Экспериментальное и теоретическое исследование нелинейного взаимодействия мощного фемтосекундного лазерного излучения с газами и плазмой в диэлектрических капиллярах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.21, кандидат физико-математических наук Карташов, Даниил Валерьевич

• Карташов, Даниил Валерьевич
• кандидат физико-математических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Карташов, Даниил Валерьевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЭВОЛЮЦИОННОЕ УРАВНЕНИЕ ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

ПОЛЯ В ИМПУЛЬСЕ С ПРОИЗВОЛЬНОЙ ШИРИНОЙ СПЕКТРА, 14 РАСПРОСТРАНЯЮЩЕГОСЯ В ГАЗОНАПОЛНЕННОМ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОМ КАПИЛЛЯРЕ

ГЛАВА 2. САМОВОЗДЕЙСТВИЕ МОЩНОГО ФЕМТОСЕКУНДНОГО

ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА КЕРРОВСКОЙ НЕЛИНЕЙНОСТИ. ВОЛНОВЫЕ СТРУКТУРЫ В СРЕДА X С ПЛАЗМЕННЫМ

ЗАКОНОМ ДИСПЕРСИИ

§2Л. Редуцированное волновое уравнение для задачи самовоздействия 24 лазерных импульсов в газе.

§ 2.2. Солитоны циркуляр но поляризованного поля

§2.3. Солитоны линейно поляризованного поля.

§ 2.4. Влияние высокочастотной дисперсии на солитоны предельно короткой длительности.

§ 2.5. Компрессия лазерных импульсов в режиме аномальной зависимости 38 дисперсии групповой скорости от частоты.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экспериментальное и теоретическое исследование нелинейного взаимодействия мощного фемтосекундного лазерного излучения с газами и плазмой в диэлектрических капиллярах»

Создание в середине восьмидесятых годов фемтосекукдных лазерных генераторов и развитие техники усиления частотно-модулированных лазерных импульсов [1, 2] произвело, без преувеличения, революцию не только в лазерной физике, но и в современной физике в целом. Благодаря ультракороткой длительности генерируемого лазерного излучения, при относительно небольшом уровне энергии, содержащейся в лазерном импульсе, стало возможным достигать беспрецендентно больших мощностей лазерных импульсов - тераваттного и петаваттного уровня, и плотностей потока световой энергии - до 1022 Вт/см2 [3]. Напряженности электрического поля, достигаемые при этом в сфокусированном лазерном пучке, оказываются порядка или даже многократно превосходят характерное электрическое поле, определяющее связанное состояние вещества. В результате взаимодействие такого излучения с веществом, вне зависимости от его агрегатного состояния, приводит к образованию плазмы. В процессе дальнейшего взаимодействия образовавшейся в результате ионизации вещества плазмы с излучением, заряженные частицы в сверхсильном лазерном поле могут достигать ультрарелятивистских энергий движения. Поэтому создание тераваттных лазерных комплексов привело к появлению новой области физики - физики сверхсильных оптических полей, которая тесно связана с физикой плазмы и физикой высоких энергий. Взаимодействие сверхмощного лазерного излучения с веществом успешно используется сегодня для решения широкого круга фундаментальных и прикладных проблем физики: создания сверхдальних лидаров и нелинейной спектроскопии атмосферы, когерентных источников излучения в рентгеновском диапазоне длин волн, управляемого термоядерного синтеза, ускорения частиц и формирования высокоэнергичных потоков заряженных частиц и даже лабораторного моделирования астрофизических процессов [2,4].

Одной из ключевых проблем физики сверхсильных полей является проблема генерации, усиления и компрессии ультракоротких лазерных импульсов. На этом пути в настоящее время уже достигнуты значительные успехи. Для генерации фемтосекундных лазерных импульсов предельно короткой длительности разработана схема компрессии, основанная на нелинейной фазовой самомодуляцпи спектра лазерного излучения в газонаполненных диэлектрических: капиллярах, которая компенсируется внешним дисперсионным широкополосным компрессором [5-11]. Эта схема поззоляет получать лазерные импульсы длительностью в единицы оптических периодов на рекордно высоком, при такой малой длительности импульса, суб-миллиджоульном уровне энергии, что соответствует субтераватгной пиковой мощности излучения в импульсе. Недостатком ее является ограничение по энергии компрессируемых импульсов, связанное с полевой ионизацией газа в капилляре. В результате, максимальный уровень энергии в сжатом импульсе составил менее 0.5 мДж [7]. Кроме того, необходимость использования внешнего компрессора, являющегося поляризационно чувствительным элементом, затрудняет получение предельно коротких лазерных импульсов с поляризацией электрического поля, отличной от линейной.

На более высоком уровне мощности - до 100 ТВт - создана фемтосекундная лазерная система с длительностью импульса ~10 фс [12]. Однако продвижение к петаваттному и выше уровню мощностей лазерных импульсов сталкивается с проблемой лучевой стойкости оптических элементов в усилительных каскадах и выходном компрессоре мощных лазерных систем, построенных по традиционной схеме усиления частотно-модулированных лазерных импульсов. Во избежание пробоя оптических элементов в усилительных каскадах лазерных систем петаваттного уровня мощности коэффициент временного растяжения усиливаемого фемтосекундного излучения должен превышать 103. Обратная компрессия усиленного частотно-модулированного лазерного излучения осуществляется с помощью линейного компрессора, созданного на базе диффракционных решеток (одной или двух в зависимости от выбранной схемы). Порог теплового разрушения решеток компрессора определяет максимальную величину плотности потока световой энергии У на уровне 0.1-0.3 Дж/см . При этом под тепловым разрушением понимается даже не модификация поверхности решеток из-за нагрева, связанного с поглощением доли падающего излучения, а, например, связанное с этим поглощением возбуждение интенсивной звуковой волны. В результате для компрессии лазерных импульсов петаваттного уровня мощности необходимы диффракционные решетки площадью более 1000 см2. При этом для достижения максимальной компрессии и хорошего качества временной структуры сжатого импульса решетки на всей эюй площади должны быть высочайшего оптического качества. Например, их плоскостность (степень близости поверхности к идеальной плоскости) должна составлять, в зависимости от длительности, величину не хуже л/30-л/100. Создание подобных диффракционных решеток представляет исключительно сложную техническую задачу, что обуславливает их уникальность и чрезвычайно высокую стоимость. Для преодоления этой трудности в работах [13, 14] была прехтожена идея использования щ для усиления и компрессии фемтосекундных лазерных импульсов до петаваттных и выше уровней мощности параметрического процесса вынужденного обратного рамановского рассеяния в плазме. В этом процессе энергия длинного интенсивного импульса накачки перерассеивается с помощью параметрически возбуждаемых плазменных колебаний в усиливаемый фемтосекундный импульс. Очевидным преимуществом плазмы как нелинейной среды является отсутствие проблемы стойкости и, соответственно, способность поддерживать нелинейное взаимодействие волн на больших уровнях мощности. Первые экспериментальные результаты по реализации такой схемы усиления содержатся в работах [15-18].

