Пространственно-временная динамика предельно коротких световых импульсов в системах с комбинированной дисперсией и нелинейностью тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.21, кандидат физико-математических наук Воронин, Александр Александрович

• Воронин, Александр Александрович
• кандидат физико-математических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Воронин, Александр Александрович

Содержание

Введение

Обзор литературы

Глава 1. Методы анализа пространственно-временной динамики предельно коротких световых импульсов в системах с комбинированной дисперсией и нелинейностью

1.1. Аналитические методы

1.2. Суперкомпьютерное моделирование

1.3. Численное решение одномерных уравнений распространения сверхкоротких импульсов

Глава 2. Формирование предельно коротких световых импульсов в микроструктурированных световодах

2.1. Генерация мощных, перестраиваемых по частоте солитонов в фотонно-кристаллических волокнах с твердотельной сердцевиной

2.2. Спектральная компрессия сдвигающихся по частоте солитонов

в фотонно-кристаллических волокнах

2.3. Спектральная интерференция сдвигающихся по частоте солитонов в фотонно-кристаллических волокнах

2.4. Стабилизированный солитонный самосдвиг частоты и солитон-ная компрессия импульсов до длительности одного оптического периода в фотонно-кристаллических волокнах с нанострукту-рированной сердцевиной

2.5. Анализ нелинейно-оптического отклика в фотонно-кристаллических волокнах с заполненной жидкостью сердцевиной

Глава 3. Мощные сверхкороткие импульсы в газонаполненных полых световодах

3.1. Генерация перестраиваемых по частоте мультигигаваттных импульсов с длительностью меньше половины оптического периода поля в результате динамического взаимодействия оптического солитона и импульсно возбуждённых молекулярных колебаний

3.2. Компрессия мультимиллиджоулевых сверхкоротких лазерных импульсов в полых волноводах

Глава 4. Генерация предельно коротких импульсов электромагнитного излучения ближнего и среднего инфракрасного диапазона в условиях сверхбыстрой ионизации

4.1. Высокоэффективная компрессия импульсов в лазерно-индуци-рованном филаменте

4.2. Ионизационно-усиленная волоконная компрессия импульсов до предельной пиковой мощности и длительности один оптический период в среднем инфракрасном спектральном диапазоне

Заключение

Литература

Список используемых сокращений:

ФК - фотоннокристаллический

МС - микроструктурированный

ИК - инфракрасный

УФ - ультрафиолетовый

ССЧ - солитонный самосдвиг частоты

НУШ - нелинейное уравнение Шредингера

ОНУШ - обобщенное нелинейное уравнение Шредингера

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Пространственно-временная динамика предельно коротких световых импульсов в системах с комбинированной дисперсией и нелинейностью»

Введение

Актуальность работы

Обладающие сильной нелинейностью фотонно-кристаллические волокна [1] являются подходящим материалом для создания компактных и эффективных преобразователей частоты, использующихся в микроскопии, спектроскопии, микроскопии биологических структур [2], оптических линиях связи [3], а также в физике сверхкоротких импульсов и технологиях на их основе [4]. Возникающие при спектральном преобразовании сверхкоротких лазерных импульсов в фотонно-кристаллических (ФК) волокнах нелинейно-оптические со-литонные эффекты [5] дают возможность эффективной генерации суперконтинуума [6] и генерации перестраиваемых по частоте импульсов [7]. На основе этих явлений возможно создание удобных волоконных источников излучения для нелинейной спектроскопии [8], мультиплексной когерентной микроскопии комбинационного рассеяния света [9], визуализации биологических объектов и эндоскопии [10], а так же для оптической информации и телекоммуникационных технологий [3]. Рамановский эффект в материале оптического волокна приводит к возникновению запаздывающей части оптической нелинейности, индуцируя красный сдвиг сверхкоротких лазерных импульсов, распространяющихся в волокне. В режиме аномальной дисперсии это явление, известное как солитонный сдвиг частоты [11], позволяет перестраивать длину волны коротких лазерных импульсов в широком спектральном диапазоне. Наиболее богатый спектральный состав в генерируемом излучении часто получается в режимах, которые включают в себя комбинацию нескольких нелинейно-оптических процессов [12]. Наиболее яркими примерами подобного типа взаимодействий являются генерация суперконтинуума в высоконелинейных волокнах [13] или филаментах [14].

Филаментация сверхкоротких лазерных импульсов [15] - одно из наибо-

лее интересных открытий в современной оптике. В оптике сверхбыстрых процессов филаментация лазерного излучения находит все больше применений как мощный метод компрессии импульсов [16], позволяя возможность генерации импульсов с длительностями в несколько периодов оптического поля со стабильной фазой огибающей с высокой пиковой мощностью внутри широкого диапазона частот от дальнего ультрафиолетового (УФ) [17] до ближнего и среднего инфракрасного (ИК) [18].

Эффективность взаимодействия лазера с веществом растет по закону /А2, где / - интенсивность поля, А - длина волны излучения, поэтому важной задачей является поиск практического решения проблемы генерации сверхкоротких импульсов с большой длиной волны и высокой мощностью, эти поиски привели к возрождению газовых лазеров, работающих в среднем ИК диапазоне [19]. Известно, что столкновительное уширение вращательных и колебательных линий активной среде СОг лазеров, дает широкую спектральную полосу для эффективного усиления пикосекундных лазерных импульсов [20]. Газовые лазеры, использующие этот принцип, недавно достигли тераваттного уровня пиковой мощности [19], открывая перспективные возможности ускорения частиц до релятивистских скоростей и исследования новых интересных режимов взаимодействия лазерного поля с веществом.

Цель диссертационной работы состоит в теоретическом исследовании новых физических эффектов и разработке новых эффективных методик управления спектром сверхкоротких лазерных импульсов с помощью микроструктурированных волокон, генерации мощных перестраиваемых по частоте сверхкоротких лазерных импульсов в полых волноводах и высокоэффективной компрессии мощных лазерных импульсов в условиях сверхбыстрой ионизации.

Для достижения поставленных целей были решены следующие задачи: I. Энергия выходящих из ФК волокон спектрально преобразованных импуль-

сов обычно достаточно мала, что серьёзно ограничивает спектр приложений подобных источников света в науке и оптических технологиях. Проведённый в работе анализ показывает, что пиковая мощность перестраиваемых по частоте солитонов в ФК волокне может достичь мегаваттного уровня.

II. Дисперсия высших порядков, волоконные потери, частотная зависимость оптической нелинейности, как известно, факторы, замедляющие солитонный самосдвиг частоты (ССЧ). В работе показано, что самоукручение заднего фронта сверхкороткого светового импульса является важным фактором, приводящим к замедлению ССЧ.

III. В общем случае профиль спектральной фазы суперконтинуума шириной в несколько октав имеет тенденцию быть чрезмерно сложным для целей прямой компрессии. Проведенный в работе анализ открывает технологию синтеза импульсов длительностью в несколько периодов поля с помощью когерентного сложения сдвинутых по частоте солитонов, полученных в ФК волокне, работающем в многосолитонном режиме.

IV. Такие оптические процессы, как когерентная рамановская микроскопия, оптимальное усиление излучения волоконных лазеров, или передача оптической информации без искажений, часто требуют спектрального сужения световых импульсов одновременно с возможностью перестройки их центральной частоты. В работе продемонстрировано, что фемтосекундные лазерные импульсы могут быть спектрально сжаты в режиме ССЧ.

V. Высокая чувствительность ССЧ к мощности начального импульса вызывает серьёзные трудности в основанных на эффекте ССЧ волоконно-оптических системах. В работе показано, что управление волоконной дисперсией и нелинейностью помогает оптимизировать волоконные компоненты для стабильного относительно флуктуаций мощности накачки ССЧ.

VI. Увеличение интенсивности излучения лазерных систем и расширение области применений оптики сверхбыстрых процессов к реальным сложным си-

стемам, требует развития эффективных и практически осуществимых методов нелинейно-оптических спектральных преобразований световых импульсов длительностью в несколько оптических периодов поля. В работе показано, что взаимодействие сверхкороткого импульса поля с когерентно возбужденной комбинационно-активной средой позволяет генерировать перестраиваемые по частоте мультигигаваттные световые импульсы длительностью меньше половины периода оптического поля.

VII. В отличие от титан-сапфировых усилителей лазерных импульсов, иттер-биевые усилители с диодной накачкой открывают перспективные возможности увеличения мощности из-за низкого квантового дефекта. Ключевой недостаток сверхкоротких импульсов иттербиевых систем - узкая полоса усиления допированных иттербием материалов, что ограничивает минимальную длительность импульса непосредственно после усилителя около 200 фс. В работе моделировано спектральное уширение и последующая компрессия мили-джоулевых импульсов, полученных в новом широкополосном одностадийном Yb;Na:CaF2 усилителе, до длительности 20 фс.

VIII. Основное ограничение метода филаментационной компрессии импульсов связано с сильным пространственным чирпом, приобретаемым лазерным пучком в процессе филаментации. Как следствие, обычно необходима пространственная фильтрация с помощью диафрагмы для выбора параксиальной части пучка, которая дает самую высокую степень компрессии, но значительно уменьшает энергию сжатых импульсов. В работе определён перспективный сценарий филаментационной компрессии импульса, который позволяет получить компрессию сверхкоротких лазерных импульсов с высоким энергетическим выходом.

IX. Спектральные полосы усиления СО2 лазеров, даже при высоких давлениях газа, слишком узки для генерации импульсов среднего ИК диапазона длительностью порядка нескольких колебаний поля, что ограничивает приме-

нимость мощных СО2 лазеров в науке о сверхбыстрых процессах и ее приложениях. В работе показано, что спектральное уширение лазерных импульсов в заполненном газом полом волноводе может быть использовано для компрессии генерируемого на современных газовых лазерах субджоулевых 10.6-мкм импульсов до нескольких оптических периодов. Научная новизна

I. Показано, что управление дисперсией и нелинейностью микроструктурированных световодов с большой площадью моды обеспечивает одномодовый режим генерации импульсов пиковой мощности несколько сотен киловатт.

II. Выявлено, что явление самоукручения заднего фронта сверхкороткого светового импульса приводит к замедлению солитонного самосдвига частоты, обусловленного вынужденным комбинационным усилением длинноволновой части спектра солитона в сильно нелинейном волокне.

III. Показано, что солитонный самосдвиг частоты в сильно нелинейных световодах при условиях нормальной дисперсии третьего порядка сопровождается сужением спектра солитонного импульса.

IV. Предложена методика синтеза импульсов длительностью несколько оптических периодов мегаваттного уровня мощности когерентным сложением самосдвинутых по частоте солитонов на выходе микроструктурированного световода.

V. Показано, что спектральное отталкивание солитонного импульса, вызванное смещённой в длинноволновую часть спектра дисперсионной волной, стабилизирует солитонный сдвиг частоты в сильно нелинейном ФК волокне по отношению к колебаниям мощности накачки.

VI. Выявлено, что сильная инерция оптической нелинейности в заполненном жидкостью волокне приводит к асимметричному уширению спектра с усилением длинноволновой части спектра на выходе волокна, зависящему от длительности импульса.

