Интерферометрическая диагностика фемтосекундной лазерной микроплазмы в газовых средах
Диссертация
Получены экспериментальные зависимости радиального распределения электронной плотности от времени для фемтосекундной лазерной микроплазмы оптического пробоя газов (воздух, азот, аргон и гелий) при различных давлениях (от 1 до 10 атм). Зарегистрирован процесс распространения возбуждающего импульса и создаваемого им фронта ионизации через каустику фокусирующей системы. Обнаружено явление… Читать ещё >
Список литературы
- P.B. Corkum, F. Krausz. «Attosecond science», Nature Physics, 3, 6, pp.381 387 (2007).
- P. Antoine, A. L’Huillier, M. Lewenstein. «Attosecond Pulse Trains Using High-Order Harmonics», Phys. Rev. Lett. 77, 7, pp. 1234−1237 (1996).
- G. Sansone, E. Benedetti, F. Calegari, C. Vozzi, L. Avaldi, R. Flammini, L. Poletto, P. Villoresi, C. Altucci, R. Velotta, S. Stagira, S. De Silvestri, M. Nisoli. «Isolated Single-Cycle Attosecond Pulses», Science, 314, 5798, pp.443−446 (2006).
- T. Pfeifer, L. Gallmann, M.J. Abel, D.M. Neumark, S.R. Leone. «Single attosecond pulse generation in the multicycle-driver regime by adding a weak second-harmonic field», Opt. Lett., 31, 7, pp.975−977 (2006).
- T. Tajima, J.M. Dawson. «Laser electron accelerator», Phys. Rev. Lett., 43, 4, pp.267—270 (1979).
- V. Malka, J. Faure, Y.A. Gauduel, E. Lefebvre, A. Rousse, K.T. Phuoc. «Principles and applications of compact laser-plasma accelerators», Nature
- Physics 4, 6, pp.447−453 (2008). 5i
- S.P.D. Mangles, C.D. Murphy, Z. Najmudin, A.G.R. Thomas, J.L. Collier, A.E. Dangor, E.J. Divall, P. S. Foster, J.G. Gallacher, C.J. Hooker, D.A. Jaroszynski, A.J. Langley, W.B. Mori, P.A. Norreys, F.S. Tsung, R. Viskup,
- B.R. Walton, К. Krushelnick. «Monoenergetic beams of relativistic electrons from intense laser-plasma interactions», Nature, 431, 7008, pp.535−538 (2004).
- Под ред. В. Я. Панченко. «Глубокое каналирование и филаментация мощного лазерного излучения в веществе». М.: Интерконтакт Наука, 2009, 266 с.
- В.П. Кандидов, С. А. Шлёнов, О. Г. Косарева. «Филаментация мощного фемтосекундного лазерного излучения», Квант, электроника, 39, 3, сс.205−228 (2009).
- A. Couairon, A. Mysyrowicz. «Femtosecond filamentation in transparent media», Phys. Rep., 441, 2−4, pp.47−189 (2007).
- J. Peatross, S. Backus, J. Zhou, M.M. Murnane, H.C. Kapteyn. «Spectral-spatial measurements of fundamental and third-harmonic light of intense 25-fs laser pulses focused in a gas cell», JOSA B, 15, 1, pp.186−192 (1998).
- S. Soubacq, P. Pignolet, E. Schall, J. Batina. «Investigation of a gas breakdown process in a laser-plasma experiment», J. Phys. D: Appl. Phys., 37, 19, p.2686 (2004).
- L.M. Davis, L.Q. Li, D.R. Keefer. «Picosecond resolved evolution of laser breakdown in gases», J. Phys. D: Appl. Phys., 26, 2, p.222 (1993).
- V. Margetic, T. Ban, F. Leis, K. Niemax, R. Hergenroder. «Hydrodynamic expansion of a femtosecond laser produced plasma», Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, 58, 3, pp.415−425 (2003).