В диссертации экспериментально и теоретически исследуются новые схемы комрессии и усиления фемтосекундных лазерных импульсов, основанные на взаимодействии мощного лазерного излучения с газами и плазмой, заполняющими диэлектрический капилляр. Диэлектрические капилляры при этом используются для обеспечения достаточно большой длины взаимодействия излучения с газом или плазмой за счет волноводного режима распространения излучения. Идея использования полых сверхразмерных (диаметр много больше длины волны) диэлектрических волноводов для транспортировки лазерного излучения впервые, по-видимому, обсуждалась в работе [19]. В этой же работе проведен детальный анализ волноводных свойств диэлектрических капилляров. Достоинствами диэлектрических капилляров как квазиоптических волноводов для транспортировки лазерного излучения является высокая эффективность транспортировки (малая величина потерь при достаточно большом диаметре), легкость изготовления и изменения параметров волновода, возможность создания дополнительных структур на стенках волновода (например, гофрировки), меняющих условия взаимодействия излучения с газом или плазмой, относительная простота настройки. В тоже время существует ряд технических проблем при использовании капилляров для транспортировки мощного лазерного излучения. В частности, максимальная мощность, которая может быть транспортирована в данном волноводе, ограничена полевым пробоем стенок. Кроме того, существует проблема образования плазмы на входном торце капилляра вследствие его ионизации входным лазерным пучком. Высокая эффективность использования диэлектрических капилляров в задачах параметрического взаимодействия волн была продемонстрирована в работах [20-22], в задачах генерации высоких оптических гармоник в работах [23-25], транспортировки мощного лазерного излучения в работах [26-30], ускорения частиц и работах [29, 31]. В представляемой диссертации проведено детальное численное и экспериментальное исследование трансформации спектра при распросгранении мощных фемтосекундных лазерных импульсов в газонаполненных капиллярах в режиме ионизации газа. Первые подобные исследования были выполнены в работе [28]. Полученные результаты использовались для реализации компрессии лазерных импульсов на ионизационном механизме нелинейности. Они представляют так же большой интерес с точки зрения создания высокозарядной протяженной плазмы, которая может использоваться в качестве рабочей среды для лазеров мягкого рентгеновского диапазона длин волн [3239].

Необходимо отметить, что использование диэлектрических капилляров является, конечно, не единственным способом достижения волноводного режима распространения излучения. Другой перспективный способ транспортировки мощного лазерного излучения состоит в использовании в качестве оптических волноводов плазменных каналов, представляющих собой неоднородное в поперечном направлении распределение концентрации плазмы с минимумом плотности на оси. Очевидным достоинством плазменных оптических волноводов является отсутствие проблемы лучевой стойкости и, по-видимому, в задачах транспортировки сверхвысоких мощностей в плазме использование их является одним из лучших способов. Такие плазменные каналы в свободном пространстве могут создаваться при ионизации газа мощным лазерным импульсом [40-45] или релятивистской самофокусировке в плазме предварительно посланного мощного лазерного импульса

46, 47] вследствие гидродинамического разлета заряженных частиц, вытесняемых из лриосевой области пондермоторным потенциалом лазерного ¿юля. Довольно высокая эффективность транспортировки лазерного излучения тераваттного уровня мощности и достигнутый с использованием плазменных волноводов прогресс в задачах ускорения частиц продемонстрирован, например, в теоретических работах [46, 48-50] и экспериментах [45, 51]. Плазменные волноводы могут создаваться так же с помощью емкостного разряда в газонаполненных диэлектрических капиллярах [52-54] или абляцией стенок капилляра емкостным разрядом [55-60]. Основными недостатками плазменных каналов как волноводов является низкая величина контраста показателя преломления (отношение показателей преломления на оси и на «стенке» волновода), составляющая несколько процентов, а так же возможность развития разного вида неустойчивостей при распространении мощного излучения в таком канале.

В заключении отметим, что наряду с возможностью достижения сверхвысоких уровней мощности, генерация интенсивных ультракоротких лазерных импульсов открывает новую область физики - физики взаимодействия лазерного излучения предельно короткой длительности с веществом. Взаимодействие с веществом высокоинтенсивных суб-100фс лазерных импульсов имеет ряд принципиальных отличий от взаимодействия с веществом лазерных импульсов пикосекундной и большей длительности. Одним из ярких примеров этого и, одновременно, одним из важных приложений для использования сверхсильных ультракоротких лазерных импульсов, служит генерация когерентных аттосекундных импульсов излучения мягкого рентгеновского диапазона длин волн на эффекте возбуждения высоких оптическж гармоник в разреженных газах [61]. В теоретических работах [61-66] было показано, что при взаимодействии мощных лазерных импульсов длительностью вплоть до единиц оптических колебаний с разреженными газами проявляется ряд новых физических эффектов - зависимость эффективности генерации высоких оптических гармоник от фазы колебаний электрического поля в импульсе, неадиабатичность поляризационного отклика атомник электронов в процессе ионизации, нелинейные эффекты фазового согл.и\>!;а;шя ионизирующего импульса и высоких оптических гармоник при распространен-:» в газе и т.д. Проявление *л лх -эффектов и их существенное влияние на эффективность генерации высоких оптических ' гармоник было продемонстрировано в экспериментах ¡67-70'.