VII. Продемонстрировано, что взаимодействие сверхкороткого лазерного импульса и импульсно возбужденных сверхбыстрых молекулярных колебаний комбинационно-активной среды в полой сердцевине волновода позволяет генерацию перестраиваемых по частоте световых импульсов мультигигаватт-ной мощности длительностью меньше половины оптического периода. Выявлено, что в результате такого взаимодействия формируется связанное состояние, динамика которого подвержена сильному влиянию солитонных эффектов, препятствующих увеличению длительности лазерных импульсов больше длительности периода оптического поля и обеспечивающих эффективное импульсное возбуждение сверхбыстрых молекулярных колебаний на больших дистанциях распространения в заполненном газом полом волноводе.

VIII. Выявлено, что сопровождающаяся фотоионизацией фазовая самомодуляция мультимиллиджоулевых импульсов в полой сердцевине заполненного инертным газом волновода позволяет реализовать уширение спектра, достаточное для высокоэффективной компрессии до длительности несколько оптических периодов в обычном решеточном компрессоре.

IX. Продемонстрирована высокоэффективная филаментационная компрессия сверхкоротких лазерных импульсов в результате неколлинеарной динамики пучка в лазерно индуцированном филаменте.

X. Показано, что увеличение с длиной волны критической мощности нелинейного взаимодействия мод полого волновода позволяет осуществить в нём сопровождающееся туннельной и лавинной ионизацией фазовую самомодуляцию субджоулевых пикосекундных импульсов в среднем инфракрасном спектральном диапазоне и их последующую компрессию до длительности около одного оптического периода и пиковой мощности несколько тераватт в обычном решеточном компрессоре.

Практическая значимость Результаты, изложенные в диссертации, могут быть использованы для эф-

фективной генерации суперконтинуума [6], генерации перестраиваемых по частоте импульсов [7], создания удобных волоконных источников излучения для нелинейной спектроскопии [8] и микроскопии [21], разрешённой по времени спектроскопии [2], мультиплексной когерентной микроскопии рамановско-го рассеяния света [9], визуализации биологических объектов и эндоскопии [10], для оптической информации и телекоммуникационных технологий [3], оптической метрологии [22], стабилизации фазы огибающей сверхкоротких лазерных импульсов [23], синхронизации импульсов накачки и затравки в процессе параметрического усиления чирпированных импульсов длительностью в несколько периодов поля [4], когерентной рамановской микроскопии [2], оптимального усиления излучения волоконных лазеров [24], физики сверхкоротких импульсов и технологий на ее основе [4], приложений физики интенсивных аттосекундных полей [25], филаментации сверхкоротких лазерных импульсов [15], для передачи энергии электромагнитного излучения на большие расстояния [26], удаленного зондирования атмосферы [27], филаментаци-онной компрессии импульсов [16], генерации предельно коротких импульсов поля [28] высоких интенсивностей [29].

На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:

I. Самоукручение заднего фронта сверхкороткого светового импульса приводит к замедлению солитонного самосдвига частоты, обусловленного вынужденным комбинационным усилением длинноволновой части спектра соли-тона в сильно нелинейном волокне. Солитонный самосдвиг частоты при этих условиях с хорошей точностью описывается простым аналитическим выражением, которое применимо для произвольных спектральных профилей волоконной дисперсии и вынужденного комбинационного усиления и удовлетворяет закону сохранения числа фотонов при вынужденном комбинационном усилении.

II. Солитонный самосдвиг частоты в этих условиях в сильно нелинейных световодах при условиях возрастающей с длиной волны дисперсии групповой скорости сопровождается сужением спектра солитонного импульса. При сдвиге центральной длины волны частоты импульса длительностью менее 10 фс с 800 нм до 1500 нм в сильно нелинейном волокне спектр импульса сужается в 20 раз.

III. Взаимодействие сверхкороткого лазерного импульса и импульсно возбуждённых сверхбыстрых молекулярных колебаний комбинационно-активной среды в полой сердцевине волновода позволяет осуществить генерацию перестраиваемых по частоте световых импульсов мультигигаваттной мощности длительностью меньше половины оптического периода. Солитонные эффекты, подавляющие дисперсионное расплывание импульса, обеспечивают эффективное импульсное возбуждение сверхбыстрых молекулярных колебаний на больших дистанциях распространения в заполненном газом полом волноводе.

IV. Увеличение критической мощности самовоздействия светового пучка с длиной волны позволяет реализовать эффективное уширение спектра суб-джоулевых пикосекундных импульсов среднего инфракрасного диапазона и их последующую компрессию до длительности около одного оптического периода.

Апробация работы Основные результаты диссертации докладывались на 10 международных конференциях.

1. Voronin A.A., Zheltikov A.M., Kartashov D., Alisauskas S., Pugzlys A., Baltuska A. Collimated-Beam Third- and Fifth-Harmonic Generation by Mid-Infrared Ultrash< Pulses// High Intensity Lasers and High Field Phenomena (HILAS), Berlin, Germany. March 12, 2012. NL and Extreme NL Optics (HW3C).

2. Kartashov D., Alisauskas S., Baltuska A., Voronin A.A., Zheltikov A.M., Petrarca

M., Bejot P., Kasparia J.n, Pugilys A. Filamentation of Few-Cycle Mid-Infrared Pulses in Gases// High Intensity Lasers and High Field Phenomena (HILAS), Berlin, Germany. March 12, 2012. NL and Extreme NL Optics (HW3C).

3. Fuji T., Nomura Yu., Shirai H., Tsurumachi N., Voronin A., Zheltikov A. Phase-stable sub-single-cycle mid-infrared pulses generated through filamentation// High Intensity Lasers and High Field Phenomena (HILAS), Berlin, Germany. March 12, 2012. NL and Extreme NL Optics (HW3C).

4. Sidorov-Biryukov D.A., Voronin A.A., Podshivalov A.A., Fedotov I.V., Fedotov A.B., Zheltikov A.M. Multisoliton vectorial self-frequency shift: Toward a mehagertz fiber few-cycle lightwave synthesizer// Proceedings of the 19th International Conferer on Advanced Laser Technologies ALT 11, Golden Sands, Bulgaria. 3-8 September, 2011. (O-l-NL).

5. Voronin A.A., Fedotov I.V., Fedotov A.B., Zheltikov A.M. Photonic-Crystal Synthesizers of Ultrafast Lightwaves// International School of Atomic and Molecular Spectroscopy, Erice, Italy. July 3 - 18, 2011.

6. Voronin A.A., Alisauskas S., Mucke O.D., Pugilys A., Baltuska A., Zheltikov A.M. High-energy-throughput pulse compression through an off-axial beam dynamics in a laser-induced filament// Conference on Lasers and Electro-Optics Europe and 12th European Quantum Electronics Conference (CLEO/ Europe EQEC 2011), Munich, Germany. May 22 - 26, 2011.

7. Voronin A.A., Gordienko V.M., Platonenko V.T., Panchenko V. Ya., Zheltikov A.M. Ionization-assisted guided-wave pulse compression to extreme peak powers and single-cycle pulse widths in the mid-infrared// International Conference on Coherent and Nonlinear Optics, The Lasers, Applications, and Technologies (ICONO, Kazan, Russia. August 23 - 27, 2010.

8. Voronin A. A., Zheltikov A. M. Ionization penalty in nonlinear-optical bioimaging/, The 9th European Conference on Nonlinear Optical Spectroscopy (ECONOS 2010), Bremen, Germany. June 21 - 23, 2010

9. Voronin A.A., Lanin A.A., Savvin A.D., Fedotov A.B., Zheltikov A.M. CARS metrology of coherent phonons// European Conference on CARS Microscopy (microCARS 2009) in IESC, Cargese, Corsica, France. October 5 - 10, 2009.

10. Voronin A.A., Sawin A.D., Lanin A.A., Sidorov-Biryukov D.A., Fedotov А.В., Zheltikov A.M. Spectrochronography of Raman-Shifted Solitons and Fiber-Based CARS// XXII International Conference on Raman Spectroscopy, Boston, Massachust USA. August 08-13, 2010. [AIP Conf. Proc.]. Vol. 1267, pp. 152-153.

Публикации.

Материалы диссертации опубликованы в 47 печатных работах, из них 37 статей в рецензируемых журналах по списку, рекомендованному ВАК РФ, и 10 статей в сборниках трудов конференций. Основные работы:

1. Voronin A.A., Zheltikov A.M. Soliton self-frequency shift decelerated by self-steepening// Opt. Lett. 2008. Vol. 33. Pp. 1723-1725.

2. Fedotov А.В., Voronin A.A., Fedotov I.V., Ivanov A.A., Zheltikov A.M. Powerful wavelength-tunable ultrashort solitons in a solid-core photonic-crystal fiber// Opt. Lett. Vol. 34. Pp. 851-853.

3. Fedotov А.В., Voronin A.A., Fedotov I.V., Ivanov A.A., Zheltikov A.M. Spectral compression of frequency-shifting solitons in a photonic-crystal fiber// Opt. Lett. 2009. Vol. 34, Pp. 662-664.

4. Voronin A.A., Fedotov I.V., Fedotov А.В., Zheltikov A.M. Spectral interference of frequency-shifted solitons in a photonic-crystal fiber// Opt. Lett. 2009. Vol. 34. Pp. 569-571.

5. Liu B.-W, Hu M.-L., Fang X.-H., Li Y.-F., Chai L, Wang C.-Y., Tong W., Voronin A.A., Zheltikov A.M. Stabilized soliton self-frequency shift and 0.1-PHz sideband generation in a photonic-crystal fiber with an air-hole-modified core// Opt. Express. Vol. 16. Pp. 14987-14996.

6. Voronin A.A., Mitrokhin V.P., Ivanov A.A., Fedotov А.В., Sidorov-Biryukov D.A., Beloglazov V.I., Alfimov M.V., Ludvigsen H., Zheltikov A.M. Understanding

the nonlinear-optical response of a liquid-core photonic-crystal fiber// Las. Phys. Lett. 2010. Vol. 7. Pp. 46-49.

7. Andriukaitis G., Kartashov D., Lorenc D., Pugilys A., Baltuska A., Giniunas L., Danielius R., Limpert J., Clausnitzer T., Kley E.-B., Voronin A., Zheltikov A. Hollow-fiber compression of 6 mJ pulses from a continuous-wave diode-pumped single-stage Yb,Na:CaF2 chirped pulse amplifier// Opt. Lett. 2011. Vol. 36. Pp. 1914-1916.

8. Zheltikov A. M., Voronin A. A., Kienberger R., Krausz F., Korn G. Frequency-Tunable Multigigawatt Sub-Half-Cycle Light Pulses from Coupled-State Dynamics of Optical Solitons and Impulsively Driven Molecular Vibrations// Phys. Rev. Lett. 2010. Vol. 105. P. 103901.

9. Voronin A. A., Alisauskas S.,. Miicke O. D, Pugzlys A., Baltuska A., Zheltikov A. M. High-energy-throughput pulse compression through an off-axial beam dynamic* in a laser-induced filament// Phys. Rev. A. 2011. Vol. 84. P. 023832.

10. Voronin A. A., Gordienko V. M., Platonenko V. T., Panchenko V. Ya., Zheltikov A. M. Ionization-assisted guided-wave pulse compression to extreme peak powers and single-cycle pulse widths in the mid-infrared// Opt. Lett. 2010. Vol. 35. Pp. 3640-3642.

11. Zhokhov P. A., Voronin A. A., Fedotov I. V., Fedotov A. B., Zheltikov A. M. Coherence readout from supercontinua in multiple filaments: Experiments and supercomputer simulations// Phys. Rev. A. 2013. Vol. 87. P. 013819.