- C.W. Siders, G. Rodriguez, J.L.W. Siders, F.G. Omenetto, A.J. Taylor. «Measurement of Ultrafast Ionization Dynamics of Gases by Multipulse Interferometric Frequency-Resolved Optical Gating», Phys. Rev. Lett., 87, 26, p.263 002 (2001).
- P. Rambo, J. Schwarz, J.C. Diels. «Interferometry with two-dimensional spatial and high temporal resolution», Opt. Commun., 197, 1−3, pp.145−159 (2001).
- M. Борн, Э. Вольф. Основы оптики. M.: Наука, 1973, 719 с.
- Под ред. Р. Хаддстоуна, С. Леонарда. Диагностика плазмы. М.: Мир, 1967, с. 442.
- Под ред. Т. В. Куколева. Диагностика плазмы. М.: Атомиздат, 1968, с. 447.
- М.М. Скотников. Теневые количественные методы в газовой динамике. М.: Наука, 1976, с. 160.
- Ч. Вест. Голографисеская интерферометрия. М.: Мир, 1982, 497 с.
- Под ред. Р. К. Эрф. Голографические неразрушающие исследования. М.: Машиностроение, 1979, 448 с.
- J.P. Geindre, P. Audebert, S. Rebibo, J.C. Gauthier. «Single-shot spectral interferometry with chirped pulses», Opt. Lett., 26, 20, pp.1612−1614 (2001).
- L. Lepetit, G. Cheriaux, M. Joffre. «Linear techniques of phase measurement by femtosecond spectral interferometry for applications in spectroscopy», JOSAB, 12, 12, pp.2467−2474 (1995).
- C.A. Ахманов, В. А. Выслоух, A.C. Чиркин. Оптика фемтосекундных лазерных импульсов. М.: Наука, 1988. 312 с.
- М.Р. Rimmer, С.М. King, D.G. Fox. «Computer Program for the Analysis of Interferometric Test Data», Appl. Opt., 11, 12, pp.2790−2796 (1972).
- D.W. Robinson. «Automatic fringe analysis with a computer image-processing system», Appl. Opt., 22, 14, pp.2169−2176 (1983).
- T. Yatagai, S. Nakadate, M. Idesawa, H. Saito. «Automatic Fringe Analysis Using Digital Image Processing Techniques», Opt. Eng. 21,3, pp.432−435 (1982).
- В.И. Гужов, С. П. Ильиных. «Компьютерная интерферометрия: Учебное пособие». Новосибирск: НГТУ 2004.
- М. Takeda, Н. Ina, S. Kobayashi. «Fourier-transform method of fringe-pattern analysis for computer-based topography and interferometry», J. Opt. Soc. Am. 72, 1, pp.156−160 (1982).
- К.A. Nugent. «Interferogram analysis using an accurate fully automatic algorithm», App. Opt., 24, 18, pp.3101−3105 (1985).
- P. Tomassini, A. Giulietti, L.A. Gizzi, R. Numico, M. Galimberti, D. Giulietti, M. Borghesi. «Application of novel techniques for interferogram analysis to laser-plasma femtosecond probing», Laser and Particle Beams, 20, 2, pp.195−199 (2002).
- Z. Wang, H. Ma. «Advanced continuous wavelet transform algorithm for digital interferogram analysis and processing», Opt. Eng., 45, 4, p.45 601 (2006).
- J. Kasparian, M. Rodriguez, G. Mejean, J. Yu, E. Salmon, H. Wille, R. Bourayou, S. Frey, Y.B. Andre, A. Mysyrowicz, R. Sauerbrey, J.P. Wolf, L. Woste. «White-Light Filaments for Atmospheric Analysis», Science, 301, 5629, pp.61−64 (2003).