Диссертация состоит лз четырех глс.л, заключения, списка литературы и двух приложений. Кс-.ждой глазе предпослано небольшое вступление, в котором формулируется постановка задачи. В заключении к главам сформулированы основные результаты, полученные в диссертации. Материал диссертации изложен на 151 станицах, включая 45 рисунков. 3 таблицы и 121 литературных ссылок. Первая глава имеет вспомагательный характер. В ней сформулирована общая модель распространения мошных фемтосекундных лазерных импульсов в газонаполненных капиллярах с учетом различных механизмов нелинейного взаимодействия излучения с газом.

Вторая глава посвящена теоретическому исследованию компрессии фемтосекундных лазерных импульсов суб-миллиджоульной энергии за счет солитонного механизма самосжатия лазерных импульсов в диэлектрических капиллярах, заполненных газо-плазменной смесью. Показано, что в результате компрессии возможно получение лазерных импульсов длительностью около одного оптического периода. При этом динамика сжатия определяется новым классом солитонных решений нелинейного волнового уравнения, впервые найденным в нашей работе [71,72]. Преимуществом такой схемы компрессии является отсутсвие необходимости использования внешнего компрессора и возможность генерации лазерных импульсов предельно короткой длительности с произвольной поляризацией электрического поля. Максимальный уровень энергии, достижимый в предлагаемой схеме, ограничен оптическим пробоем газа в волноводе.

Третья глава посвящена численному исследованию и экспериментальной реализации схемы компрессии фемтосекундных лазерных импульсов миллиджоульного уровня энергии, основанной на ионизационном механизме нелинейной фазовой самомодуляции мошных лазерных импульсов в капиллярах с газом низкого давления. Идея такой схемы компрессии впервые предлагалась в работе [73]. Эта схема требует применения внешнего компрессора, однако, как показано в диссертации, временное сжатие импульса до минимальной длительности может быть осуществлено с использованием кзадраткчного • компрессора, обладающего нормальным законом зависимости дисперсии групповой скорости от частоты. В частности, в эксперименте, представленном в диссертации, в качестве компрессора использовалась плоскопараллельная кварцевая пластина, позволившая сократить длительность выходного импульса в несколько раз.

В четвертой главе представлены результаты численного и экспериментального исследования усиления мощных фемтосекундных лазерных импульсов в капиллярах при вынужденном обратном рамановском рассеянии в плазме, заполняющей капилляр. Идея усиления и компрессии лазерных импульсов для достижения мультипетаваттного уровня мощности при обратном рамановском рассеянии в плазме была предложена в работе [13]. Однако, величина коэффициента усиления затравочного импульса, полученная в эксп ериментальных реализациях этой схемы к настоящему времени, весьма низкая и далека от величины, соответствующей переходу в нелинейный режим рассеяния, при котором значительная доля энергии накачки рассеивается в усиливаемый импульс [15-18]. В работах [74,75] была предложена существенно иная схема усиления, чем используемая в работах [15-18]. В этой схеме для создания протяженной плазмы с высокой степенью пространственной однородности мы использовали газонаполненный диэлектрический капилляр, плазма в котором создается предварительно посылаемым мощным фемтосекундным лазерным импульсом. Второе существенное отличие состоит в том, что импульс накачки и усиливаемый затравочный импульс генерировались одной мощной фем тосекундной лазерной системой. При этом спектры усиливаемого импульса и импульса накачки идентичны друг другу, но импульс накачки имеет частотную модуляцию. Для выполнения условий частотного синхронизма и реализации параметрического процесса взаимодействия волн в таком вырожденном случае концентрация плазмы должна быть достаточно низкой, так что частота плазменных колебаний мала по сравнению с шириной спектра взаимодействующих световых волн. С использованием этой схемы в эксперименте, представленном в диссертации, были получены рекордно высокие коэффициенты усиления фемтосекундного импульса по энергии и по спектральной интенсивности, и продемонстрирована возможность широкополосного усиления.

В заключении сформулированы основные результаты работы. Диссертацию дополняют два приложения, в которых рассмотрены волномодные характеристики диэлектричес:<их капилляров и приведен вывод ура? ненил обратного рамачо?,ского рассеяния в плазме для вырожденного взаимодействия широкополосных лазерных импульсов.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. В средах с волноводным законом дисперсии и кубичной безынерционной нелинейностью показателя преломления существует новый класс солитонных решений нелинейного волнового уравнения, являющихся продолжением известных солитонных решений эволюционного уравнения для огибающей электрического поля в лазерном импульсе в область предельно коротких длительностей. Существование этих решений позволяет предложить схему компрессии лазерных импульсов до предельно коротких длительностей на суб-миллиджоульном уровне энергии с произвольной поляризацией вектора электрического поля в импульсе.

2. С использованием ионизационной нелинейности возможно создание схемы компрессии мощных фемтосекундных лазерных импульсов на миллиджоулыюм уровне энергии.

3. Вырожденная схема усиления фемтосекундных лазерных импульсов при обратном рамановском рассеянии в плазме с использованием газонаполненных диэлектрических капилляров позволяет достичь больших величин коэффициента усиления.

Научная новизна результатов состоит в следующем:

1. Аналитически найден новый класс устойчивых солитонных решений нелинейного волнового уравнения с нелинейностью керровского типа и волноводным законом дисперсии.

2. Предложена новая схема компрессии лазерных импульсов до предельно коротких длительностей с использованием найденных солитонных решений нелинейного волнового уравнения.

3. Экспериментально определены зависимости спектральных характеристик мощного лазерного излучения, распространяющегося в газонаполненном диэлектрическом капилляре в режиме ионизации газа, от параметров лазерного излучения, сорта и давления газа. Предложена простая модель ионизационной динамики мощных лазерных импульсов л газонаполненных диэлектрических капиллярах, позволившая получить хорошее качественное согласие результатов численного моделирования с экспериментом.

4. Экспериментально получена временная компрессия мощных фемтосекундных лазерных импульсов, прошедших через газонаполненный диэлектрический капилляр в режиме ионизации газа, с помощью простейшего внешнего компрессора - плоскопараллельной кварцевой пластины, - обладающего нормальной дисперсией групповой скорости.

5. Экспериментально реализована вырожденная схема усиления фемтосекундных лазерных импульсов на эффекте обратного рамановского рассеяния в плазме, создаваемой в газонаполненных диэлектрических капиллярах мощным предварительным лазерным импульсом. Получены рекордные значения коэффициента усиления затравочного импульса и продемонстрирована возможность широкополосного усиления.