12. Voronin A. A., Zheltikov A. M., Ditmire T., Rus B., Korn G. Subexawatt few-cycle lightwave generation via multipetawatt pulse compression// Optics Communica 2013. Vol. 291. Pp. 299-303.

13. Nomura Y., Shirai H., Ishii K., Tsurumachi N., Voronin A. A., Zheltikov A. M. Phase-stable sub-cycle mid-infrared conical emission from filamentation in gases// Opt. Express. 2012. Vol. 20. P. 24741.

14. Voronin A.A., Fedotov I.V., Kobelke J., Jager M., Schuster K., Fedotov A.

B., Bartelt H., Zheltikov A.M. Polarization instability of ultrashort pulses as a source of vectorial supercontinuum// Opt. Lett. 2012. Vol. 37. Pp. 5163-5165.

15. Zheltikov A.M., Shneider M.N., Voronin A.A., Sokolov A.V., Scully M.O. Remote steering of laser beams by radar- and laser-induced refractive-index gradients in the atmosphere// Las. Phys. Lett. 2012. Vol. 9. Pp. 68-72.

16. Fedotov I.V., Lanin A.A., Voronin A.A., Grigor'ev V.V., Mityurev A.K., Khatyrev N.P., Kravtsov V.E., Sidorov-Biryukov D.A., Tikhomirov S.V., Fedotov A.B., Zheltikov A.M. Ultrafast nonlinear-optical metrology of specialty fibers: parallel multimode fiber dispersion tracing by cross-correlation frequency-resolved optical gating// Las. Phys. Lett. 2012. Vol. 9. Pp. 39-43.

17. FangX.-H, Hu M.-L., Liu B.-W., Chai L, Wang C.-Y., Wei H.-F, Tong W.-J., Luo J., Sun C.-K., Voronin A. A., Zheltikov A. M. An all-photonic-crystal-fiber wavelength-tunable source of high-energy sub-100 fs pulses// Optics Communications 2013. Vol. 289. Pp. 123-126.

18. Voronin A. A., Zheltikov A. M. Signal contrast in coherent Raman scattering: Optical phonons versus biomolecules// J. Appl. Phys. 2012. Vol. 112. Pp. 053101.

19. Kartashov D., Alisauskas S., Pugzlys A., Voronin A., Zheltikov A., Petrarca M., Bejot P., Kasparian J., Wolf J.-P., Baltuska A. White light generation over three octaves by femtosecond filament at 3.9 fim in argon// Opt. Lett. 2012. Vol. 37. Pp. 3456-3458.

20. Kartashov D., Alisauskas S., Pugzlys A., Voronin A. A., Zheltikov A. M., Baltuska A. Third- and fifth-harmonic generation by mid-infrared ultrashort pulses: beyond the fifth-order nonlinearity// Opt. Lett. 2012. Vol. 37. Pp. 2268-2270.

21. Shneider, M. N., Voronin, A. A., Zheltikov, A. M. Modeling the action-potential-sensitive nonlinear-optical response of myelinated nerve fibers and short-term memory// J. Appl. Phys. 2011. Vol. 110. P. 094702.

22. Voronin A.A., Fedotov I.V., Doronina-Amitonova L.V., Ivashkina O.I., Zots M.A., Fedotov A.B., Anokhin K.V., Zheltikov A.M. Ionization penalty in nonlinear

Raman neuroimaging// Opt. Lett. 2011. Vol. 36. Pp. 508-510.

23. Zheltikov A. M., Shneider M. N., Voronin A. A., Miles R. B. Laser control of free-carrier density in solids through field-enhanced multiphonon tunneling recombination// J. Appl. Phys. 2011. Vol. 109. P. 033109.

24. Lanin A.A., Voronin A.A., Sokolov V.I., Fedotov I.V., Fedotov A.B., Akhmanov A.S., Panchenko V.Ya., Zheltikov A.M. Slow light on a printed circuit board// Opt. Lett. 2011. Vol. 36. Pp. 1788-1790.

25. Voronin A.A., Zheltikov A.M. Ionization penalty in nonlinear optical bioimaging// Physical Review E. 2010. Vol. 81. P. 051918.

26. Shneider M. N., Voronin A. A., Zheltikov A. M. Action-potential-encoded second-harmonic generation as an ultrafast local probe for nonintrusive membrane diagnostics// Physical Review E. 2010. Vol. 81. P. 031926.

27. Zheltikov A., Savvin A., Lanin A., Voronin A., Fedotov A. Coherent anti-Stokes Raman metrology of phonons powered by photonic-crystal fibers// Optics Letters. 2010. Vol. 35. Pp. 919-921

28. Fedotov I. V., Lanin A. A., Voronin A. A., Fedotov A. B., Zheltikov A. M., Egorov O. N., Semjonov S. L., Pryamikov A. D., Dianov E. M. Generation of 20 fs, 20 MW pulses in the near-infrared by pulse compression using a large-mode-area all-silica photonic band-gap fiber// J. Mod. Opt. Vol. 57. Pp. 1867-1870.

29. Doronina L. V., Fedotov I. V., Voronin A. A., Ivashkina O. I., Zots M. A., Anokhin K. V., Rostova E., Fedotov A. B., Zheltikov A. M. Tailoring the soliton output of a photonic crystal fiber for enhanced two-photon excited luminescence response from fluorescent protein biomarkers and neuron activity reporters// Opt. Lett. 2009. Vol. 34. Pp. 3373-3375.

30. Fedotov I. V., Voronin A. A., Fedotov A. B., Shevandin V. S., Dukel'skii K. V., Zheltikov A. M. Special issue devoted to the 80th birthday of S. A. Akhmanov: Multisoliton supercontinuum from a photonic-crystal fibre as a source of frequency-tunable megawatt femtosecond pulses in the infrared// Quant. Electron.

2009. Vol. 39. Pp. 634-637.

31. Zheltikov A.M., Voronin A.A., Kitzler M., Baltuska A., Ivanov M. Optical detection of interfering pathways in sub-fsec multielectron dynamics// Phys. Rev. Lett. 2009. Vol. 103. P. 033901.

32. Voronin A.A., Zheltikov A.M. Soliton-number analysis of soliton-effect pulse compression to single-cycle pulse widths// Phys. Rev. A. 2008. Vol. 78. P. 063834.

33. Voronin A.A., Zheltikov A.M. Solitons evolving toward few-and single-cycle pulses in photonic-crystal fibers// Las. Phys. 2008. Vol. 18. Pp. 1416-1419.

34. Voronin A.A., Zheltikov A.M., Dynamics of high-power self-similar light pulses in a fiber laser with a carbon-nanotube saturable absorber. Las. Phys. 2008. Vol. 18. P. 1459-1464.

35. Воронин А.А., Желтиков A.M. Динамика самоподобных световых импульсов предельной длительности и энергии в волоконном лазере. ЖЭТФ. 2008. Т. 133, Стр. 687-695.

36. Воронин А.А., Желтиков A.M. Программное обеспечение для численного моделирования формирования и эволюции сверхкоротких световых импульсов в активных и пассивных системах на основе микро- и наноструктуриро-ванных световодов// Российские Нанотехнологии. 2008. Т. 3. Стр. 147-153.

37. Fedotov А.В., Voronin A.A., Serebryannikov Е.Е., Fedotov I.V., Mitrofanov А.V., Ivanov A.A., Sidorov-Biryukov D.A., Zheltikov A.M. Multifrequency third-harmonic generation by red-shifting solitons in a multimode photonic-crystal fiber// Phys. Rev. E. 2007. Vol. 75. P. 016614.

Личный вклад автора Содержание диссертации и основные положения, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора в опубликованные работы. Подготовка к публикации полученных результатов проводилась совместно с соавторами, причём вклад диссертанта был определяющим. Все представленные в диссертации теоретические результаты получены лично автором.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, 4 глав, заключения и библиографии. Общий объем диссертации 132 страницы, из них 80 страниц текста, включая 33 рисунка. Библиография включает 190 наименований на 15 страницах.

Обзор литературы

Генерация мощных перестраиваемых по частоте солитонов в фо-тонно-кристаллических волокнах с твердотельной сердцевиной.

Возникающие при спектральном преобразовании сверхкоротких лазерных импульсов в фотонно-кристаллических (ФК) волокнах нелинейно-оптические солитонные эффекты [5, 30] дают возможность эффективной генерации суперконтинуума [6, 31, 32] и генерации перестраиваемых по частоте импульсов [7]. На основе этих явлений возможно создание удобных волоконных источников излучения для нелинейной спектроскопии [8, 33-40], мультиплексной когерентной микроскопии комбинационного рассеяния света [9], визуализации биологических объектов и эндоскопии [10], а так же для оптической информации и телекоммуникационных технологий [3]. Источники суперконтинуума и солитонные преобразователи частоты, построенные на основе ФК волокон, в последние несколько лет широко применялись в оптической метрологии [22], стабилизации фазы огибающей сверхкоротких лазерных импульсов [23], синхронизации импульсов накачки и затравки в процессе параметрического усиления чирпированных импульсов длительностью в несколько периодов поля [4]. Однако энергия выходящих из ФК волокон спектрально преобразованных импульсов обычно достаточно мала, что серьёзно ограничивает спектр приложений подобных источников света в науке и оптических технологиях. В частности, перспективными элементами для многих задач являются преобразователи частоты сверхкоротких лазерных импульсов, основанные на солитонном самосдвиге частоты (ССЧ) [11] в ФК волокнах. Условие стабильного распространения солитона обусловливается балансом между волноводной дисперсией и нелинейностью, определяющим типичный диапазон энергий спектрально преобразованных импульсов в пределах от десятков до сотен пикоджоулей. Проблема увеличения энергии импульсов может быть

частично решена с помощью полых ФК волокон [5, 30], которые могут обеспечить стабильность солитонных режимов распространения для мегаваттных [41], и даже субгигаваттных [42] уровней пиковых мощностей импульсов. Это определяет перспективы их использования при разработке лазерных систем высокой мощности [43], в нелинейной микроскопии [44], при транспортировке мощных лазерных импульсов для обработки материалов [45] и для биомедицинских приложений [46]. Однако использование полых ФК волокон в полностью волоконных лазерных системах сталкивается проблемами, связанными с возбуждением поверхностных мод [47] и трудностями их сопряжения с остальными волоконными компонентами. В диссертационной работе продемонстрировано, что специальным образом выбирая архитектуру волокон, управляя их дисперсионными и нелинейными свойствами можно значительно увеличить мощность сдвинутых по частоте солитонов. Проведённый и проверенный экспериментально [48] численный анализ показывает, что пиковая мощность перестраиваемых по частоте солитонов в ФК волокне может достичь мегаваттного уровня.

Самосдвиг частоты солитонов.

Рамановский эффект в материале оптического волокна приводит к возникновению запаздывающей части оптической нелинейности, индуцируя красный сдвиг сверхкоротких лазерных импульсов, распространяющихся в волокне. В режиме аномальной дисперсии это явление, известное как солитон-ный сдвиг частоты [11, 49, 50], позволяет перестраивать длину волны коротких лазерных импульсов в широком спектральном диапазоне. Показано, что удобные и эффективные устройства для сдвига частоты, основанные на сильнонелинейных ФК волокнах [1, 7] дают много перспективных возможностей для удобных и компактных волоконных источников для нелинейной микроскопии [21], разрешённой по времени спектроскопии [2], а также пара-

метрического усиления чирпированных импульсов начальной длительности несколько оптических периодов поля [4]. В диссертационной работе определено, что сохранение числа фотонов при вынужденном комбинационном рассеянии, приводящее к понижению энергии спектрального сдвинутых в длинноволновую область световых импульсов, существенно уменьшает величину и скорость солитонного сдвига частоты. Выведены аналитические соотношения для скорости сохраняющего число фотонов солитонного сдвига частоты в волокне с произвольными спектральными профилями комбинационного усиления и дисперсии и показано, что эти соотношения хорошо согласуются с результатами численного моделирования обобщённого нелинейного уравнения Шредингера.