- A. Brodeur, C.Y. Chien, F.A. Ilkov, S.L. Chin, O.G. Kosareva, V.P. Kandidov. «Moving focus in the propagation of ultrashort laser pulses in air», Opt. Lett., 22, 5, pp.304−306 (1997).
- JI.B. Келдыш. Ионизация в поле сильной электромагнитной волны. ЖЭТФ, 47, с. 1945 (1964).
- Н.Б. Делоне, В. П. Крайнов. Нелинейная ионизация атомов лазерным излучением. М.: Физматлит, 2001, 312 с.
- M. Kolesik, D.E. Roskey, J.V. Moloney. «Conditional femtosecond pulse collapse for white-light and plasma delivery to a controlled distance», Opt. Lett., 32, 18, pp.2753−2755 (2007).
- S. Tzortzakis, M.A. Franco, Y.B. Andre, A. Chiron, B. Lamouroux, B.S. Prade, A. Mysyrowicz. «Formation of a conducting channel in air by selfguided femtosecond laser pulses», Phys. Rev. E, 60, 4, pp. R3505-R3507 (1999).
- F. Theberge, W. Liu, P.Tr. Simard, A. Becker, S.L. Chin. «Plasma density inside a femtosecond laser filament in air: Strong dependence on external focusing», Phys. Rev. E, 74, 3, p.36 406 (2006).
- Y.H. Chen, S. Varma, T.M. Antonsen, H.M. Milchberg. «Direct Measurement of the Electron Density of Extended Femtosecond Laser Pulse-Induced Filaments», Phys. Rev. Lett., 105, 21, p.215 005 (2010).
- S. Klimentov, P. Pivovarov, V. Konov, D. Walter, M. Kraus, F. Dausinger. «Spectral dependences of conical emission in gases: Minimization of scattering for ultra-short pulsed laser ablation», Las. Phys., 19, 6, pp. 12 821 287 (2009).
- В.А.Грибков, В. Я. Никулин, Г. В. Склизков. Методика двухлучевого интерферометрического исследования осесимметричных конфигураций плотной плазмы. «Квантовая электроника», № 6, 1971
- А.Н.Тихонов, В. Я. Арсенин. Методы решения некорректных задач. М.:Наука, 1979
- С. Keyser, G. Schriever, M. Richardson, E. Turcu. «Studies of high-repetition-rate laser plasma EUV sources from droplet targets», Appl. Phys. A., 77, 2, pp.217−221 (2003).
- M.S. Tillack, K.L. Sequoia, Y. Tao. «Geometric effects on EUV emissions in spherical and planar targets», J. Phys.: Conf. Ser., 112, 4, p.42 060 (2008).
- M. Centurion, Y. Pu, Z. Liu, D. Psaltis, T.W. Hansch. «Holographic recording of laser-induced plasma», Opt. Lett., 29, 7, pp.772−774 (2004).
- P. Bellanda, C. De Michelisa, M. Mattiolia. «Holographic interferometry of laser produced plasmas using picosecond pulses», Optics Commun., 3, 1, pp.7−8, (1971).
- D.T. Attwood, L.W. Coleman. «Microscopic interferometry of laser-produced plasmas», Appl. Phys. Lett., 24, 9, pp.408−410, (1974).
- H. Azechi, S. Oda, К. Tanaka, T. Norimatsu, T. Sasaki, T. Yamanaka, C. Yamanaka. «Measurement of Density Modification of Laser-Fusion Plasmas», Phys. Rev. Lett., 39, 18, pp.1144−1147 (1977).
- D.T. Attwood, D.W. Sweeney, J.M. Auerbach, P.H.Y. Lee. «Interferometric Confirmation of Radiation-Pressure Effects in Laser-Plasma Interactions», Phys. Rev. Lett., 40, 3, pp. 184−187 (1978).
- D.T. Attwood. «Diagnostics for the laser fusion program — Plasma physics on the scale of microns and picoseconds», IEEE Jornal of Quantum Electronics, QE-14, 12, pp.909−923 (1978).