При выполнении работ соискатель принимал участие в постановке и проведении экспериментов, численном моделировании результатов экспериментов, обработке и обсуждении результатов. По второй главе диссертации, результаты которой опубликованы в работах [71/72], соискателем была выполнена постановка задачи, предложена идея компрессии лазерных импульсов до предельно коротких длительностей в капиллярах, заполненных газо-плазменной смесью. Под его руководством выполнено численное моделирование и определены основные характеристики предложенной схемы компрессии. Соискатель является полноправным соавтором аналитических решений, найденных и исследованных в совместных работах [71,72]. По третьей главе диссертации, результаты которой опубликованы в работах [82,99,100], соискателем разработана модель распространения мощных лазерных импульсов в газонаполненных диэлектрических капиллярах в режиме ионизации газа, выполнено численное моделирование планируемого эксперимента и определены основные зависимости характеристик лазерных импульсов на выходе капилляра от их начальных параметров. Эти результаты были использованы при разработке схемы и выборе параметров эксперимента. В ходе проведения экспериментальных исследований, соискатель принимал самое активное участие в разработке схемы эксперимента, его проведении и обработке результатов. По четвертой главе, результаты которой опубликованы в работе |75J, соискатель принимал участие в разработке теоретической модели вырожденного обратного рамановсхого рассеяния широкополосных лазерных импульсов в плазме. В рамках этой модели соискателем выполнено численное моделирование планируемого эксперимента, результаты которого были использованы при разработке схемы и выборе параметров эксперимента. В ходе проведения экспериментальных исследований, соискатель принимал самое активное участие в разработке схемы эксперимента, его проведении и обработке результатов.

Достоверность полученных результатов подтверждается хорошим согласием выполненных в работе численных расчетов с результатами экспериментов и соответствием полученных в диссертации теоретических и экспериментальных результатов с известными результатами, полученным другими авторами.

Практическая ценность результатов состоит в том, что предложенные в работе новые методы компрессии и усиления мощных фемтосекундных лазерных импульсов открывают дорогу для создания фемтосекундных лазерных систем тераватгного и петаваттного уровня мощности сверхкороткой длительности.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике ICONO'2001 (Минск, Беларусь, 2001 г.), Ежегодном международном совещании по лазерной физике LPHYS (Москва, Россия, 2001 г.; Братислава, Словакия, 2002; Гамбург, Германия, 2003 г.; Триест, Италия, 2004 г.), Международном российско-итальянском совещании по лазерной физике ITARUS'2001 (Санкт-Петербург, 2001), Международной научной конференции Ultrafast Optics 2001 (Château Montebello, Québec, Canada, 2001 г.), Международной конференции IQEC/LAT 2002 (Москва, 2002 г.), Международном симпозиуме Topical Problems of Nonlinear Wave Physics (Нижний Новгород, 2003), и опубликованы в реферируемых изданиях в работах [71,72,75,82,99,100].

Заключение диссертации по теме «Лазерная физика», Карташов, Даниил Валерьевич

Заключение

В заключении сформулируем основные результаты, полученные в диссертации.

При рассмотрении задачи самовоздействия мощных фемтосекундных лазерных импульсов на керровском механизме нелинейности в средах с плазменным законом дисперсии:

1. Найден новый класс решений солитонного типа нелинейного волнового уравнения в задаче о самовоздействии мощного лазерного излучения в прозрачных средах с керровской нелинейностью и ллазмоподобным законом дисперсии.

2. На основании найденных солитонных решений нелинейного волнового уравнения, предложена новая схема компрессии лазерных импульсов на суб-миллиджоульном уровне энергии, позволяющая генерировать лазерное излучение предельно короткой длительности без использования внешнего широкополосного оптического компрессора. При этом компрессия может быть осуществлена как для линейной поляризации электрического поля в световой волне, так и для циркулярной поляризации.

При рассмотрении задачи самовоздействия мощных фемтосекундных лазерных импульсов на ионизационном механизме нелинейности:

3. Предложена упрощенная модель распространения лазерных импульсов в газонаполненных диэлектрических капиллярах в режиме ионизации газа. Показано хорошее качественное согласие результатов расчетов, выполненных в рамках этой модели, с экспериментом.

4. Экспериментально получено значительное увеличение ширины спектра лазерных импульсов (вплоть до порядка) на ионизационной нелинейности в газонаполненных диэлектрических капиллярах, сопровождающееся сдвигом центра масс спектра в коротковолновую область спектра. Показано, что после преодоления некоторого ионизационного порога эти величины слабо зависят от изменений интенсивности лазерного излучения.

5. Впервые экспериментально продемонстрирована временная компрессия лазерных импульсов с выхода капилляра в несколько раз за счет компенсации фазовой модуляции в спектре импульсов, наведенной нелинейным процессом полевой ионисации газа.

При рассмотрении параметрического процесса усиления фемтосекундных лазерных импульсов на эффекте обратного рамановского рассеяния в плазме, запол 11яю щей кап илляр:

6. Впервые экспериментально реализована одночастотная схема усиления мощных лазерных импульсов при обратном рамановском рассеянии в плазме, заполняющей диэлектрический капилляр. Получена рекордно большая величина коэффициента усиления затравочного импульса по энергии и спектральной интенсивности. Продемонстрирована возможность широкополосного усиления.

Полученные в диссертации результаты могут быть использованы для создания мощных фемтосекундных лазерных систем с ультракороткой длительностью лазерных импульсов.

Автор выражает глубокую признательность научным руководителям А. А. Бабину и А. М. Сергееву за руководство работой и плодотворные дискуссии как в ходе выполнения исследований, приведенных в диссертации, так и в ходе подготовки материалов диссертации. Автор пользуется случаем поблагодарить так же сотрудников ИПФ РАН, принимавших участие в проведении исследований и помогавших их осуществлению.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Карташов, Даниил Валерьевич, 2004 год

1. D. Strickland. G. Mourou. Compression of amplified chirped optical pulses. // Opt.

2. Commun. V.56, p.219, 1985.

3. G. Mourou. The ultrahigh-peak power laser: present time and future. // Appl. Phys. Вv.65, p.205, 1997.

4. S.-W. Bahk, V. Chvykov, G. Kalintchenko, A. Maksimchuk, G. A. Mourou, N. Saleh, and

5. D. P. Umstadter, C. Barty, M. Perry, and G. A. Mourou. Tabletop, ultrahigh-intensitylasers: dawn of nonlinear relativistic optics. // Optics and Photonics News v.9, №7, p.41,1998.