Спектральная интерференция сдвигающихся по частоте солитонов в фотонно-кристаллических волокнах.

Генерация ультракоротких световых импульсов с высоким контрастом и высоким качеством временной огибающей требует не только широкого спектра, но так же и подходящего профиля спектральной фазы электромагнитного поля [25]. Известно, что спектральный профиль нелинейной фазы при фазовой само- и крооссмодуляции [51], так же как и при вынужденном комбинационном рассеянии высоких порядков [52], позволяет генерацию импульсов длиной в несколько периодов. Также известно, что генерация нужным образом сфазированных гармоник высокого порядка позволяет генерировать ат-тоеекундные импульсы [28]. Но наиболее богатый спектральный состав в генерируемом излучении часто получается в режимах, которые включают в себя комбинацию нескольких нелинейно-оптических процессов [12]. Наиболее яркими примерами подобного типа взаимодействий являются генерация суперконтинуума в филаментах [14, 53] или высоконелинейных волокнах [13, 54]. В этих работах показано, что специальные режимы спектрального уширения,

получаемого благодаря фпламентацип, подходят для генерации импульсов длительностью несколько периодов поля [16]. Для сжатия суперконтинуума, полученного в высоконелинейном волокне, была также применена адаптивная техника на основе алгоритмов поиска оптимальной фазы, что позволило получить импульс в нескольких периодов поля [55]. Однако, в общем случае профиль спектральной фазы суперконтинуума шириной в несколько октав имеет тенденцию быть чрезмерно сложным для целей прямой компрессии и получения сверхкоротких спектрально ограниченных импульсов. Взаимодействие нескольких нелинейно-оптических процессов, вовлеченных в спектральное уширение лазерного импульса, становится особенно сложным в режиме аномальной дисперсии [12, 13, 54]. Здесь нелинейный фазовый набег может быть скомпенсирован дисперсионным фазовым набегом, что приводит к образованию солитонов во временной структуре поля. Так как запаздывающая часть оптической нелинейности приводит к постоянному красному спектральному сдвигу этих солитонов, в длинноволновой части суперконтинуума преобладают перекрывающиеся спектры сдвинутых по частоте солитонов [13, 54]. Подобный режим динамического баланса между дисперсией и нелинейностью, ведущей к изоляции фазы каждого отдельного солитона от фазы других солитонов и не солитонной части поля, обычно рассматривается как неблагоприятный для эффективного сжатия импульса. В диссертационной работе показано, что сдвинутые по частоте солитоны на выходе из высоконелинейного фотонно-кристаллического волокна [1, 30] приводят к образованию в выходном спектре интерференционных полос высокой видно-сти, указывающих на гладкий спектральный профиль каждого отдельного солитона. Проведенное численное моделирование, проверенное экспериментально [56], открывает предпосылки для развития новой многообещающей методики управления и формирования профиля сверхкоротких импульсов в волоконном формате, а также технологию синтеза импульсов длительностью

в несколько периодов поля с помощью когерентного сложения сдвинутых по частоте солитонов, полученных в сильнонелинейном волокне.

Спектральная компрессия перестраиваемых по частоте солитонов в фотонно-кристаллических волокнах.

Для многих биомедицинских, спектроскопических и технологических приложений лазерных источников света, включая волоконные лазеры и усилители, параметры лазерного излучения должны быть точно согласованы по центральной длине волны и ширине спектра с исследуемым объектом, визуализируемым биологическим образцом или согласованы со следующим уровнем системы усиления. Такие оптические процессы, как эффективная генерация нелинейного рамановского сигнала при когерентной рамановской микроскопии [2, 21, 57], оптимальное усиление излучения волоконных лазеров [24], или передача оптической информации без искажений через телекоммуникационные сети [58], часто требуют спектрального сужения световых импульсов одновременно с возможностью перестройки их центральной частоты. Как показано в ранних работах спектральное сужение сверхкоротких лазерных импульсов может быть реализовано в оптических волокнах с использованием фазовой самомодуляции отрицательно чирпированных входных импульсов накачки [59-61]. Этот метод спектральной компрессии недавно осуществлён как в твердотельных микроструктурированных волокнах [62, 63], так и в полых фотонно-кристаллических волокнах [64]. В диссертационной работе численными расчётами продемонстрировано, что фемтосекундные лазерные импульсы могут быть спектрально сжаты в режиме солитонного сдвига частоты [11] вызванного эффектом комбинационного рассеяния в волокне. В сильно нелинейном микроструктурированном (МС) волокне продемонстрирован коэффициент сжатия спектра 6,5 для солитонов длительностью 50 фс и центральной длиной волны 1270 нм (типичных не усиленных импульсов ла-

зера на кристалле хром-форстерита), сдвинутых в область длин волны 1.58 мкм за счёт ССЧ. Результаты численных расчетов подтверждены экспериментально [65].

Стабилизация солитонного самосдвига частоты в фотонно-кристал-лических волокнах.

Обладающие сильной нелинейностью фотонно-кристаллические волокна [1, 30] являются подходящим материалом для создания компактных и эффективных преобразователей частоты, использующихся в микроскопии, спектроскопии, микроскопии биологических структур [2, 8, 21, 44, 66-69], оптических линиях связи [3, 70] а также в физике сверхкоротких импульсов и технологиях на их основе [4, 71]. Наиболее широко использующиеся способы сдвига частоты в ФК волокнах - генерация суперконтинуума [6, 13, 54], генерация боковой полосы при четырёхволновом взаимодействии [72, 73], солитонная трансформация сверхкоротких импульсов, включая солитонный самосдвиг частоты [7, 74] и испускание дисперсионных волн солитонами [75]. Широкие возможности управления дисперсией и нелинейностью, обеспечиваемое ФК волокнами, [76], является главным преимуществом для разработки реальных волоконных источников световых сигналов, способных генерировать световые импульсы в пределах широкого диапазона длин волн и длительностей импульсов, и их приложений. Передовые технологии производства ФК волокон позволяют создавать поразительно разнообразные волоконные профили [1, 5, 30]. Для твёрдо-сердцевинных ФК волокон желаемый дисперсионный профиль обычно создаётся [76-78] выбором подходящей геометрии оболочки волоконного световода, а также варьированием размеров и формы сердцевины волокна. Как показано в последних работах [79-88], способы создания ФК волокна с определённой дисперсией могут быть улучшены с помощью точного создания дефектов - воздушных полостей в сердцевине волокна. Этот

подход недавно применён для создания ФК волокна со сверхгладкими профилями дисперсии групповой скорости [80], включая микроструктурированные волокна с большой площадью моды [81, 84], а также для управления нелинейностью и коэффициентом усиления волокна. Способы управления ФК волокнами на нано уровне для оптимизации генерации суперконтинуума намечены Фросцом и др. [85]. Показано [86], что ФК волокна с твёрдой сердцевиной, имеющей кольцевидную область наноразмерных воздушных полостей-дефектов, позволяют точно управлять дисперсионными профилями волноводных мод для эффективного нелинейно-оптического преобразования частоты фем-тосекундных лазерных импульсов, получая генерацию сигналов с требуемыми центральными длинами волн на выходе из волокна. В диссертационной работе численными расчетами показано, что управление волоконной дисперсией и нелинейностью, основанное на модификации сердцевины ФК волокна воздушными полостями помогает оптимизировать компоненты ФК волокна для стабильного относительно флуктуаций мощности накачки солитонного сдвига частоты. Результаты численных расчетов подтверждены экспериментально [89].

Нелинейно-оптический отклик в фотонно-кристаллических волокнах с заполненной жидкостью сердцевиной.

Заполненные жидкостями волноводные структуры давно известны и широко используются в нелинейной оптике. В особенности, капиллярные волноводы заполненные жидкостями с сильными нелинейно-оптическими свойствами применялись в ранних экспериментах по фазовой самомодуляции [90] и комбинационному рассеянию [91]. В большинстве последующих работ интерес к волноводам, заполненным находящимися в жидкой фазе материалами, еще более возрос. Во-первых, известно, что множество жидкостей имеют высокую оптическую нелинейность [92]. Заполнение волноводов подобными материа-

лами открывает отличные перспективы для значительного увеличения эффективности нелинейно-оптических процессов в волноводах [93-95]. Во-вторых, известно, что оптическая нелинейность жидкостей инициирует различные типы сложных молекулярных движений [96]. Множество фундаментальных вопросов о соотношении между молекулярной динамикой и оптической нелинейностью жидкостей до сих пор открыты [97]. Волноводные структуры являются удобной базой для экспериментальных исследований этих фундаментальных аспектов нелинейной оптики в веществах в жидкой фазе на различных временных масштабах [98, 99]. Технология фотонно-кристаллических волокон [1, 30] увеличивает эффективности и предлагает новые возможности применения волноводов заполненных жидкостями в приложениях нелинейной оптики [100]. Недавно продемонстрировано эффективное вынужденное комбинационное рассеяние в полом ФК волокне, заполненном этанолом [101], а также показана эффективная генерация суперконтинуума в заполненном водой ФК волокне лазерным импульсом накачки с длиной волны вблизи нуля дисперсии групповой скорости воды [102]. Дисперсионные соотношения в заполненном жидкостью ФК волокне и подобных волноводах, включая волноводы созданные для эффективного нелинейно-оптического преобразования лазерных импульсов, теоретически проанализированы в работах [103, 104]. В диссертационной работе продемонстрировано, что вещества в жидкой фазе могут значительно изменить нелинейно-оптический отклик от волноводной структуры относительно типичного нелинейного отклика кварцевого волновода. Численными расчетами, проверенными экспериментально [105], показано, что сильная инертность оптической нелинейности, как характеристика сильно-нелинейной жидкости, приводит к сдвинутому в красную область спектральному уширению на выходе из волокна, зависящему от длительности входного импульса. Этот спектральный сдвиг остается сильным при длительности входного импульса больше нескольких сотен фемтосекунд.

Взаимодействие оптического солитона и импульсио возбуждённых молекулярных колебаний.

