Дизайн стартовой части субэкзаваттного лазера проекта XCELS

И. Б. Мухин, А. А. Соловьев, Е. А. Перевезенцев, А. А. Шайкин, В. Н. Гинзбург, И. В. Кузьмин, М. А. Мартьянов, И. А. Шайкин, А. А. Кузьмин, С. Ю. Миронов, И. В. Яковлев, Е. А. Хазанов

  • Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук, г. Нижний Новгород
Аннотация: Представлена концепция стартовой части проекта XCELS (eXawatt Center for Extreme Light Studies). Дизайн нацелен на достижение высокой стабильности параметров излучения и возможности управления ими в широких пределах. На выходе стартовой части будут реализованы оптически синхронизованные чирпированные импульсы сигнала (длина волны 910 нм, ширина полосы более 100 нм, длительность ~3 нс) и накачки (длина волны 1054 нм, полоса ~1 нм, длительность ~4 нс) параметрических усилителей XCELS. Чирпированные фемтосекундные импульсы с энергией свыше 100 мДж (длительность после компрессии не более 15 фс со стабилизацией фазы относительно огибающей) будут следовать с частотой до 100 Гц, что позволит реализовать активную стабилизацию энергии и минимизацию углового джиттера излучения на выходе XCELS. Применение пикосекундной накачки в параметрическом усилителе стартовой части обеспечит высокий контраст фемтосекундных импульсов. Импульс накачки будет обладать линейной частотной модуляцией, что не скажется на эффективности параметрического усиления, но позволит с использованием спектральных методов управлять его формой с целью получения заданной формы импульса на выходе силовых усилителей даже в режиме их сильного насыщения.
Ключевые слова: фемтосекундные лазеры, сверхмощные лазеры, XCELS, параметрическое усиление, оптическая синхронизация, управление профилем импульса.
Поступила в редакцию: 17.04.2021
Исправленный вариант: 11.08.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:9, 759–767
Образец цитирования: И. Б. Мухин, А. А. Соловьев, Е. А. Перевезенцев, А. А. Шайкин, В. Н. Гинзбург, И. В. Кузьмин, М. А. Мартьянов, И. А. Шайкин, А. А. Кузьмин, С. Ю. Миронов, И. В. Яковлев, Е. А. Хазанов, “Дизайн стартовой части субэкзаваттного лазера проекта XCELS”, Квантовая электроника, 51:9 (2021), 759–767 [Quantum Electron., 51:9 (2021), 759–767]

 

Порог лазерного повреждения оптики мощных лазерных систем и эффекты инкубации

С. Фурмо, Ж. К. Киффер

  • Institut National de la Recherche Scientifique – Énergie, Matériaux et Télécommunications (INRS-EMT), Université du Québec, Québec, Canada
Аннотация: Представлен метод измерения порога лазерно-индуцированного повреждения (LIDT), в котором используется негауссов лазерный пучок миллиметрового диаметра. Это позволяет с помощью одного измерения получать данные как для большого числа точек, так и для большого диапазона плотностей потока энергии. Метод применялся in situ внутри вакуумной камеры для взаимодействия лазерного излучения с веществом, используемой для экспериментов с лазерной системой высокой (100 ТВт) мощности. С помощью данной лазерной системы при частоте следования импульсов 2.5 Гц наблюдался хорошо известный эффект инкубации, когда порог лазерного повреждения оптики снижается с ростом числа лазерных выстрелов. Эффект инкубации исследован при длительности лазерного импульса 22 фс и номинальной частоте следования импульсов 2.5 Гц на нескольких оптических элементах, таких как диэлектрические зеркала и золотые решетки, при количестве лазерных выстрелов до 9 × 103.
Ключевые слова: лазерное повреждение оптики, мощные лазерные системы, эффект инкубации, флюенс.
Поступила в редакцию: 08.07.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:9, 751–758
Образец цитирования: С. Фурмо, Ж. К. Киффер, “Порог лазерного повреждения оптики мощных лазерных систем и эффекты инкубации”, Квантовая электроника, 51:9 (2021), 751–758 [Quantum Electron., 51:9 (2021), 751–758]