6. M. Nisoli, S. De Silvestri, and O. Svelto. Generation of high energy 10 fs pulses by a newpulse compression technique. // Appl. Phys. Lett, v.68, №20, p.2793, 1996.

7. M. Nisoli, S. De Silvestri, O. Svelto, R. Szipocs, K. Ferencz, Ch. Spielmann, S. Sartania,

8. F. Krausz. Compression of high-energy laser pulses below 5 fs. // Opt. Lett, v.22, №8, p.522, 1997.

9. S. Sartania, Z. Cheng, M. Lenzner, G. Tempea, Ch. Spielmann, F. Krausz, K. Ferencz.

10. Generation of 0.1-TW 5-fs optical pulses at a 1-kHz repetition rate. // Opt. Lett, v.22, №20, p. 1562, 1997.

11. O. Duhr, E. T. J. Nibbering, G. Korn, G. Tempea, and F. Krausz. Generation of intense 8ac pulses at 400 nm. // Opt. Lett, v.24, №1, p.34, 1999.

12. N. Karasawa, R. Morita, L. Xu, H. Shigekawa, M. Yamashiu-. ory of ultrabroadbandoptical pulse generation by induced phse modulation in a gas-filled hollow waveguide. //J. C;, . Soc. Am. В v.16, №4, p.662, 1999.

13. N. Kara.sa.va, R. Morita, H. Shigekawa, M. Yamashita. Generation of intense uluabroadband optical pulses by induced phase modulation in an argon-filled singlemode hollow waveguide. // Opt. Lett. v.25, №3, p. 183, 2000.

14. A. V. Husakou, V. P. Kaiosha, and f. Herrmann. Supercontinuuni generation and pulse compression in hollow waveguides. // Opt. Lett. v.26, №13, p. 1022, 2001.

15. M. P. Kalachnikov, P. V. Nickles, H. Schonnagel, W. Sandner. On the way to 100 TW

16. Hz titanium-sapphire laser facilities. // Nucl. Instr. and Meth. In Phys. Research A. 472, p.254, 2001; M. P. Kalachnikov, V. Karpov, H. Schonnagel, W. Sandner. 100 TW titanium-sapphire laser system. H Las. Phys. v. 12, №2, p.368, 2002.

17. V. M. Malkin, G. Shvets, and N. J. Fisch. Fast compression of laser beams to highly overcritical powers. // Phys. Rev. Lett, v.82, №22, p.4448, 1999.

18. V. M. Malkin, Yu. A. Tsidulko, and N. J. Fisch. Stimulated Raman scattering of rapidly amplified short laser pulses. // Phys. Rev. Lett, v.85, №19, p.4068, 2000.

19. Y. Ping, I. Geltner, N. J. Fisch, G. Shvets, and S. Suckewer. Demonstration of ultrashort laser pulse amplification in plasmas by a counterpropagating pumping beam. // Phys. Rev. E v.62, №4, p.R4532, 2000.

20. Y. Ping, I. Geltner, A. Morozov, N. J. Fisch, and S. Suckewer. Raman amplification of ultrashort laser pulses in microcapillary plasmas. // Phys. Rev. E v.66, 046401, 2002.

21. Y. Ping, I. Geltner, and S. Suckewer. Raman backscattering and amplification in a gas jet plasma. // Phys. Rev. E v.67, 016401, 2003.

22. Y. Ping, W. Cheng, and S. Suckewer. Amplification of ultrashort laser pulses by a resonant Raman scheme in a gas-jet plasma. // Phys. Rev. Lett, v.92, №17, 175007, 2004.

23. E. A. J. Marcatili and R. A. Schmeltzer. Hollow metallic and dielectric waveguides for long distance optical transmission and lasers. // Bell Syst. Tech. J. v.43, p. 1783, 1964.

24. C. G. Durfee III, S. Backus, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn. Ultrabroadband phase-matched optical parametric generation in the ultraviolet by use of guided waves. // Opt. Lett, v.22, №20, p. 1565, 1997.

25. L. Misoguti, S. Backus, C. G. Durfee, R. Barrels, M. M. Mui;utv, and H. C. Kapteyn. Generation of broadband VLrV light using third-order cascaded processes. // Phys. Rev. L-tt. v.87, X-K 013501, 200:.

26. Y. Tamaki, Y. Nagata, М. Obara, and К. Midorikawa. Phase-matched high-order-harmonic generation in a gas-filled hollow fiber. /7 Phys. Rev. A v.59, №5, p.4041, 1999.

27. C. G. Durfee III, A. R. Rundquist, S. Backus, C. Heme, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn. Phase matching of high-order harmonics in hollow waveguides. // Phys. Rev. Lett, v.83, №11, p.2187, 1999.

28. A. Paul, R. A. Bartels, R. Tobey, H. Green, S. Weiman, I. P. Christov, M. M. Murnane, H. C. Kapteyn, and S. Backus. Quasi-phase-matched generation of coherent extreme-ultraviolet light. //Nature v.421, p.51, 2003.

29. S. Jackel, R. Burris, J. Grun, A. Ting, C. Manka, K. Evans, and J. Kosakowskii.

30. Channeling of terawatt laser pulses by use of hollow waveguides. // Opt. Leu. v.20, Xl'IO, p. 1086, 1995.

31. B. Cros, C. Courtois, G. Malka, G. Matthieussent, J. R. Marques, F. Dorchies, G.

32. Hamoniaux, N. Blanchor. and J. L. Miquel. Extending plasma accelerators: guiding with capillar}' tubes. ,V IEEE irans. on Plasma Science, v.28. p. 1071, 2000.

33. C. Courtois, A. Couairc; ' A. Cros, J. R. Marques, G. Matthieussent. Propagation of intense ultrashort laser pulses in a plasma filled capillary tube: simulations and experiments. // Phys. of Plasmas, v.8, №7, p.3445, 2001.