Современные лазеры способны генерировать световые импульсы длительностью несколько периодов оптического поля [106], обеспечивая уникальные возможности для детектирования, анализа и контроля самых быстрых движений атомов в молекулярных системах [107], а также непосредственных исследованих! с временным разрешением аттосекундной динамики электронов в газах и твердых телах [28]. Увеличение интенсивности излучения таких лазерных систем и расширение области применений оптики сверхбыстрых процессов к реальным сложным системам, состоящим из многих тел с большим количеством степеней свободы, требует развития эффективных и практически осуществимых методов нелинейно-оптических спектральных преобразований световых импульсов длительностью в несколько оптических периодов поля. В диссертационной работе показано, что взаимодействие сверхкороткого импульса поля с когерентно возбужденной комбинационно-активной средой позволяет генерировать перестраиваемые по частоте мультигигаватт-ные световые импульсы длительностью меньше половины периода оптического поля. Рамановский эффект в газах, как показано [52, 108-111], позволяет получить поле длительностью нескольких и одного оптического периодов. С другой стороны, известно, что оптическая нелинейность рамановского типа в кварцевых волокнах вызывает непрерывный длинноволновой сдвиг центральной частоты генерируемого солитона [11]. Было показано, что внут-риимпульсное вынужденное комбинационное усиление в полых капиллярах [112-114] и полых фотонно-кристаллических [41, 44] волноводах индуцирует красный спектральный сдвиг мощных световых импульсов, обеспечивая перспективные возможности для эффективно преобразования частоты сверхкоротких импульсов, а также методику реализации полностью оптической синхронизации накачки и затравочного импульса в системе оптического па-

раметрического усиления импульсов длительностью несколько оптических периодов [4, 71]. В диссертационной работе численным моделированием показано, что в заполненном газом полом волноводе со специально подобранной дисперсией, нелинейностью, поглощением и ионизацией, солитонные эффекты могут усилить взаимодействие между импульсом длительностью меньше одного периода поля и сверхбыстрыми молекулярными колебаниями, предотвращая дисперсионное увеличение длительности оптических импульсов. В результате динамического развития такого связанного состояния возможна генерация перестраиваемых по частоте мультигигаваттных световых импульсов длительности меньше половины оптического периода в полом волноводе с аномальной дисперсией без дополнительной компрессии.

Компрессия мультимиллиджоулевых сверхкоротких лазерных импульсов в полых волноводах.

Реализация методов компрессии лазерных импульсов привела к генерации импульсов длительностью около одного оптического периода центральной длины волны 800 нм и открыла путь в область физики интенсивных аттосекундных полей [25]. В отличие от титан-сапфировых усилителей лазерных импульсов, иттербиевые усилители с диодной накачкой открывают перспективные возможности увеличения мощности из-за низкого квантового дефекта (например, « 5% для УЬ:СаР2 усилителя, накачиваемого на длине волны 980 нм [115]). К тому же, большая длительность оптического периода в иттербиевых системах имеет преимущество перед 800 нм лазерными системами в большей пондеромоторной энергии. Ключевой недостаток сверхкоротких импульсов иттербиевых систем - узкая полоса усиления допиро-ванных иттербием материалов, что вместе с сужением спектра при усилении импульса до миллиджоулевого уровня ограничивает минимальную длительность импульса непосредственно после усилителя около 200 фс. Таким об-

разом, использование нелинейного метода компрессии импульса становится неизбежным чтобы сделать фемтосекундные иттербиевые лазерные системы пригодными для приложений в области физики сильных полей. Уширение спектра импульса фазовая самомодуляцией в заполненном газом полом волноводе - развитый метод для генерации импульсов длительностью несколько оптических периодов поля субмиллиджоулевой энергии [116, 117]. Недавно этот метод применен к иттербиевой лазерной системе с большой частотой повторения, в которой получена генерация 50-кГц 70-фс 200-мкДж 2-ГВт импульсов, прошедших через заполненный ксеноном полый волновод и компрессор с чирпированными зеркалами [118, 119]. В диссертационной работе численным расчетом моделировано спектральное уширение и последующая компрессия милиджоулевых импульсов, полученных в новом широкополосном одностадийном Yb;Na:CaF2 усилителе [115]. В сравнении с результатами, опубликованными для иттербиевых волоконных усилителей с большой частотой повторения [118, 119], достигнуто сорокакратное увеличение пиковой мощности импульсов и получена компрессия мультимиллиджоулевых импульсов до длительности 20 фс. Результаты численных расчетов подтверждены экспериментами группы А. Балтушки [120].

Филаментационная компрессия сверхкоротких лазерных импульсов.

Филаментация сверхкоротких лазерных импульсов [14, 15, 53, 121-130] - одно из наиболее интересных открытий в современной оптике. Как физическое явление, оно включает сложную, сильно взаимосвязанную пространственно-временную динамику импульсов оптического поля в нелинейных быстро ионизирующихся средах, порождая уникальные режимы сверхбыстрой электродинамики [131-134]. Эти режимы распространения сверхкоротких импульсов открывают перспективные решения для передачи энергии электро-

магнитного излучения на большие расстояния [26] и удаленного зондирования атмосферы [27]. В оптике сверхбыстрых процессов филаментация лазерного излучения находит все больше применений как мощный метод компрессии импульсов [16, 135-139], позволяя возможность генерации импульсов с длительностями в несколько периодов оптического поля со стабильной фазой огибающей с высокой пиковой мощностью внутри широкого диапазона частот от дальнего ультрафиолетового (УФ) [17, 140] до ближнего и среднего инфракрасного (ИК) [18, 141, 142]. Основное ограничение метода компрессии импульсов, основанного на филаментации, связано с сильным пространственным чирпом, приобретаемым лазерным пучком в процессе филаментации [14, 53]. Как следствие, обычно необходима пространственная фильтрация с помощью диафрагмы для выбора параксиальной части пучка, которая дает самую высокую эффективность компрессии импульса. Такое диафрагмирование пучка значительно уменьшает энергию сжатых импульсов, снижая эффективность преобразования энергии от входного пучка к выходному сжатому пучку. В диссертационной работе численным моделированием определён перспективный сценарий компрессии импульса с помощью филаментации, в котором компенсация расстройки групповых скоростей слабо расходящегося лазерного пучка в хвостовой части импульса и сильно расходящегося пучка в центральной части импульса позволяет получить компрессию сверхкоротких лазерных импульсов с высоким энергетическим выходом. Результаты численных расчетов подтверждены экспериментально группой А. Балтушки [143].

Волоконная компрессия импульсов в среднем инфракрасном спектральном диапазоне.

Быстро развивающиеся лазерные технологии двигают науку о сверхбыстрых процессах, позволяя генерацию предельно коротких импульсов поля [28] огромных интенсивностей [29]. Эффективность взаимодействия лазера с ве-

гцеством растет по закону /А2, где I - интенсивность поля, Л - длина волны излучения, поэтому важной задачей является поиск практического решения проблемы генерации сверхкоротких импульсов с большой длиной волны и высокой мощностью, эти поиски привели к возрождению газовых лазеров, работающих в среднем ИК диапазоне [19, 144]. Известно, что столкновительное уширение вращательных и колебательных линий активной среде СО2 лазеров, дает широкую спектральную полосу для эффективного усиления пикосе-кундных лазерных импульсов [20, 145]. Газовые лазеры, использующие этот принцип, недавно достигли тераваттного уровня пиковой мощности [19, 144], открывая перспективные возможности ускорения частиц до релятивистских скоростей и исследования новых интересных режимов взаимодействия лазерного поля с веществом. Тем не менее, спектральные полосы усиления СО2 лазеров, даже при высоких давлениях газа, слишком узки для генерации импульсов среднего ИК диапазона длительностью порядка нескольких колебаний поля, что ограничивает применимость мощных СО2 лазеров в науке о сверхбыстрых процессах и ее приложениях. В диссертационной работе численным моделированием показано, что спектральное уширение лазерных импульсов в заполненном газом полом волокне [116] может быть использовано для компрессии генерируемого на современных газовых лазерах 10.6-мкм импульса высокой энергии до нескольких колебаний поля. Показано, что такой метод компрессии импульса с точным контролем ионизации в заполненной газом сердцевине волокна и в диэлектрической оболочке обладает важными преимуществами над сжатием сверхкоротких импульсов среднего ИК диапазона фокусировкой пучка [146], где интенсивность поля и электронную плотность контролировать гораздо сложнее. Передача излучения среднего ИК диапазона с низким уровнем потерь возможна в широком классе полых волноводов, включая волокна с полимерным, металлическим и полупроводниковым внутренним покрытием [147, 148], полые волноводы с оболочкой из

материалов с показателем преломления меньше единицы [149, 150], а так же недавно разработанные полые фотонно-кристаллические волноводы [151].

Заключение диссертации по теме «Лазерная физика», Воронин, Александр Александрович

Заключение

Основными результатами и выводами диссертационной работы являются:

I. Управление дисперсией и нелинейностью микроструктурированных световодов с большой площадью моды обеспечивает одномодовый режим генерации импульсов пиковой мощности несколько сотен киловатт. Показана генерация перестраиваемых в спектральном диапазоне 1300 -1800 нм соли-тонных импульсов с пиковой мощностью до 300 кВт и длительностью 25 фс, что составляет около 4 оптических периода, в ФК волокне со сплошной сердцевиной эффективной площади моды 20 мкм2. Результаты численного анализа проверены экспериментально [48] для генерации 1650-нм 2-нДж 65-фс импульсов пиковой мощностью выше 80 кВт.

II. Самоукручение заднего фронта сверхкороткого светового импульса приводит к замедлению солитонного самосдвига частоты, обусловленного вынужденным комбинационным усилением длинноволновой части спектра со-литона в сильно нелинейном волокне. Расчитанный с учетом эффекта само-укручения солитонный сдвиг частоты 10-фс 100-пДж лазерных импульсов, распространяющихся в сильно нелинейном ФК волокне со сплошной сердцевиной в 1.8 раз меньше, чем расчитанный без учета этого эффекта. Выведены простые аналитические выражения для солитонного сдвига частоты, учитывающие сохранение числа фотонов при вынужденном комбинационном усилении, позволяющие вычислить величину и скорость солитонного сдвига частоты для произвольных спектральных профилей волоконной дисперсии и ра-мановского усиления без численного решения уравнения эволюции импульса. Точность приближенного аналитического подхода к вычислению солитонного сдвига частоты проверена численным решением обобщенного нелинейного уравнения Шредингера и составляет около 1 %.

III. Солитонный самосдвиг частоты в сильно нелинейных световодах при условиях нормальной дисперсии третьего порядка сопровождается сужением спектра солитонного импульса. Коэффициент компрессии спектра достигает 20 при смещении центральной длины волны 7-фс 800-нм солитонного импульса до 1500 нм в сильно нелинейном микроструктурированном волокне. Расчеты проверены экспериментом [65], в котором получена спектральная компрессия в 6.5 раз смещенных за счет эффекта вынужденного комбинационного усиления на центральную длину волны 1.58 мкм солитонов от неусиленных импульсов длительностью 50 фс и центральной длинной волны 1270 нм лазера на кристалле хром-форстерита.

IV. Явление самосдвига частоты в многосолитонном режиме распространения излучения в микроструктурированных световодах когерентным сложением солитонов позволяет реализовать синтез импульсов длительностью несколько оптических периодов мегаваттного уровня мощности. Анализ эксперимента [56] показывает, что смещенные по частоте за счет эффекта вынужденного комбинационного усиления солитонные импульсы на выходе сильно нелинейного ФК волокна образуют в выходном спектре интерференционные полосы высокой видности, свидетельствующие о гладком спектральном профиле каждого отдельного солитона. Предложен новый метод синтеза импульсов длительностью в несколько циклов поля с помощью когерентного сложения сдвинутых по частоте солитонов, сгенерированных в высоконелинейном волокне. Методом численного моделирования показано, что 100-фс 1250-нм 30-нДж лазерные импульсы, прошедшие через 5-см отрезок ФК волокна эффективной площади моды 20 мкм2, формируют на выходе несколько интерферирующих солитонов, которые после добавления простого пятиступенчатого спектрального профиля групповой задержки в световом модуляторе, когерентно складываясь, образуют 10-фс 1900-нм 11.7 нДж одиночный импульс.

