превышающей критическое значение, нелинейная эволюция волнового поля существенным образом отличается от соответствующего процесса в сплошной среде. По мере распространения импульса в дискретной среде длина его уменьшается до значений, сравнимых с масштабом структуры, а скорость снижается до нуля. Определены параметры системы, при которых волновое поле после остановки лазерного импульса начинает распространяться в обратном направлении в скомпрессированном виде. Процесс замедления и остановки импульса сопровождается сильными радиационными потерями, так что в конечном скомпрессированном состоянии остается примерно треть энергии начального распределения поля.
Ключевые слова: самокомпрессия, наноструктурированная волноведущая среда, лазерные импульсы
Поступила в редакцию: 17.02.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2020, 50:4, 361–365
Образец цитирования: А. O. Софонов, В. А. Миронов, “О самокомпрессии лазерных импульсов в дискретной среде”, Квантовая электроника, 50:4 (2020), 361–365 [Quantum Electron., 50:4 (2020), 361–365]

 

Точность оценки длительности сверхкоротких лазерных импульсов с использованием одноимпульсного автокоррелятора интенсивности второго порядка

И. В. Кузьмин, С. Ю. Миронов, Е. А. Хазанов

  • Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики РАН, г. Нижний Новгород
Аннотация: Проанализирована точность оценки длительности однопериодных лазерных импульсов с центральными длинами волн 910 и 780 нм с помощью одноимпульсного автокоррелятора интенсивности второго порядка. Показано, что для оценки длительности однопериодных импульсов с погрешностью менее 5% необходимо использовать для генерации второй гармоники кристаллы KDP толщиной не более 10 мкм. В то же время для оценки длительности спектрально ограниченного импульса в десять периодов оптических колебаний толщина кристалла может составлять до 1 мм. В этом случае при оптимальном угле схождения пучков первой гармоники погрешность оценки длительности меньше 2%.
Ключевые слова: автокоррелятор, трехволновое взаимодействие, сверхкороткие лазерные импульсы
Поступила в редакцию: 04.03.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2020, 50:4, 354–360
Образец цитирования: И. В. Кузьмин, С. Ю. Миронов, Е. А. Хазанов, “Точность оценки длительности сверхкоротких лазерных импульсов с использованием одноимпульсного автокоррелятора интенсивности второго порядка”, Квантовая электроника, 50:4 (2020), 354–360 [Quantum Electron., 50:4 (2020), 354–360]

 

Формула скорости ионизации атома или иона в сильном электромагнитном поле для численного моделирования

А. А. Голованов, И. Ю. Костюков

  • Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики РАН, г. Нижний Новгород
Аннотация: Предложена формула для расчета скорости полевой ионизации атома или иона, учитывающая как туннельный режим, так и режим “подавления барьера”. По сравнению с предыдущей формулой, предложенной в 2018 г., она более точно описывает переходную область между обоими режимами и определяется преимущественно двумя параметрами: ионизационным потенциалом атома или иона и амплитудой внешнего электрического поля. Это делает предложенную формулу пригодной для использования в численных пакетах, моделирующих взаимодействие мощного лазерного излучения с веществом методом частиц в ячейках (particle-in-cell, PIC).
Ключевые слова: полевая ионизация, атомы, ионы, туннельный режим, режим подавления барьера, метод частиц в ячейках
Поступила в редакцию: 26.02.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2020, 50:4, 350–353
Образец цитирования: А. А. Голованов, И. Ю. Костюков, “Формула скорости ионизации атома или иона в сильном электромагнитном поле для численного моделирования”, Квантовая электроника, 50:4 (2020), 350–353 [Quantum Electron., 50:4 (2020), 350–353]

Генерация малопериодных импульсов в средах с чередующимся знаком эффективной кубической нелинейности

С. А. Фролов, В. И. Трунов, С. Н. Багаев

  • Институт лазерной физики СО РАН, г. Новосибирск
    b Новосибирский государственный университет
Аннотация: Разработана оригинальная методика спектрального уширения фемтосекундных импульсов с компенсацией нелинейной пространственной фазы при прохождении ими нелинейных сред с эффективной кубической нелинейностью разных знаков. Показано, что в области 1.5 мкм предлагаемая схема с применением кристаллов BBO на первом этапе и NaCl на втором позволяет формировать, используя чирпированные зеркала, малопериодные импульсы длительностью около 7 фс с малым В-интегралом. Продемонстрирована возможность фокусировки с большим параметром Штреля импульсов, сжатых в предложенной схеме.
Ключевые слова: малопериодные импульсы, нелинейное сжатие, кубическая нелинейность, отрицательная каскадная квадратичная нелинейность, многоэлементное спектральное уширение, параметр Штреля
Поступила в редакцию: 04.03.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2020, 50:4, 343–349
Образец цитирования: С. А. Фролов, В. И. Трунов, С. Н. Багаев, “Генерация малопериодных импульсов в средах с чередующимся знаком эффективной кубической нелинейности”, Квантовая электроника, 50:4 (2020), 343–349 [Quantum Electron., 50:4 (2020), 343–349]