34. Y. Kitagawa, Y. Sentoku, S. Akamatsu, W. Sakamoto, and R. Kodama. Electron acceleration in an ultraintense-laser-illuminated capillary. // Phys. Rev. Lett, v.92, №20, 205002, 2004.

35. D. V. Korobkin, C. H. Nam, S. Suckevver, and A. Goltsov. Demonstration of soft X-ray lasing to ground stete in Li III. // Phys. Rev. Lett. v.11, №26, p.5206, 1996.

36. D. Korobkin, A. Goltsov, A. Morozov, and S. Suckewer. Soft X-ray amplification at 26.2 nm with 1-Hz repetition rate in a table-top system. // Phys. Rev. Lett, v.81, №8, p.1607, 1998.

37. C. D. Macchietto, B. R. Benware, and J. J. Rocca. Generation of millijoul-level soft-X-ray laser pulses at a 4-Hz repetition rate in a highly saturated tabletop capillary discharge amplifier. // Opt. Lett, v.24, №16, p.l 115, 1999.

38. J. J. Gonzales, M. Frati, J. J. Rocca? V. N. Shlyaptsev, and A. L. Osterheld. High-power-density capillary discharge plasma columns for shorter wavelength discharge-pumped soft-X-ray lasers. // Phys. Rev. E v.65, 026404, 2002.

39. B. E. Lemoff, C. P. Barty, and S. E. Harris. Femtosecond-pulse-driven, electron excited XUV lasers in eight-times-ionized noble gases. // Opt. Lett. v. 19, №8, p.569, 1994.

40. S. M. Hooker and S. E. Harris. Femtosecond-pulse-driven electron excitcd extreme-ultraviolet lasers in Be-like ions. // Opt. Lett, v.20, №19, p. 1994, 1995.

41. B. E. Lemoff, G. Y. Yin, C. L. Gordon III, C. P. J. Barty, and S. E. Harris. Demonstration of a 10-Hz femtosecond-pulse-driven XUV laser at 41.8 nm in Xe IX. // Phys. Rev. Lett, v.74, p. 1574, 1995.

42. C. G. Durfee III, and H. M. Miichberg. Light pipe for .high intensity laser pulses. // Phvs. Rev. Lett. v.71,p.2409, 1993.

43. C. G. Durfee IIL J. Lynch, and H. M. Miichberg. Mode properties of a plasma waveguide for intense laser pulses. //Opt. Leu. v. 19. p. 1937. 199-1.

44. C. G. Durfee III, J. Lynch, and H. M. Miichberg. Development of a plasma waveguide for hogh intensity laser pulses. // Phys. Rev. E v.51, p.2368. 1995.

45. H. M. Miichberg , T. R. Clark, C. G. Durfee IIL T. M. Antonsen, and P. Mora. Development and applications of a plasma waveguided for intense laser pulses. // Phys. Plasmas v.3,p.2149, 1996.

46. T. R. Clark, and H. M. Miichberg. Time- and space-resolved density evolution of the plasma waveguide. // Phys. Rev. Lett, v.78, p.2773, 1997.

47. S. P. Nikitin, I. Alexeev, J. Fan, and H. M. Miichberg. High efficiency coupling and guiding of intense femtosecond laser pulses in preformed plasma channels in an elongated gas jet. // Phys. Rev. Lett, v.78, p.2773, 1S97.

48. P. Sprangle, E. Esarey, J, Krall, and G. Joyce. Propagation and guiding of intense laser pulses in plasmas. // Phys. Rev. Lett, v.69, №15, p.2200, 1992.

49. K. Krushelnick, A. Ting, C. I. Moore, H. R. Bums, E. Esarey, P. Sprangle, and M Baine. Plasma channel formation and guiding during high intensity short pulse laser plasma experiment. // Phys. Rev. Lett, v.78, p.4047, 1997.

50. T. C. Chiou, T. Katsouleas, C. Decker, W. B. Mori, J. S. Wurtele, G. Shvets, and J. J. Su. Laser wake-field acceleration and optical guiding in a hollow plasma channel. // Phys. Plasmas v.2,p.310, 1995.

51. P. Volfbeyn, P. B. Lee, J. Wurtele, W. P. Leemans, and G. Shvets. Driving laser pulse evolution in a hollow channel laser wakefield accelerator. // Phys. Plasmas v.4, p.3403, 1997.

52. G. Shvets, and X. Li. Theory of laser wakes in plasma channels. // Phys. Plasmas v.6, p.591, 1999.

53. С. Gahn. G. D. Tsakiris, A. Pukhov, J. Meyer-ter-Vehn, Cj. Pretzler. P. Thirolf. D. Habs, and K. J. Witte. Multi-Mev electron bearr generation by dLect laser acceleration in . high-density plasma channels.!' Phys. Rev. Lett. v.33. p.4772, 1999.

54. D. J. Spence and 3. M. Hooker. Investigation of a hydrogen plasma waveguide. // Phys. Re-v.Ev.63, p.015401-1, 2000.

55. T. Hosokai, M. Kando, H. Dewa, H. Kotaki, S. Kondo. N. Hasegava, K. Nakajima, and K. Horioka. Optical guidance of terawan laser pulses by the implosion phase of a fast Z* pinch discharge in a gas-filled capillary. // Opt. Lett, v.25, №1, p. 10, 2000.

56. N. A. Bobrova, A. A. Esaulov, J.-I. Sakai, P. V. Sasorov, D. J. Spence, A. Butler, S. M. Hooker, and S. V. Bulanov. Simulations of a hydrogen-filled capillary discharge waveguide. //Phys. Rev. E v.65, 016407, 2001.

57. Y. Ehrlich, C. Cohen, A. Zigler, J. Krall, P. Sprangle, and E. Esarev. Guiding of high intensity laser pulses in straight and curved plasma channel experiments. // Phys. Rev. Lett, v.77, №20, p.4186, 1996.

58. D. J. Spence, P. D. S. Burnett, and S. M. Hooker. Measurement of the electron-density profile in a discharge-ablated capillary waveguide. // Opt. Lett, v.24, №14, p.993, 1999.