V. Спектральное отталкивание солитонного импульса, вызванное смещённой в длинноволновую часть спектра дисперсионной волной, образующейся в результате солитонной нестабильности, обусловленной волоконной дисперсией высоких порядков, стабилизирует солитонный сдвиг частоты в сильно нелинейном ФК волокне с воздушной наноразмерной полостью в сердцевине по отношению к колебаниям мощности накачки. Рассчитан устойчивый солитонный сдвиг частоты 50-фс 800 нм лазерных импульсов в волокне с диаметром сердцевины 2.3 мкм, модифицированной 900 нм воздушной полостью, при котором стабилизированная длина волны солитона 960 нм на выходе ФК волокна не чувствительна к изменениям энергии импульсов накачки в диапазоне от 60 до 100 пДж. Результаты расчетов подтверждены экспериментально [89]. Методом численного моделирования получена компрессия 70-пДж импульсов длительностью 30 - 570 фс в волокне с приведенными выше параметрами до длительности 16 фс.

VI. Сильная инерция оптической нелинейности в заполненном жидкостью волокне приводит к ассиметричному уширению спектра с усилением длинноволновой части спектра на выходе волокна, зависящему от длительности импульса. Расчитанное по аналитическим формулам ассиметричное спектральное уширение 200-фс 6-нДж лазерных импульсов в полом фотонно-кри-сталлическом волокне с диаметром сердцевины 4 мкм, заполненном сильно нелинейной жидкостью, хорошо согласуется с экспериментом [105].

VII. Взаимодействие сверхкороткого лазерного импульса и импульсно возбужденных сверхбыстрых молекулярных колебаний комбинационно-активной среды в полой сердцевине волновода позволяет генерацию перестраиваемых по частоте световых импульсов мультигигаваттной мощности длительностью меньше половины оптического периода. В результате такого взаимодействия формируется связанное состояние, динамика которого подвержена сильному влиянию солитонных эффектов, препятствующих увеличению длительности лазерных импульсов больше длительности периода оптического поля и обеспечивающих эффективное импульсное возбуждение сверхбыстрых молекулярных колебаний рамановского типа на больших дистанциях распространения в заполненном газом полом волноводе. Получена генерация перестраиваемых в спектральном диапазоне 800 - 980 нм световых импульсов мультигигаваттной мощности длительностью меньше половины оптического периода поля в результате взаимодействия сверхкороткого лазерного импульса и импульсно возбужденных сверхбыстрых молекулярных колебаний рамановски-активной среды в полой сердцевине волновода диаметра 200 мкм длины 30 см, заполненном водородом при давлении 0.05 атм.

VIII. Сопровождающаяся фотоионизацией фазовая самомодуляция муль-тимиллиджоулевых импульсов в полой сердцевине заполненного инертным газом волновода позволяет реализовать уширение спектра, достаточное для высокоэффективной компрессии импульса до длительности несколько оптических периодов в обычном решеточном компрессоре. Получено спектральное уширение 200-фс 1030-нм мультимиллиджоулевых лазерных импульсов в заполненном газом полом оптическом волокне с диаметром сердцевины 300 мкм длины 1 м и их последующая компрессия до длительности 20 фс с 60 % энергетической эффективностью. Результаты расчетов проверены экспериментально [120].

IX. Физический механизм, в котором слабо расходящаяся волна, возникающая в хвостовой части импульса, догоняет сильно расходящуюся компоненту, возникающую в центральной части импульса, позволяет увеличить энергетическую эффективность филаментационной компрессии сверхкоротких лазерных импульсов и осуществить компрессию миллиджоулевых суб-100-фс импульсов до 20-25-фс импульсов с энергетической эффективностью 70 %. Результаты трехмерного суперкомпьютерного численного моделирования подтверждены экспериментально [143].

X. Увеличение критической мощности нелинейно-оптического взаимодействия мод полого волновода с длиной волны позволяет осуществить в нём сопровождающееся туннельной и лавинной ионизацией фазовую самомодуляцию субджоулевых 2-пс 10.6-мкм импульсов и их последующую компрессию до длительности около одного оптического периода и пиковой мощности 8.3 тераватт простой компенсацией парабалического набега спектральной фазы в обычном решеточном компрессоре.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Воронин, Александр Александрович, 2013 год

Литература

1. Russell P. S. J. // Science. 2003. Vol. 299. Pp. 358-362.

2. Sidorov-Biryukov D. A., Serebryannikov E. E., Zheltikov A. M. // Opt. Lett. 2006. Vol. 31. P. 2323.

3. Petropoulos P., Monro T. M., Belardi W., Furusawa K., Lee J. H., Richardson D. J. // Opt. Lett. 2001. Vol. 26. Pp. 1233-1235.

4. Teisset C., Ishii N., Fuji T., Metzger T., Kohler S., Holzwarth R., Baltuska A., Zheltikov A., Krausz F. // Opt. Express. 2005. Vol. 13. P. 6550.

5. Russell P. S. J. // J. Lightwave Technol. 2006. Vol. 24. Pp. 4729-4749.

6. Ranka J. K., Windeler R. S., Stentz A. J. // Opt. Lett. 2000. Vol. 25. Pp. 25-27.

7. Liu X., Xu C., Knox W. H., Chandalia J. K., Eggleton B. J., Kosinski S. G., Windeler R. S. // Opt. Lett. 2001. Vol. 26. Pp. 358-360.

8. Zheltikov A. M. // J. Raman Spectrosc. 2007. Vol. 38. Pp. 1052-1063.

9. Andresen E. R., Paulsen H. N., Birkedal V., J.Thogersen, Keiding S. R. // J. Opt. Soc. Am. B. 2005. Vol. 22. P. 1934.

10. Tai S., Chan M., Tsai T., Guol S., Chen L., Sun C. // Opt. Express. 2004. Vol. 12. Pp. 6122 6128.

11. Agrawal G. P. Nonlinear Fiber Optics. San Diego: Academic, 2001.

12. Zheltikov A. M., Huillier A. L., Krausz F. Handbook of Lasers and Optics // Ed. by F. Trager. New York: Springer, 2007.

13. Dudley J. M., Genty G., Coen S. // Rev. Mod. Phys. 2006. Vol. 78. P. 1135.

14. Berge L., Skupin S., Nuter R., Kasparian J., Wolf J.-P. // Rep. Prog. Phys. 2007. Vol. 70. P. 1633.

15. Braun A., Korn G., Liu X., Du D., Squier J., Mourou G. // Opt. Lett. 1995. Vol. 20. P. 73.

16. Hauri C. P., Kornelis W., Helbing F. W., Heinrich A., Couairon A., Mysy-rowicz A., Biegert J., Keller U. // Appl. Phys. B. 2004. Vol. 79. P. 673.

17. Berge L., Skupin S. // Opt. Lett. 2008. Vol. 33. P. 750.

18. Mwcke O. D., Alisauskas S., Verhoef A. J., Pugilys A., Baltuska A., Smil-gevicius V., Pocius J., Giniunas L., Danielius R., Forget N. // Opt. Lett. 2009. Vol. 34. P. 2498.

19. Pogorelsky I. V., Yakimenko V., Polyanskiy M., Shkolnikov P., Ispiryan M., Neely D., McKenna P., Carroll D., Najmudin Z., Willingale L. // Phys. Res.

A. 2010. Vol. 620. P. 67.

20. Corkum P. B. // IEEE J. Quantum Electron. 1985. Vol. 21. P. 216.

21. Andresen E. R., Birkedal V., Thogersen J., Keiding S. R. // Opt. Lett. 2006. Vol. 31. Pp. 1328 1330.

22. Udem T., Holzwarth R., Hansch T. // Nature. 2002. Vol. 416. Pp. 233-237.

23. Jones D., Diddams S., Ranka J., Stentz A., Windeier R., Hall J., Cundiff S. // Science. 2000. Vol. 288. Pp. 635-639.

24. Limpert J., Gabler T., Liem A., Zellmer H., Tunnermann A. // Appl. Phys.

B. 2002. Vol. 74. P. 191.

25. Brabec T., Krausz F. // Rev. Mod. Phys. 2000. Vol. 72. P. 545.

26. Rodriguez M., Bourayou R., Mejean G., J. Kasparian J. Y., Salmon E., Scholz A., Stecklum B., Eisloffel J., Laux U., Hatzes A. P., Sauerbrey R., Woste L., Wolf J.-P. // Phys. Rev. E. 2004. Vol. 69. P. 036607.

27. Kasparian J., Rodriguez M., G. Mejean J. Y., Salmon E., Wille H., Bourayou R., Frey S., Andre Y. B., Mysyrowicz A., Sauerbrey R., Wolf J. P., Woeste L. // Science. 2003. Vol. 301. P. 61.

28. Corkum P. B., Krausz F. // Nature Phys. 2007. Vol. 3. P. 381.

29. Tajima T., Mourou G. // Phys. Rev. ST Accel. Beams. 2002. Vol. 5. P. 031301.

30. Knight J. C. // Nature London. 2003. Vol. 424. P. 847.

31. Kamynin V., Kurkov A., Mashinsky V. // Las. Phys. Lett. 2012. Vol. 9. Pp. 219-222.

32. A. S. Kurkov E. M. S., V. A. Kamynin, Marakulin A. V. // Las. Phys. Lett. 2011. Vol. 8. P. 754.

33. Kurkov A. S., Dvoyrin V. V., Marakulin A. V. // Opt. letters. 2010. Vol. 35. Pp. 490-492.

34. Chamorovskiy A., Marakulin A. V., Ranta S., Tavast M., Rautiainen J., Leinonen T., Kurkov A. S., Okhotnikov O. G. // Opt. letters. 2012. Vol. 37. Pp. 1448-1450.

35. Turitsyn S. K., Bednyakova A. E., Fedoruk M. P., Latkin A. I., Fotiadi A. A., Kurkov A. S., Sholokhov E. // Opt. Express. 2011. Vol. 19. Pp. 8294-8405.

36. Okhrimchuk A. G., Mezentsev V. K., Dvoyrin V. V., Kurkov A. S., Sholokhov E. M., Turitsyn S. K., Shestakov A. V., Bennion I. // Opt. letters. 2009. Vol. 34. Pp. 3881-3883.

37. Bogatyrev V., Bubnov M., Dianov E., Kurkov A., Mamyshev P., Prokhorov A., Rumyantsev S., Semenov V., Semenov S., Sysoliatin A., Chernikov S., Guryanov A., Devyatykh G., Miroshnichenko S. // IEEE Journal of Lightwave Technology. 1991. Vol. 9. Pp. 561-566.

38. Kurkov A., Sadovnikova Y., Marakulin A., Sholokhov E. // Las. Phys. Lett. 2010. Vol. 7. Pp. 795-797.

39. Kurkov A., Sholokhov E., Sadovnikova Y. // Las. Phys. Lett. 2011. Vol. 8. Pp. 598-600.

40. Chamorovskiy A. Y., Marakulin A. V., Kurkov A. S., Okhotnikov O. G. // Las. Phys. Lett. 2012. Vol. 9. P. 602.

41. Ouzounov D. G., Ahmad F. R., Muller D., Venkataraman N., Gallagher M. T., Thomas M. G., J. Silcox K. W. K., Gaeta A. L. // Science. 2003. Vol. 301. Pp. 1702-1704.