 

К 80-летию Сергея Николаевича Багаева

А. М. Сергеев, Ю. Ю. Балега, А. Ф. Андреев, С. Г. Гаранин, А. Г. Забродский, Л. М. Зелёный, О. Н. Крохин, Ю. Н. Кульчин, В. И. Конов, А. Г. Литвак, Г. А. Месяц, В. А. Рубаков, Р. А. Сурис, В. Ю. Хомич, И. А. Щербаков, А. М. Шалагин, С. В. Гарнов, Н. Н. Колачевский, С. А. Бабин, В. В. Кочаровский

Аннотация: 9 сентября 2021 г. исполнилось 80 лет академику Сергею Николаевичу Багаеву – выдающемуся физику и организатору науки, научному руководителю Института лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук.
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:10, 958
Образец цитирования: А. М. Сергеев, Ю. Ю. Балега, А. Ф. Андреев, С. Г. Гаранин, А. Г. Забродский, Л. М. Зелёный, О. Н. Крохин, Ю. Н. Кульчин, В. И. Конов, А. Г. Литвак, Г. А. Месяц, В. А. Рубаков, Р. А. Сурис, В. Ю. Хомич, И. А. Щербаков, А. М. Шалагин, С. В. Гарнов, Н. Н. Колачевский, С. А. Бабин, В. В. Кочаровский, “К 80-летию Сергея Николаевича Багаева”, Квантовая электроника, 51:10 (2021), 958 [Quantum Electron., 51:10 (2021), 958]

Скачать (.pdf)

Термооптические параметры кристалла калия титанил фосфата

С. Г. Гречин, П. Я. Дружинин, Д. Г. Кочиев

  • Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, г. Москва
  • Универитет ИТМО, г. С.-Петербург
Аннотация: Представлены результаты сравнительного анализа термооптических параметров кристалла калия титанил фосфата (КТР). Продемонстрирована ограниченная применимость некоторых используемых выражений для температурных производных главных значений показателей преломления. Для повышения точности определения этих параметров предложено учитывать наличие некритичного по температуре синхронизма.
Ключевые слова: нелинейные кристаллы, калий титанил фосфат, KTP, термооптические параметры, преобразование частоты, температурная ширина синхронизма.

Скачать (.pdf)

Моделирование взаимодействия поляризованного лазерного излучения с листьями растений

Ю. Н. Кульчин, А. А. Сергеев, Ю. А. Зинин, Д. О. Гольцова, С. О. Кожанов, Е. П. Субботин

  • Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН, г. Владивосток
  • Дальневосточный федеральный университет, г. Владивосток
Аннотация: Предложена оптическая модель для описания особенностей взаимодействия поляризованного лазерного излучения с листьями растений. Показано, что эпидермальный слой листьев растений обладает оптической анизотропией, возникающей в процессе их развития. Это может служить важным фактором, обусловливающим особенности взаимодействия поляризованного лазерного излучения с содержащимися в клетках листьев растений биомолекулами, белками и ферментами, для которых характерна изомерия физических и химических свойств. Проведена экспериментальная проверка предложенной модели.
Ключевые слова: поляризованное лазерное излучение, анизотропия эпидермиса, листья растения, модель взаимодействия.
Поступила в редакцию: 12.07.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:10, 947–952
Образец цитирования: Ю. Н. Кульчин, А. А. Сергеев, Ю. А. Зинин, Д. О. Гольцова, С. О. Кожанов, Е. П. Субботин, “Моделирование взаимодействия поляризованного лазерного излучения с листьями растений”, Квантовая электроника, 51:10 (2021), 947–952 [Quantum Electron., 51:10 (2021), 947–952]

Скачать (.pdf)

Оптическое детектирование ансамбля С-центров в алмазе и когерентное управление им с помощью ансамбля NV-центров

О. Р. Рубинас, В. В. Сошенко, С. В. Большедворский, И. С. Кожокару, А. И. Зеленеев, В. В. Воробьев, В. Н. Сорокин, В. Г. Винс, А. Н. Смолянинов, А. В. Акимов

  • Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), Московская облаcть, г. Долгопрудный
  • Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН, г. Москва
  • Российский квантовый центр, Москва, Сколково
  • ООО ”Сенсор Спин Техноложис”, Москва, Сколково
  • The University of Stuttgart, Germany
  • ООО ”Велман”, г. Новосибирск
  • Texas A&M University, USA
Аннотация: Детально исследована природа декогерентности в наиболее оптимальной с точки зрения магнитометрии алмазной пластине, а именно в пластине с компромиссными значениями концентрации и времени когерентности NV-центров. В этой пластине измерена концентрация С-центров, являющихся донорами для формирования NV-центров и в то же время ограничивающих их время когерентности. Ансамбль NV-центров в алмазе был использован в качестве чувствительного элемента, позволяющего регистрировать динамику когерентности и концентрацию С-центров. Для регистрации применялся метод оптического двойного электрон-электронного резонанса. Его существенным преимуществом перед методом ИК спектроскопии, которым измеряется некоторая средняя концентрация дефектов в алмазной пластине, является возможность локального измерения концентрации С-центров. Предложенным нами методом определена концентрация C-центров, составившая 50.1 ± 1.4 ppm, что уточняет результат измерений методом ИК спектроскопии, равный 57.5 ± 4.8 ppm.
Ключевые слова: NV-центр, С-центр, алмаз, оптически детектируемый магнитный резонанс, спин-эхо, осцилляции Раби, двойной электрон-электронный резонанс.
Поступила в редакцию: 03.06.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:10, 938–946
Образец цитирования: О. Р. Рубинас, В. В. Сошенко, С. В. Большедворский, И. С. Кожокару, А. И. Зеленеев, В. В. Воробьев, В. Н. Сорокин, В. Г. Винс, А. Н. Смолянинов, А. В. Акимов, “Оптическое детектирование ансамбля С-центров в алмазе и когерентное управление им с помощью ансамбля NV-центров”, Квантовая электроника, 51:10 (2021), 938–946 [Quantum Electron., 51:10 (2021), 938–946]

Скачать (.pdf)

Об уязвимостях квантовой криптографии на геометрически однородных когерентных состояниях

Д. А. Кронберг

  • Математический институт им. В.А. Стеклова РАН, г. Москва
Аннотация: Показано, что протокол квантовой криптографии на геометрически однородных когерентных состояниях, использующий ограничение на безошибочное различение набора симметричных когерентных состояний и позволяющий противодействовать атаке с безошибочным различением состояний (USD-атака), не является стойким к ряду других атак. Приведено сравнение формулы длины ключа из работы С.Н. Молоткова (Письма в ЖЭТФ, 101(8), 637 (2015)) и скорости генерации ключа для ряда конструктивных атак перехватчика и показано, что скорость генерации ключа в этой работе существенно завышена. Это ведет к тому, что распределяемый ключ не является секретным.
Ключевые слова: квантовая криптография, когерентные состояния, квантовая теория информации.
Поступила в редакцию: 17.06.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:10, 928–937
Образец цитирования: Д. А. Кронберг, “Об уязвимостях квантовой криптографии на геометрически однородных когерентных состояниях”, Квантовая электроника, 51:10 (2021), 928–937 [Quantum Electron., 51:10 (2021), 928–937]

Скачать (.pdf)

Рекуррентный метод решения обратной задачи статистики фотоотсчетов

П. П. Гостев, С. А. Магницкий, А. С. Чиркин

  • Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, физический факультет
Аннотация: Предложен аналитический рекуррентный метод решения обратной задачи статистики фотоотсчетов, т. е. восстановления распределения фотонов по распределению фотоотсчетов, для малофотонного света. Показано, что если поставить в соответствие обратной задаче систему линейных уравнений, то для финитных распределений можно получить рекуррентную формулу, связывающую распределение фотоотсчетов и распределение фотонов без ограничений на квантовую эффективность фотодетектирования.
Ключевые слова: квантовая оптика, статистика фотоотсчетов, обратная задача, рекуррентный метод.
Поступила в редакцию: 10.08.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:10, 925–927
Образец цитирования: П. П. Гостев, С. А. Магницкий, А. С. Чиркин, “Рекуррентный метод решения обратной задачи статистики фотоотсчетов”, Квантовая электроника, 51:10 (2021), 925–927 [Quantum Electron., 51:10 (2021), 925–927]