- A. Raven, O. Willi. «Electron-Density Structures in Laser-Produced Plasmas at High Irradiances», Phys. Rev. Lett., 43, 4, pp.278−282 (1979).
- Н.Г. Власов, C.B. Корчажкин, Р. Б. Мацонашвили, B.M. Петряков, С. С. Соболев, С. Ф. Чалкин. «Пикосекундная интерферометрия лазерной плазмы», Оптика и спектроскопия, 59, 4, сс.934−937 (1985).
- Y.L. Shao, T. Ditmire, J.W.G. Tisch, E. Springate, J.P. Marangos, M.H.R. Hutchinson. «Multi-keV Electron Generation in the Interaction of Intense Laser Pulses with Xe Clusters», Phys. Rev. Lett., 77, 16, pp.3343−33 461 996).
- T. Ditmire, E.T. Gumbrell, R.A. Smith, A. Djaoui, M.H.R. Hutchinson. «Time-Resolved Study of Nonlocal Electron Heat Transport in High Temperature Plasmas», Phys. Rev. Lett., 80, 4, pp.720−723 (1998).
- D. Breitling, H. Schittenhelm, P. Berger, F. Dausinger, H. Htigel. «Shadowgraphic and interferometric investigations on Nd: YAG laser-induced vapor/plasma plumes for different processing wavelengths», Appl. Phys. A, 69, 7, pp. S505-S508 (1999).
- M.J. Edwards, A.J. MacKinnon, J. Zweiback, K. Shigemori, D. Ryutov, A.M. Rubenchik, K. A. Keilty, E. Liang, B.A. Remington, and T. Ditmire. «Investigation of Ultrafast Laser-Driven Radiative Blast Waves», Phys. Rev. Lett., 87, 8, p.85 004 (2001).
- A. Couairon, L. Berge. «Light Filaments in Air for Ultraviolet and Infrared Wavelengths», Phys. Rev. Lett., 88, 13, p. 135 003−1 (2002).
- R.F. Smith, J. Dunn, J. Nilsen, V.N. Shlyaptsev, S. Moon, J. Filevich, J.J. Rocca, M.C. Marconi, J.R. Hunter, T.W. Barbee. «Picosecond X-Ray Laser Interferometry of Dense Plasmas», Phys. Rev. Lett., 89, 6, p.65 004 (2002).
- S.V. Garnov, A.A. Malyutin, O.G. Tsarkova, V.I. Konov, F. Dausinger. «Ultrafast laser-induced plasma diagnostics with time-spatial-resolved shadow and interferometric techniques», Proc. SPIE 4637, 1, p.31 (2002).
- K.Y. Kim, I. Alexeev, H.M. Milchberg. «Single-shot measurement of laser-induced double step ionization of helium», Opt. Express, 10, 26, pp.15 631 572 (2002).
- M.C. Richardson, C.S. Koay, K. Takenoshita, C. Keyser, R. Bernath, S. George, S. Teerawattanasook. «Diagnostics for laser plasma EUV sources», Proc. SPIE, 5580, p.434 (2005).
- C.W. Siders, S.P. Le Blanc, D. Fisher, T. Tajima, M. C. Downer, A. Babine, A. Stepanov, A. Sergeev. «Laser Wakefield Excitation and Measurement by Femtosecond Longitudinal Interferometry», Phys. Rev. Lett., 76, 19, pp.35 703 573 (1996).
- Л.Д. Ландау, E. M. Лифшиц. Теоретическая физика. T III: Квантовая Механика. Нерелятивистская Теория. М.:Наука (1989).
- D. Bauer, P. Mulser. «Exact field ionization rates in the barrier-suppression regime from numerical time-dependent Schrodinger-equation calculations», Phys. Rev. A, 59, 1, pp.569−571 (1999).