42. Fedotov A., Serebryannikov E. E., Zheltikov A. M. // Phys. Rev. A. 2007. Vol. 76. P. 053811.

43. Limpert J., Schreiber T., Nolte S., Zellmer H., Tunnermann A. // Opt. Express. 2003. Vol. 11. Pp. 3332-3337.

44. Ivanov A. A., Podshivalov A. A., Zheltikov A. M. // Opt. Lett. 2006. Vol. 31. Pp. 3318-3320.

45. Luan F., Knight J., Russell P., Campbell S., Xiao D., Reid D., Mangan B., Williams D., Roberts P. // Opt. Express. 2004. Vol. 12. Pp. 835-840.

46. Konorov S. O., Mitrokhin V. P., Fedotov A. B., Sidorov-Biryukov D. A., Beloglazov V. I., Skibina N. B., Shcherbakov A. V., Wintner E., Scalora M., Zheltikov A. M. // Appl. Opt. 2004. Vol. 43. Pp. 2251-2256.

47. Smith С. M., Venkataraman N., Gallagher M. Т., Muller D., West J. A., Bor-relli N. F., Allan D. C., Koch K. W. // Nature. 2003. Vol. 424. Pp. 657-659.

48. Fedotov А. В., Voronin A. A., Fedotov I. V., Ivanov A. A., Zheltikov A. M. // Opt. Lett. 2009. Vol. 34. P. 851.

49. Mitschke F. M., Mollenauer L. F. // Opt. Lett. 1986. Vol. 11. Pp. 659-661.

50. Dianov E. M., Karasik A. Y., Mamyshev P. V., Prokhorov A. M., Serkin V. N., Stelmakh M. F., Fomichev A. A. // JETP Lett. 1985. Vol. 41. Pp. 294-297.

51. The principles of nonlinear optics // Ed. by Y. Shen. New York: Wiley, 1984.

52. Zhavoronkov N., Korn G. // Phys. Rev. Lett. 2002. Vol. 88. P. 203901.

53. Couairon A., Mysyrowicz A. // Phys. Reports. 2007. Vol. 441. P. 47.

54. Желтиков A. // Успехи Физических Наук. 2007. Т. 177. С. 737-762.

55. Schenkel В., Paschotta R., Keller U. // J. Opt. Soc. Am. B. 2005. Vol. 22. P. 687.

56. Voronin A. A., Fedotov I. V., Fedotov А. В., Zheltikov A. M. // Opt. Lett. 2009. Vol. 34. P. 569.

57. Evans, Xie X. S. // Rev. Anal. Chem. 2008. Vol. 1. P. 883.

58. Cundiff S. Т., Collings В. C., Boivin L., Nuss M. C., Bergman K., Knox W. H., Evangelides S. G. // J. Lightwave Technol. 1999. Vol. 17. P. 811.

59. Oberthaler M., Hopfel R. A. // Appl. Phys. Lett. 1993. Vol. 63. P. 1017.

60. Planas S. A., Mansur N. L. P., Cruz C. H. B., Fragnito H. L. // Opt. Lett. 1993. Vol. 18. P. 699.

61. Washburn B. R., Buck J. A., Ralph S. E. // Opt. Lett. 2000. Vol. 25. P. 445.

62. Andresen E. R., Thogersen J., Keiding S. R. // Opt. Lett. 2005. Vol. 30. P. 2025.

63. Sidorov-Biryukov D. A., Fernandez A., L. Zhu A. P., Serebryannikov E. E., Baltuska A., Zheltikov A. M. // Opt. Express. 2008. Vol. 16. P. 2502.

64. Rusu M., Okhotnikov O. G. // Appl. Phys. Lett. 2006. Vol. 89. P. 091118.

65. Fedotov A. B., Voronin A. A., Fedotov I. V., Ivanov A. A., Zheltikov A. M. // Opt. Lett. 2009. Vol. 34. P. 662.

66. Paulsen H. N., Hilligsoe K. M., Thogersen J., Keiding S., Larsen J. J. // Opt. Lett. 2003. Vol. 28. Pp. 1123-1125.

67. Konorov S. O., Akimov D. A., Serebryannikov E. E., Ivanov A. A., Alfi-mov M. V., Zheltikov A. M. // Phys. Rev. E. 2004. Vol. 70. P. 057601.

68. Kano H., Hamaguchi H. // Opt. Express. 2005. Vol. 13. Pp. 1322-1327.

69. von Vacano B., Wohlleben W., Motzkus M. // Opt. Lett. 2006. Vol. 31. Pp. 413-415.

70. Konorov S. O., Akimov D. A., Zheltikov A. M., Ivanov A. A., Alfimov M. V., Scalora M. // Opt. Lett. 2005. Vol. 30. Pp. 1548-1550.

71. Serebryannikov E. E., Zheltikov A. M., Ishii N., Teisset C. Y., Kohler S., Fuji T., Metzger T., Krausz F., Baltuska A. // Phys. Rev. E. 2005. Vol. 72. P. 056603.

72. Coen S., Chau A. H. L., Leonhardt R., Harvey J. D., Knight J. C., Wadsworth W. J., Russell R S. J. // J. Opt. Soc. Am. 2002. Vol. 19. Pp. 753-764.

73. Wadsworth W. J., Joly N., Knight J. C., Birks T. A., Biancalana F., Russell P. S. J. // Opt. Express. 2004. Vol. 12. Pp. 299-309.

74. Reid D. T, Cormack I. G, Wadsworth W. J., Knight J. C, Russell P. S. J. // J. Mod. Opt. 2002. Vol. 49. Pp. 757-767.

75. Herrmann J., Griebner U., Zhavoronkov N., Husakou A., Nickel D., Knight J. C., Wadsworth W. J., Russell P. S. J., Korn G. // Phys. Rev. Lett. 2002. Vol. 88. P. 173901.

76. Reeves W. H., Skryabin D. V., Biancalana F., Knight J. C., Russell P. S. J., Omenetto F. G., Efimov A., Taylor A. J. // Nature. 2003. Vol. 424. Pp. 511-515.

77. Ferrando A., Silvestre E., Miret J. J., Andres P. // Opt. Lett. 2000. Vol. 25. Pp. 790-792.

78. Reeves W., Knight J., Russell P., Roberts P. // Opt. Express. 2002. Vol. 10. Pp. 609 613.

79. Wiederhecker G., Cordeiro C., Couny F., Benabid F., Maier S., Knight J. C., Cruz C. H. B., Fragnito H. L. // Nat. Photonics. 2007. Vol. 1. Pp. 115-118.

80. Saitoh K., Florous N., Koshiba M. // Opt. Express. 2005. Vol. 13. Pp. 8365-8371.

81. Saitoh K., Florous N. J., Koshiba M. // Opt. Lett. 2006. Vol. 31. Pp. 26-28.

82. Zheltikov A. M. // Appl. Phys. B. 2006. Vol. 84. Pp. 69-74.

83. Serebryannikov E. E., Zheltikov A. M. // J. Opt. Soc. Am. B. 2006. Vol. 23. Pp. 1700-1707.

84. Florous N., Saitoh K., Koshiba M. // Opt. Express. 2006. Vol. 14. Pp. 901-913.

85. Frosz M. H., Sorensen T., Bang O. // J. Opt. Soc. Am. B. 2006. Vol. 23. Pp. 1692-1699.

86. Fedotov A. B., Serebryannikov E. E., Ivanov A. A., Zheltikov A. M. // Appl. Opt. 2006. Vol. 45. Pp. 6823 6830.

87. Li Y., Hu M., Wang C., Zheltikov A. M. // Opt. Express. 2006. Vol. 14. Pp. 10878-10886.

88. Serebryannikov E. E., Zheltikov A. M. // J. Opt. Soc. Am. B. 2006. Vol. 23. Pp. 1882-1887.

89. Liu B.-W., Hu M.-L., Fang X.-H., Li Y.-F., Chai L., Wang C.-Y., Tong W., Luo J., Voronin A. A., Zheltikov A. M. // Opt. Express. 2008. Vol. 16. Pp. 14987-14996.

90. Ippen E., Shank C., Gustafson T. // Appl. Phys. Lett. 1974. Vol. 24. P. 190.

91. Schaefer J., Chabay I. // Opt. Lett. 1979. Vol. 4. P. 227.

92. Hellwarth R. // Prog. Quantum Electron. 1979. Vol. 5. P. 1.

93. Bridges T., Chraplyvy A., Bergman J., Jr., Hart R. // Opt. Lett. 1982. Vol. 7. P. 566.

94. He G., Prasad P. // Phys. Rev. A. 1990. Vol. 41. P. 2687.

95. He G., Xu G. // IEEE J. Quantum Electron. 1992. Vol. 28. P. 323.

96. McMorrow D., Lotshaw W., Kenney-Wallace G. // IEEE J. Quantum Electron. 1988. Vol. 24. P. 443.

97. Heisler I., Correia R., Buckup T., Cunha S., da Silveira N. // J. Chem. Phys. 2005. Vol. 123. P. 054509.

98. He G., Burzynski R., Prasad P. // J. Chem. Phys. 1990. Vol. 93. P. 7647.

99. He G., Casstevens M., Burzynski R., Li X. // Appl. Opt. 1995. Vol. 34. P. 444.

100. Kerbage C., Eggleton B. // Appl. Phys. Lett. 2003. Vol. 82. P. 1338.

101. Yiou S., Delaye P., Rouvie A., Chinaud J., Frey R., Roosen G., Viale P., Fevrier S., Roy P., Auguste J.-L., Blondy J.-M. // Opt. Express. 2005. Vol. 13. P. 4786.

102. Bozolan A., de Matos C., Cordeiro C., dos Santos E., Travers J. // Opt. Express. 2008. Vol. 16. P. 9671.

103. Zhang R., Teipel J., Giessen H. // Opt. Express. 2006. Vol. 14. P. 6800.

104. Xu Y., Chen X., Zhu Y. // Opt. Express. 2008. Vol. 16. P. 9205.

105. Voronin A., Mitrokhin V., Ivanov A., Fedotov A., Sidorov-Biryukov D., Be-loglazov V., Alfimov M., Ludvigsen H., Zheltikov A. // Laser Phys. Lett. 2010. Vol. 7. Pp. 46-49.

106. Goulielmakis E. // Science. 2007. Vol. 317. P. 769.

107. Itatani J. // Nature (London). 2004. Vol. 432. P. 867.

108. Korn G., Duhr O., Nazarkin A. // Phys. Rev. Lett. 1998. Vol. 81. P. 1215.

109. Wittmann M., Nazarkin A., Korn G. // Phys. Rev. Lett. 2000. Vol. 84. P. 5508.

110. Harris S. E., Sokolov A. V. // Phys. Rev. Lett. 1998. Vol. 81. P. 2894.

111. Sokolov A. V. // Phys. Rev. Lett. 2002. Vol. 85. P. 562.

112. Herrmann J., Nazarkin A. // Opt. Lett. 1994. Vol. 19. P. 2065.

113. Kaiosha V. P., Herrmann J. // Phys. Rev. Lett. 2000. Vol. 85. P. 1226.

114. Kaiosha V. P., Herrmann J. // Phys. Rev. A. 2003. Vol. 68. P. 023812.

115. Pugzlys A., Andriukaitis G., Baltuska A., Su L., Xu J., Li H., Li R., Lai W. J., Phua P. B., Marcinkevicius A., Fermann M. E., Giniunas L., Danielius R., Alisauskas S. // Opt. Lett. 2009. Vol. 34. P. 2075.

116. Nisoli M, Silvestri S. D., Svelto O. // Appl. Phys. Lett. 1996. Vol. 68. P. 2793.

117. Nisoli M., Silvestri S. D., Svelto O., Szipocs R., Ferencz K., Spielmann C., Sartania S., , Krausz F. // Opt. Lett. 1997. Vol. 22. P. 522.