59. H. А. Боброва, С. В. Буланов, А. А. Есаулов, и П. В. Сасоров. Капиллярные разряды для каналирования лазерных импульсов. // Динамика Плазмы т.26, №1, с. 12, 2000.

60. S. М. Hooker, D. J. Spence, and R. A. Smith. Guiding of high-intensity picosecond laser ^ pulses in a discharge-ablated capillar)' waveguide. // J. Opt. Soc. Am. В v. 17, №1, p.90,2000.

61. Т. Brabec and F. Krausz. Intense few-optica-cycle laser fields: frontier of nonlinear science. //Rv. of Modem Fhys. v.72, Ш, p.545, 2000.

62. C. Kan, N. H. Burnett, С. E. Canjack, and R. Rankin. Coherent XUV generation from gases ionized by several cycle optical pulses. // Phys. Rev. Lett. v.79, p.2971, 1997.

63. K. J. Schafer and К. C. Kulander. High harmonic generation from ultrafast pump laser. // Phys. Rev. Lett, v.78, p.638, 1997.

64. A. de Bohan, P. Antoine, D. Milosevic, and B. Piraux. Phase dependent harmonic emission with ultrashort laser pulses. // Phys. Rev. Lett. v.81, p. 1837, 1998.

65. А. В. Ким, M. Ю. Рябикин, A. M. Сергеев. От фемтосекундных к аттосекундным импульсам. // УФН т.169, №1, с.58, 1999.

66. G. Tempea, М. Geissler, and Т. Brabec. Phase sensitivity of high-order harmonic generation with few-cycle laser pulses. J. Opt. Soc. Am. B. v.16, №4, p.669, 1999.

67. I. P. Christov, J. Zhou, J. peatross, A. Rundquist, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn. Nonadiabatic effects in high-harmonic generation with ultrashort pulses. // Phys. Rev. Lett. v.77, p. 1743, 1996.

68. G. Tempea, M. Geissler, M. Schnurer, and T. Brabec. Self-phase-matched high harmonic generation. // Phys. Rev. Lett, v.84, p.4329, 2000.

69. M. Geissler, G. Tempea, and T. Brabec. Phase-matched high-order harmonic generation in nonadiabatic limit. //Phys. Rev. A v.62, 033817, 2000.

70. E. Seres, J. Seres, F. Krausz, and C. Spielmann. Generation of coherent soft-X-ray radiation extending far beyond the titanium L edge. // Phys. Rev. Lett, v.92, 163002, 2004.

71. Д. В. Карташов, А. В. Ким, С. А. Скобелев. Солитонные структуры волнового поля с произвольным числом колебаний в нерезонансных средах. // Письма в ЖЭТФ. т.78, №5, с.722, 2003.

72. Д. В. Карташов, А. В. Ким, С. А. Скобелев. Нелинейная динамика волновых полей в нерезонансных средах: от солитонов огибающей к видеосолитонам. // Изв. ВУЗов Радиофизика, t.XLV1, №5, с.415, 2003.

73. G. Tempea and Г. Bnbec. Nonlinear source for the generation of hi.qh-energy few-cycle optical pulses. /.' Opt. Lett v.23, №16. p. 1286, 1998.

74. I. Y. Dodin, G. j Л. Fraiman, V. M. Malkin. and N. J. Fisch. Raman backscaticring shon laser pulses amplification in capillar)' plasmas. // Препринт ИПФ РАН .N2577. 2001.

75. А. А. Балакин, Д. В. Карташов, А. М. Киселев. С. А. Скобелев, А. Н. Степанов, Г. М. Фрайман. Усиление лазерных импульсов при обратном рамановском рассеянии в плазме, создаваемой в диэлектрических капиллярах. /'/ Письма в ЖЭТФт.80,№1,с.15,2004.

76. A. Dalgarno and А. Е. Kingston. The refractive indices and Verdet constants of the inert gases. // Proc. Royal Soc. London, Ser. A, v.259, p.424, 1966.

77. С. H. Власов, В. И. Таланов. Самофокусировка волн. // Институт: прикладной физики РАН, Нижний Новгород, 220 е., 1997.

78. JI. В. Келдыш. Ионизация в поле сильной электромагнитной волны. // ЖЭТФ т.47, №5(11), с. 1945, 1964.

79. Н. Б. Делоне, В. П. Крайнов. Туннельная и надбарьерная ионизация атомов и ионов в поле лазерного излучения. // УФН т. 168, №5, с. 531, 1998.

80. М. Geissler, G. Tempea, A. Scrinzi, М. Shnurer, F. Krausz, and Т. Brabec. Light propagation in field-ionizing media: extreme nonlinear optics. // Phys. Rev. Lett, v.83, №15, p.2930, 1999.

81. I. P. Chrstov. Phase-dependent loss due to nonadiabatic ionization by sub-10-fs pulses. //Opt. Lett, v.24, №20, p. 1425, 1999.

82. H. E. Андреев, M. E. Вейсмьн, С. П. Гореславский, М. В. Чоготов. Остаточные импульс и энергия электрона в газе, ионизуемом мощным коротким лазерным импульсом. // Физика плазмы, т.27, №45 с.296, 2001.

83. G. Tempea and Т. Brabec. Theory of self-focusing in a hollow waveguide. // Opt. Lett. v.23, №10, p.762, 1998.

84. A. V. Kochetov, A. G. Litvak, V. A. Mironov, and E. M. Sher. Transformation of electromagnetic beams into surface waves on nonlinear interface. // Physica D v.87, p.342, 1995.

85. T. Brabec, F. Krausz. Nonlinear optical pulse propagation in the single-cycle regime. // Phys. Rev. Lett, v.78, №17, p.3282, 1997.

86. A. Nazarkin, G. Korn. Pulse self-compression in the subcarrier cycle regime. // Phys. Rev. Lett, v.83, p.4748, 1999.

87. Проблемы когерентной и нелинейной оптики. // Сборник статей под ред. И. П. Гурова и С. А. Козлова, Санкт-Петербургский государственный институт точной механики и огггики, 2000.

88. Громов Е. М., Таланов В. И. Волны, описываемые высшими приближениями нелинейного уравнения Шредингера. // Изв. ВУЗов Радиофизика, T.XLI, №2, с.222, 1998.