- А.А. Балакин, Г. М. Фрайман. «Тормозное излучение в сильном лазерном поле», ЖЭТФ, 120, 4, сс.797−809 (2001).
- С.А Майоров. «Столкновительный нагрев электронов при фокусировке в газе сверхмощного и сверхкороткого лазерного импульса», Физика плазмы, 27, 4, сс.311−320 (2001).
- A. Brantov, W. Rozmus, R. Sydora, C.E. Capjack, V.Yu. Bychenkov, V.T. Tikhonchuk. «Enhanced inverse bremsstrahlung heating rates in a strong laser field», Phys. of Plasmas, 10, 8, p.3385 (2003).
- G. Rascol, H. Bachau, V. T. Tikhonchuk, H.-J. Kuli, T. Ristow. «Quantum calculations of correlated electron-ion collisions in a strong laser field», Phys. of Plasmas, 13, 10, p. 103 108 (2006).
- R.A. Falk, G. Stefani, R. Camilloni, G.H. Dunn, R.A. Phaneuf, D.C. Gregory, D.H. Crandall. «Measured electron-impact ionization of Be-like ions: B+, C2+, N3+, and 04+», Phys. Rev. A, 28, 1, pp.91−98 (1983).
- D.L. Moores, H. Nussbaumer. «The relevant atomic data», Space Science Reviews 29, 4, pp.379−386 (1981).
- D.H. Crandall, R.A. Phaneuf, B.E. Hasselquist, D.C. Gregory. «Measured cross sections for ionisation of C3+, N4+ and 05+ ions with contribution due to excitation-autoionisation», J. Phys. B: At. Mol. Phys., 12, 7, p. L249 (1979).
- K. Rinn, D.C. Gregory, L.J. Wang, R.A. Phaneuf, A. Muller. «Electron-impact ionization of 05+: Improved measurements», Phys.Rev.A, 36, 2, pp.595−598 (1987).
- T. Kato. «Electron Impact Excitation of Nitrogen and Nitrogen-Like Ions: A Review of Available Data and Recommendations», Atomic data and nuclear data tables, 57, pp. 181−214 (1994).
- C.E. Hudson, K.L. Bell. «Calculated Rate Coefficients for the Electron Impact Excitation of Singly Ionized Nitrogen», Physica Scripta, 71, p.268 (2005).
- R. M. Frost, P. Awakowicz, H.P. Summers, N.R. Badnell. «Calculated cross sections and measured rate coefficients for electron-impact excitation of neutral and singly ionized nitrogen», J. Appl. Phys., 84, 6, pp.2989−3003 (1998).
- R.P. Stafford, K.L. Bell, A. Hibbert. «Electron impact excitation of N III: collision strengths and Maxwellian averaged rate coefficients», J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys., 25, p.5449 (1992).
- C.A. Ramsbottom, K.A. Berrington, A. Hibbert, K.L. Bell. «Electron impact excitation rates for transitions involving the n = 2 and n = 3 levels of beryllium-like NIV», Physica Scripta, 40, p.246 (1994).
- D.C. Griffin, N.R. Badnell, M.S. Pindzola. «Electron-impact excitation of C3+ and 05+: the effects of coupling to the target continuum states», J. Phys. B, 33, p. l013 (2000).
- R. U. Datla, H.-J. Kunze. «Electron-impact excitation and recombination into excited states of lithiumlike ions», Phys. Rev. A, Vol. 37, pp. 4616−4619 (1988).
- В.В. Букин, Н. С. Воробьев, С. В. Гарнов, В. И. Конов, В. И. Лозовой, А. А. Малютин, М. Я. Щелев, И. С. Яцковский. «Динамика формирования и развития фемтосекундной лазерной микроплазмы в газах», Квантовая Электроника, 36,7 (2006) 638−645.
- В.В. Букин, С. В. Гарнов, А. А. Малютин, В. В. Стрелков. «Фемтосекундная лазерная микроплазма оптического пробоя газов: динамика процессов ионизации и постионизации», Квантовая электроника, 37, 10 (2007), 961 966.