118. Hadrich S., Rothhardt J., Eidam T., Limpert J., Tunnermann A. // Opt. Express. 2009. Vol. 17. P. 3913.

119. Hadrich S., Krebs M., Nolte S., Limpert J., Tunnermann A. Advanced Solid-State Photonics. OSA Technical Digest Series (CD) (Optical Society of America), 2010.

120. Andriukaitis G., Kartashov D., Lorenc D., Pugilys A., Baltuska A., Giniunas L., Danielius R., Limpert J., Clausnitzer T., Kley E.-B., Voronin A., Zheltikov A. // Opt. Lett. 2011. Vol. 36. P. 1914.

121. Ионин А. // УФН. 2012. Т. 182. С. 773-781.

122. Чекалин С., Кандидов В. // УФН. 2013. Т. 183. С. 133-152.

123. Гейнц Ю., A.A. А. 3., Иоиин, Кудряшов С., Селезнев JL, Синицын Д., Сунчугашева Е. // ЖЕТФ. 2010. Т. 138. С. 822.

124. Гейнц Ю., Землянов А., Изюмов Н., Ионин А., Кудряшов С., Селезнев Л., Синицын Д., Сунчугашева Е. // ЖЕТФ. 2013. Т. 143. С. 228.

125. Ионин А. А., Кудряшов С. И., Макаров С. В., Селезнев Л. В., Синицын Д. В. // Письма в ЖЕТФ. 2009. Т. 90. С. 467-472.

126. Ионин А. А., Кудряшов С. И., Селезнев Л. В., Синицын Д. В. // Письма в ЖЕТФ. 2009. Т. 90. С. 199-203.

127. Зворыкин В. Д., Ионин А. А., Кудряшов С. И., Пономарев Ю. Н., Селезнев Л. В., Синицын Д. В., Тихомиров Б. А. // Письма в ЖЕТФ. 2008. Т. 88. С. 10-13.

128. Бирюков А., Панов Н., Волков М., Урюпина Д., Волков Р., Косарева О., Савельев-Трофимов А. // Квантовая Электроника. 2011. Т. 41. С. 958-962.

129. Панов Н., Косарева О., Савельев-Трофимов А., Урюпина Д., Пережо-гин И., Макаров В. // Квантовая Электроника. 2011. Т. 41. С. 160-162.

130. Чижов П., Волков Р., Букин В., Ушаков А., Гарнов С., Савельев-Трофимов А. // Квантовая Электроника. 2013. Т. 43. С. 347-349.

131. Akozbek N., Iwasaki A., Becker A., Scalora М., Chin S. L., Bowden С. М. // Phys. Rev. Lett. 2002. Vol. 89. P. 143901.

132. Becker A., Akozbek N., Vijayalakshmi K., Oral E., Bowden С. M., Chin S. L. // Chin, Appl. Phys. B. 2001. Vol. 73. P. 287.

133. Fedotov А. В., Koroteev N. I., Loy M. M. T., Xiao X., Zheltikov A. M. // Opt. Commun. 1997. Vol. 133. P. 587.

134. Serebryannikov E. E., Verhoef A. J., Mitrofanov A., Baltuska A., Zheltikov A. M. // Phys. Rev. A. 2009. Vol. 80. P. 053809.

135. Couairon A., Biegert J., Hauri C. P., Kornelis W., Helbing F. W., Keller U., Mysyrowicz A. // J. Mod. Opt. 2006. Vol. 53. P. 87.

136. Mysyrowicz A., Couairon A., Keller U. // New J. Phys. 2008. Vol. 10. P. 025023.

137. Goulielmakis E., Koehler S., Reiter В., Schultze M., Verhoef A. J., Serebryannikov E. E., Zheltikov A. M., Krausz F. // Opt. Lett. 2008. Vol. 33. P. 1407.

138. Reiter F., Graf U., Serebryannikov E. E., Schweinberger W., Fiess M., Schultze M., Azzeer A. M., Kienberger R., Krausz F., Zheltikov A. M., Goulielmakis E. // Phys. Rev. Lett. 2010. Vol. 105. P. 243902.

139. Курилова M., Урюпина Д., Мажорова А., Волков Р., Горгуца С., Панов Н., Косарева О., Савельев-Трофимов А. // Квантовая Электроника. 2009. Т. 39. С. 879-881.

140. Fuji T., Suzuki T., Serebryannikov E. E., Zheltikov A. M. // Phys. Rev. А. 2009. Vol. 80. P. 063822.

141. Berge L. // Opt. Express. 2008. Vol. 16. P. 21529.

142. Voronin A. A., Gordienko V. M., Platonenko V. T., Panchenko V. Y., Zheltikov A. M. // Opt. Lett. 2010. Vol. 35. P. 3640.

143. Voronin A. A., Alisauskas S., Miicke O. D., Pugilys A., Baltuska A., Zheltikov A. M. // Phys. Rev. A. 2011. Vol. 84. P. 023832.

144. Haberberger D., Tochitsky S., Joshi C. // Opt. Express. 2010. Vol. 18. P. 17865.

145. Biglov Z. A., Gordienko V. M., Platonenko V. T., Slobodyanyuk V. A., Taranukhin V. D., Ten S. Y. // Izv. Akad. Nauk SSSR, Ser. Fiz. 1991. Vol. 55. P. 337.

146. Gordienko V. M., Platonenko V. T., Sterzhantov A. F. // Quantum Electron. 2009. Vol. 39. P. 663.

147. Abe Y., Matsuura Y., Shi Y.-W., Wang Y., Uyama H., Miyagi M. // Opt. Lett. 1998. Vol. 23. P. 89.

148. Harrington J. A. // Fiber Integrated Opt. 2000. Vol. 19. P. 211.

149. Worrell C. A. // J. Mater. Sci. 1986. Vol. 21. P. 781.

150. Saggese S. J., Harrington J. A., Sigel G. H. // Opt. Lett. 1991. Vol. 16. P. 27.

151. Temelkuran B., Hart S. D., Benoit G., Joannopoulos J. D., Fink Y. // Nature. 2002. Vol. 420. P. 650.

152. Gordon J. P. // Opt. Lett. 1986. Vol. 11. P. 662.

153. Mamyshev P. V., Chernikov S. V. // Opt. Lett. 1990. Vol. 15. P. 1076.

154. Kibler B., Dudley J. M., Coen S. // Appl. Phys. B. 2005. Vol. 81. P. 337.

155. Zheltikov A. M. // Phys. Rev. E. 2007. Vol. 75. P. 037603.

156. Tsoy E. N., de Sterke C. M. // J. Opt. Soc. Am. B. 2006. Vol. 23. P. 2425.

157. Skryabin D. V., Luan F., Knight J. C., Russell R S. J. // Science. 2003. Vol. 301. Pp. 1705-1708.

158. Biancalana F., Skryabin D. V., Yulin A. V. // Phys. Rev. E. 2004. Vol. 70. P. 016615.

159. Blow K. J., Wood D. // IEEE J. Quantum Electron. 1989. Vol. 25. P. 2665.

160. Zheltikov A. M. // Opt. Lett. 2007. Vol. 32. P. 2052.

161. Furusawa K., Malinowski A., Price J., Monro T., Sahu J., Nilsson J., Richardson D. // Opt. Express. 2001. Vol. 9. P. 714.

162. Sudmeyer T., Brunner F., Innerhofer E., Paschotta R., Furusawa K., Baggett J. C., Monro T. M., Richardson D. J., Keller U. // Opt. Lett. 2003. Vol. 28. P. 1951.

163. Mitrofanov A., Ivanov A., Alfimov M., Podshivalov A., Zheltikov A. // Opt. Commun. 2007. Vol. 280. P. 453.

164. Poletti F., Finazzi V., Monro T. M., Broderick N. G. R., Tse V., Richardson D. J. // Opt. Express. 2005. Vol. 13. P. 3728.

165. Musin R., Zheltikov A. // Opt. Commun. 2008. Vol. 281. P. 567.

166. Voronin A. A., Zheltikov A. M. // Opt. Lett. 2008. Vol. 33. Pp. 1723-1725.

167. Lucek J. K., Blow K. J. // Phys. Rev. A. 1992. Vol. 45. P. 6666.

168. Dudovich N., Oron D., Silberberg Y. // Nature. 2002. Vol. 418. P. 512.

169. Karasawa N., Nakamura S., Nakagawa N., Shibata M., Morita R., Shigekawa H., Yamashita M. // IEEE J. Quantum Electron. 2001. Vol. 37. Pp. 398-404.

170. Efimov A., Taylor A., Omenetto F., Yulin A., Joly N., Biancalana F., Skryabin D., Knight J., Russell P. // Opt. Express. 2004. Vol. 12. Pp. 6498-6507.

171. A.Wai P., Chen H. H., Lee Y. C. // Phys. Rev. A. 1990. Vol. 41. Pp. 426-439.

172. Akhmediev N., Karlsson M. // Phys. Rev. A. 1995. Vol. 51. Pp. 2602-2607.

173. Zheltikov A. // Opt. Lett. 2008. Vol. 33. Pp. 839-841.

174. Skryabin D. V., Biancalana F., Bird D. M., Benabid F. // Phys. Rev. Lett. 2004. Vol. 93. P. 143907.

175. Fedotov I. V., Fedotov A. B., Zheltikov A. M. // Opt. Lett. 2006. Vol. 31. Pp. 2604-2606.

176. Gorbach A. V., Skryabin D. V. // Opt. Express. 2008. Vol. 16. Pp. 4858-4865.

177. Gustafson T., Taran J., Haus H., Lifsitz J., Kelley P. // Phys. Rev. 1969. Vol. 177. P. 306.

178. Ricci M., Bartolini P., Chelli R., Cardini G., Califano S., Righini R. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2001. Vol. 3. P. 2795.

179. Bonifacio R., Caloi R. M., Maroli C. // Opt. Commun. 1993. Vol. 101. P. 185.

180. Brabec T., Krausz F. // Phys. Rev. Lett. 1997. Vol. 78. P. 3282.

181. Keldysh L. V. // Zh. Eksp. Teor. Fiz. 1964. Vol. 47. P. 1945.

182. Hsu C.-Y., Lin H. J., Wang S.-Y. // Chem. Phys. Lett. 1988. Vol. 145. P. 374.

183. Lehmeier H. J., Leupacher W., Penzkofer A. // Opt. Commun. 1985. Vol. 56. P. 67.

184. Geissler M., Tempea G., Scrinzi A., Schnurer M., Krausz F., Brabec T. // Phys. Rev. Lett. 1999. Vol. 83. P. 2930.

185. Perelomov A. M., Popov V. S., Terent'ev M. V. // Zh. Eksp. Teor. Fiz. 1966. Vol. 50. P. 1393.

186. Dalgarno A., Kingston A. E. // Proc. R. Soc. London, Ser. A. 1960. Vol. 259. P. 424.

187. Berge L., Skupin S. // Phys. Rev. Lett. 2008. Vol. 100. P. 113902.

188. Serebryannikov E. E., Goulielmakis E., Zheltikov A. M. // New J. Phys. 2008. Vol. 10. P. 093001.

189. Tempea G., Brabec T. // Opt. Lett. 1998. Vol. 23. P. 762.

190. Tempea G., Brabec T. // Opt. Lett. 1998. Vol. 23. P. 1286.