89. С. А. Козлов, С. В. Сазонов. Нелинейное распространение импульсов длительностью в несколько колебаний светового поля в диэлектрических средах. // ЖЭТФ т. 111, №2, с.404, 1997.

90. C-M. Chen and P. L. Keiley. Nonlinear pulse compression in optica! fibers: scaling laws and numerical analysis. // J. Opt. Soc. Am. v.19, №9, p.1961, 2002.

91. L. F. Mollenvmer, R. H. Stolen, J. P. Gordon, and W. J. Tomlinson. Extreme picosecond pulse narrowing by means of soliton effect in single-mode opiical fibers. /7 Opt. Lett. v.8, p.289J983.

92. H. L. Lehmeier, W. Leupacher, and A. Penzkofer. Nonresonant third order hyperpolarizability of rare gases and N2 determined by third harmonic generation. U Opt. Commun. v.56, №1, p.67, 1985.

93. В. Б. Гильденбург, А. В. Ким, A. M. Сергеев. О возможности сильного повышения частоты ионизирующего лазерного импульса в газе. // Письма в ЖЭТФ т.51, №2, с.91, 1990.

94. V. В. Gildenburg, А. V. Kim, V. A. Krupnov, V. Е. Semenov, А. М. Sergeev, and N. А. Zharova. Adiabatic frequency up-conversion of a powerful electromagnetic pulse producing gas ionization. // IEEE Trans, on Plasma Science, v.21, №1, p.34, 1993.

95. W. M. Wood, C. W. Siders, and M. C. Downer. Measurement of femtosecond ionization dynamics of atmospheric density gases by spectral blueshiffing. // Phys. Rev. Lett., v.67, №25, p.3523, 1991.

96. A. A. Babin, D. V. Kartashov, A. M. Kiselev, V. V. Lozhkarev, A. N. Stepanov, and A. M, Sergeev. Ionization spectrum transformation of high-intensity femtosecond laser pul:;es in gas-filled capillary tubes. // Laser Phys. v.12, №10, p.1303, 2002.

97. S. Augst, D. D. Meyerhofcr, D. Strickland, and S. L. Chin. Laser ionization of noble gases by Coulomb-barrier suppression. // J. Opt. Soc Am. B. v.8, №4, p.858, 1991.

98. J. Janszky, G. Corradi, and R. N. Gyuzaiian. On a possibility of analyzing the temporal characteristics of short laser pulser,. // Opt. Comman. v.23, №3, p.293, 1977.

99. А. А. Бабин, A. M. Киселев, A. M. Сергеев, A. H. Степанов. Тераваттный фемтосекундный титан-сапфировый лазерный комплекс. // Квант. Электр, т.31, №7, с.623, 2001.

100. D. J. Kane, A. J. Taylor, R. Trebino and К. W. DeLong. Single-shot measurement of the intensity and phase of femtosecond UV lser pulse with frequency-resolved optical gating.//Opt. Lett, v.19, №14, p.1061, 1994.

101. K. W. DeLong, R. Trebino, J. Hunter, and W. E. White. Frequency-resolved optical gating with the use of second-harmonic generation. // J. Opt. Soc. Am. B. v.ll, №11, p.2206, 1994.

102. C. Iaconis and I. A. Walmsley. Spectral phase interferometry for direct electric-field reconstruction of ultrashort optical pulses. // Opt. Lett, v.23, №10, p.792, 1998.

103. L. Gailmann, G. Steinmeyer, D. H. Sutter, T. Rupp, C. Iaconis, I. A. Walmsley, and U. Keller. Spatial resolved amplitude and phase characterization of femtosecond optical pulses. // Opt. Lett, v.26, №2, p.96, 2001.

104. P. O'Shea, M. Kimmel, X. Gu, and R. Trebino. Highly simplified device for ultrashortpulse measurement. // Opt. Lett, v.26, №12, p.792,2001.

105. V. M. Malkin, G. Shvets and N. J. Fisch. Detuned Raman amplification of short laser pulses in plasma. // Phys. Rev. Lett, v.84, №6, p.1208,2000.

106. K. Estabrook and W. L. Kruer. Theory and simulations of one-dimensional Raman backward and forward scattering. // Phys. of Fluids, v.26, №7, p. 1892, 1983.

107. M. J. Everett, A. Lai, D. Gordon, K. Wharton, С. E. Clayton, W. B. Mori, and C. Joshi. Evolution of stimulated Raman into stimulated Compton scattering of laser light via wave breaking of plasma wave. // Phys. Rev. Lett, v.74, №P>, p.1355, 1995.

108. M. J. Everen A. Lai, C. E. Chiton, V/. B. Mori. T. W. Johnston, and C. Josh:. Coupling between high-frequency plasma waves in hser-plasm:» interactions. /' Phys. Rev. Lea. v.74, „\bl?. p.2236. 1995.

109. G. Sh-.-eis ar.d K. J. Fi.ch. Parametric excitation of fast pla::ina waxes by eounterpropagating laser beans. // Phy.,. Rev. Lert. v.86, jYs! 5, p.3328, 2001.

110. D. R. Nicholson and A. N. Kaufman. Parametric instabilities in turbulent, inhomogeiieous plasma. /7 Phys. Rev. Lett. v.33. j\°20, p.1207, 1974.

111. T. P. Coffey. Breaking of large amplitude plasma oscillations. // Phys. of Fluids v.14. №7. p. 1402, 1971.

112. D. S. Clark and N. J. Fisch. Particle-in-cell simulations of Raman laser amplification in preformed plasmas. U Phys. of Plasmas, v. 10, №12, p.4848, 2003.

113. D. R. Nicholson. Parametric instabilities in plasma with sinusoidal density modulation. // Phys. of Fluids, v.19, №6, p.889, 1976.

114. G. Shvets, N. J. Fisch, A. Pukhov, and J. Meyer-ter-Vehn. Superradiant amplification of an ultrashort laser pulse in a plasma by a counterpropagating pump. // Phys. Rev. Lett, v.81, >222, p.4879, 1998.

115. M. Dreher, E. Takahashi, J. Meyer-ter-Vehn, and K.-J. Witte. Observation of superradiant amplification of ultrashort laser pulses in a plasma. // Phys. Rev. Lett, v.93, p.095001, 2004.