- V. V. Bukin, S. V. Garnov, V. V. Strelkov, Т. V. Shirokikh and D. К. Sychev. «Spatio-temporal dynamics of electron density in femtosecond laser microplasma of gases», Laser Physics, 19, 6 (2009), pp.1300−1309.
- S. Bodrov, V. Bukin, M. Tsarev, A. Murzanev, S. Garnov, N. Aleksandrov, A. Stepanov. «Plasma filament investigation by transverse optical interferometry and terahertz scattering». Optics Express, 19, 7 (2011), 6829−6835.
- S.V. Garnov, V.V. Bukin, V.V. Strelkov, A.A. Malyutin. «Femtosecond laser breakdown of gases and transparent solid states: ultrafast space-time and spectrum-time resolved diagnostics of multicharged microplasma», Proc. SPIE 7132, 71320P (2008).
- V. V. Bukin, S. V. Garnov, A. A. Malyutin, D. K. Sytchev, N. S. Vorobiev. «Ultrafast pump-probe interferometry of femtosecond laser microplasma of multiple ionized gases», Proc. SPIE 6606, 660 610 (2007).
- S. V. Garnov, V. V. Bukin, A. A. Malyutin, and V. V. Strelkov. «Ultrafast Space-time and Spectrum-time Resolved Diagnostics of Multicharged Femtosecond Laser Microplasma», AIP Conf. Proc. 1153, p.37 (2009).
- V.V. Bukin, S.V. Garnov, T.V. Nesterova. «Interferometry of femtosecond laser plasma filament». Book of Abstracts of International conference «Fundamentals of Laser Assisted Micro—Nanotechnologies», St. Petersburg-Pushkin (Russia), p.42, 2010.
- V.V. Bukin S.V.Garnov A.A. Malyutin. «Femtosecond laser microplasma of multiply ionized gases». Третий Международный Научный Семинар «Математические модели и моделирование в лазерно-плазменных процессах», Москва, Тезисы докладов, с. 31 (2006).
- S.V. Garnov, V.V. Bukin, А.А. Malytin, V.V. Strelkov. «Gaseous microplasma excited by tightly focused UV femtosecond laser pulses», International Conference on Coherent and Nonlinear Optics (ICONO 2007), Minsk, Book of Abstracts, p.68 (2007).
- S.V. Garnov, V.V. Bukin, A.A. Malyutin, V.V. Strelkov. «Femtosecond laser microplasma: experimental methods of space-time-resolved diagnostics», Conference «Advanced Laser Technologies 2007», Levi (Finland), Book of Abstracts, p. 107 (2007).
- V.V. Bukin, S.V. Garnov, V.V. Strelkov. «Dynamics of high-pressure femtosecond laser microplasma in gases», International Symposium «Topical problems of nonlinear wave physics», Nizhny Novgorod, Book of Abstracts, pp.2−4 (2008).
- V.V. Bukin, S.V. Garnov, T.V. Nesterova. «Interferometry of femtosecond laser plasma filament», International Conference «Fundamentals of Laser Assisted Micro and Nanotechnologies», St. Petersburg-Pushkin (Russia), Book of Abstracts, p.42, (2010).
- S. Bodrov, A. Murzanev, V. Bukin, S. Garnov, A. Stepanov. «Investigation of plasma decay in a filament pro-duced by intense femto-second laser pulse in air», 14 International conference on Laser Optics 2010, St. Peterburg (Russia), ThR5−16, (2010).
- S. Bodrov, A. Murzanev, V. Bukin, S. Garnov, A. Stepanov. «Plasma Density and Plasma Decay after Filamentation of Intense Femtosecond Laser Pulses in Air», 3rd Intern. Symposium on Filamentation, Crete (Greece), Book of Abstracts, p. 146, (2010).