Скачать (.pdf)

Расщепление энергетического спектра непрямого экситона при туннелировании электрона между наночастицами

В. П. Дзюба, А. В. Амосов, Ю. Н. Кульчин

  • Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН, г. Владивосток
Аннотация: Проведено аналитическое исследование расщепления энергетического спектра электрона для квазидвумерного непрямого экситона (Q2D-IX), локализованного на границе раздела “диэлектрическая наночастица – диэлектрическая среда”. Расщепление вызвано туннелированием электронов через потенциальный барьер, разделяющий соседние наночастицы. Полученные выражения определяют энергетические и пространственные параметры вероятности туннелирования электронов и величину энергетического расщепления. Установлено, что туннелирование возможно при жестких условиях для пространственных параметров наносистемы и соотношения энергий возбужденного и основного экситонных состояний. Обусловленное туннелированием расщепление энергии электрона может достигать 0.1 эВ для некоторых диэлектрических структур. Это позволяет прогнозировать влияние туннелирования заряда на энергетический спектр систем Q2D-IX.
Ключевые слова: непрямые экситоны, туннелирование, энергетическое расщепление, гетероструктуры.
Поступила в редакцию: 06.07.2021
Исправленный вариант: 19.07.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:10, 920–924
Образец цитирования: В. П. Дзюба, А. В. Амосов, Ю. Н. Кульчин, “Расщепление энергетического спектра непрямого экситона при туннелировании электрона между наночастицами”, Квантовая электроника, 51:10 (2021), 920–924 [Quantum Electron., 51:10 (2021), 920–924]

Скачать (.pdf)

О возможности безынверсного усиления и генерации излучения двухуровневой системой в «красном» крыле ее спектральной линии при резонансной диодной накачке

А. И. Пархоменко, А. М. Шалагин

  • Институт автоматики и электрометрии СО РАН, г. Новосибирск
Аннотация: Теоретически исследована возможность усиления и генерации излучения двухуровневой системой без инверсии населенностей в “красном” крыле ее спектральной линии при резонансной диодной накачке. Двухуровневой системой моделируются атомы активного газа, при этом он находится в атмосфере буферного газа высокого давления. Эффект обусловлен тем обстоятельством, что в “красном” крыле спектральной линии вероятность вынужденного испускания превышает вероятность поглощения, если однородное уширение из-за взаимодействия частиц с буферным газом существенно превышает естественное (при больших давлениях буферного газа). Выяснено, что коэффициент безынверсного усиления тем больше, чем выше давление буферного газа и интенсивность излучения накачки. Показано, что коэффициент усиления излучения двухуровневой системой в “красном” крыле ее спектральной линии может достигать 0.011 см-1 при интенсивности излучения и ширине спектра излучения диодов накачки 5 кВт/см2 и 4 см-1 соответственно. Использование поперечной диодной накачки активной среды, помещенной в оптический резонатор, позволит получить лазерную генерацию с перестройкой частоты и тем самым решить задачу преобразования некогерентного широкополосного излучения в когерентное лазерное в газе двухуровневых активных частиц.
Ключевые слова: безынверсное усиление излучения, пробное поле, столкновения, коэффициенты Эйнштейна, населенности уровней, крыло спектральной линии.
Поступила в редакцию: 30.06.2021
Исправленный вариант: 28.07.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:10, 915–919
Образец цитирования: А. И. Пархоменко, А. М. Шалагин, “О возможности безынверсного усиления и генерации излучения двухуровневой системой в “красном” крыле ее спектральной линии при резонансной диодной накачке”, Квантовая электроника, 51:10 (2021), 915–919 [Quantum Electron., 51:10 (2021), 915–919]

Скачать (.pdf)