Генерация гамма-излучения субтераваттным сверхкоротким лазерным импульсом: оптимизация преплазмы и длительности импульса

С. А. Шуляпов, И. Н. Цымбалов, К. А. Иванов, Г. А. Господинов, Р. В. Волков, В. Ю. Быченков, А. Б. Савельев

  • Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, физический факультет
  • Международный учебно-научный лазерный центр МГУ им. М. В. Ломоносова
  • Институт ядерных исследований РАН, г. Москва
  • Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН, г. Москва
Аннотация: Экспериментально и численно исследовано ускорение электронов в плазме при взаимодействии с субтераваттным лазерным импульсом (интенсивность излучения ~3 × 1018 Вт/см2 при длительности импульса 50 фс). Преплазменный слой на поверхности молибденовой мишени создавался дополнительным лазерным импульсом длительностью 8 нс и интенсивностью ~2 × 1012 Вт/см2. Показано, что увеличение длительности лазерного импульса до 1700 фс при неизменной энергии (и пропорциональном уменьшении интенсивности) приводит к повышению выхода тормозного γ-излучения более чем на порядок при опережении наносекундным импульсом фемтосекундного на 15–25 нс. На основе данных интерферометрии, диагностики оптического и γ-излучения плазмы продемонстрирована существенная роль столкновительной ионизации атомов электронами, осциллирующими в поле такого лазерного импульса, в формировании профиля электронной концентрации. Определена чувствительность описываемого эффекта к уровню усиленной спонтанной люминесценции, несмотря на воздействие наносекундного импульса. Численное моделирование показало, что при большой длительности импульса к ускорению электронов приводит опрокидывание плазменных волн, возбуждаемых в ходе вынужденного комбинационного рассеяния лазерного излучения.
Ключевые слова: субрелятивистская интенсивность, преплазма, контраст, усиленная спонтанная люминесценция, лазерная плазма, ускорение электронов, столкновительная ионизация
Поступила в редакцию: 06.02.2020
Исправленный вариант: 04.03.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2020, 50:4, 335–342
Образец цитирования: С. А. Шуляпов, И. Н. Цымбалов, К. А. Иванов, Г. А. Господинов, Р. В. Волков, В. Ю. Быченков, А. Б. Савельев, “Генерация гамма-излучения субтераваттным сверхкоротким лазерным импульсом: оптимизация преплазмы и длительности импульса”, Квантовая электроника, 50:4 (2020), 335–342 [Quantum Electron., 50:4 (2020), 335–342]

Двухкаскадное нелинейное укорочение мощных фемтосекундных лазерных импульсов

В. Н. Гинзбург, И. В. Яковлев, А. С. Зуев, А. П. Коробейникова, А. А. Кочетков, А. А. Кузьмин, С. Ю. Миронов, А. А. Шайкин, И. А. Шайкин, Е. А. Хазанов

  • Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики РАН, г. Нижний Новгород
Аннотация: Экспериментально реализовано двухкаскадное сжатие лазерных импульсов мощностью 250 ТВт с помощью уширения их спектра при фазовой самомодуляции в плавленом кварце и последующей компенсации дисперсии при отражении от чирпирующих зеркал. Продемонстрировано пятикратное уменьшение длительности, с 75 до 15 фс, при значении В-интеграла около 5 на каждом каскаде. Избежать мелкомасштабной самофокусировки удалось за счет самофильтрации лазерного пучка при свободном распространении в вакууме. При оптимальных параметрах дисперсионного зеркала возможно сжатие импульса до длительности менее 5 фс.
Ключевые слова: мощные фемтосекундные лазерные импульсы, двухкаскадное нелинейное сжатие, фазовая самомодуляция.
Поступила в редакцию: 17.01.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2020, 50:4, 331–334
Образец цитирования: В. Н. Гинзбург, И. В. Яковлев, А. С. Зуев, А. П. Коробейникова, А. А. Кочетков, А. А. Кузьмин, С. Ю. Миронов, А. А. Шайкин, И. А. Шайкин, Е. А. Хазанов, “Двухкаскадное нелинейное укорочение мощных фемтосекундных лазерных импульсов”, Квантовая электроника, 50:4 (2020), 331–334 [Quantum Electron., 50:4 (2020), 331–334]