Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
ЗАКЛЮЧЕНИЕМетоды, подходы, экспериментальная техника фемтосекундной лазерной оптики стремительно вторгаются в смежные разделы физики, химию, биологию и технику. Представление о происходящих здесь событиях можно составить, обратившись к трудам конференций и специализированным выпускам журналов, цитируемых во Введении; здесь мы практически не касались этих тем. Разумеется, эту книгу не следует рассматривать и как исчерпывающий обзор современного состояния оптики волновых пакетов предельно малой длительности. Тем не менее завершая ее, мы хотели бы выделить направления исследований, сформировавшихся в самое последнее время и представляющихся особенно многообещающими. Несколько проблем, относящихся как к линейной, так и нелинейной оптике и: практически не нашедших отражения в настоящей книге, заслуживает особого внимания. Рассеяние коротких световых импульсов в статистически неоднородной среде. Следует ли ожидать новых явлений при многократном рассеянии очень коротких световых импульсов в статистически неоднородной среде? Этот вопрос оживленно дискутировался теоретиками и экспериментаторами в последние годы. Интересный аспект проблемы выявился недавно в связи с поисками эффекта локализации фотонов — аналога андерсоновской локализации электронов в неупорядоченных системах. Обращение к коротким световым импульсам, как показано в [1], позволяет развить временную методику регистрации локализации фотонов в сильно рассеивающих средах. Оптика сверхкоротких рентгеновских и электронных импульсов. В этих важных как с физической, так и с прикладной точек зрения разделах рентгеновской и электронной оптики сделаны только первые шаги; пока речь идет, конечно, о линейных нестационарных явлениях. Среди возникающих здесь физических задач следует указать на нестационарное динамическое рассеяние рентгеновских лучей и электронов в совершенных кристаллах. Чрезвычайно информативными обещают быть спектроскопические и структурные исследования, использующие для зондирования вещества короткие рентгеновские импульсы и электронные сгустки. Современная техника генерации таких импульсов во многом опирается на достижения пико- и фемтосекундной оптики. Отметим лишь несколько важных работ. В [2] сообщается о получении коротких импульсов излучения в диапазоне длин волн Некоторые применения оптически индуцированных рентгеновских импульсов приведены в [61, они использовались для спектроскопии сильно возбужденных ионов с временным разрешением Сильные нелинейности, быстрое управление света светом. В большинстве рассмотренных в этой книге задач локальный нелинейный отклик среды считается слабым: в средах с квадратичной нелинейностью В этой ситуации кардинально меняется картина нелинейного распространения и в особенности самовоздействия коротких импульсов. Проявлениями сильной локальной нелинейности, нечетной по полю, могут стать безрезонаторная оптическая бистабильность [9] (возможны, в частности, так называемые бистабильные солитоны [10]) и мультистабильность, стохастическая автомодуляция пакетов — столь разнообразными и сложными становятся самовоздействия в этом случае. Пока все эти явления наблюдаются в нелинейных системах с оптической или гибридной обратной связью [11]. Поразительно многообразной оказывается динамика таких систем. Полное использование трехмерного характера светового поля в системах с двумерной обратной связью позволяет наблюдать широкий класс новых явлений — пространственную оптическую бистабильность и мультистабильность, генерацию динамических периодических пространственных структур и оптическую турбулентность [12]. Тесно примыкают к этим явлениям и интенсивно исследуемые в последнее время поляризационные неустойчивости, мультистабильности и хаос [131. Хотя в большинстве случаев эти новые явления наблюдаются в поле непрерывных и квазинепрерывных источников на сравнительно медленных, а потому и сильных, кубичных нелинейностях, несомненный принципиальный и прикладной интерес представляет переход к сверхкоротким импульсам. Переключение бистабильных устройств, использующих нелинейно-оптические микрорезонаторы с одномерной обратной связью, осуществляется за времена порядка Сверхсильные световые поля — от нелинейной оптики атомов и молекул к нелинейной электронной физике. Генерация сверхсильных световых полей, ставшая возможной благодаря эффективному усилению фемтосекундных импульсов в широкополосных оптических усилителях с высокими мощностями насыщения, открыла совершенно новые возможности перед нелинейной оптикой. Как уже отмечалось в гл. 6, несколько исследовательских групп приступили сейчас к систематическим экспериментам при интенсивностях порядка Характерная «атомная» единица интенсивности
— интенсивность, при которой напряженность светового поля равна кулоновскому полю протона
При Интенсивность ионизуется за время порядка светового периода. Для
где Порог лавинного оптического пробоя В газе пороговая интенсивность лавинного пробоя [16, 17]
Здесь
имеет особое значение для обсуждаемых ниже вопросов. В поле импульса длительности Характерная «релятивистская» интенсивность
энергия осцилляций электрона становится сравнимой с его энергией покоя. Соответственно «релятивистская» интенсивность
характеризует границу релятивистской нелинейной оптики свободных электронов. Для частот, соответствующих видимому диапазону оптического спектра, Приведенные в этой книге материалы показывают, что в уже функционирующих мощных фемтосекундных лазерных системах, фемтосекундных системах «первого поколения», перечисленные характерные интенсивности могут быть превзойдены. По-видимому, в самое ближайшее время будет превышена даже максимальная, в этом ряду — релятивистская интенсивность Сводка современных достижений и перспектив развития техники генерации сверхсильных световых полей с помощью фемтосекундных лазерных систем Таблица (см. скан) Генерация сверхсильных световых полей с помощью фемтосекундных лазерных систем результатах работ, цитированных в гл. 6, и данных, опубликованных недавно в [18, 19], приведена в таблице. Пока бесспорными лидерами остаются эксимерные системы на Успехи последних лет в разработке твердотельных лазеров с широкими линиями усиления позволяют по-новому взглянуть на перспективы мощных твердотельных фемтосекундных систем. В таблице в разделе «экспериментальные достижения» приведены результаты, полученные группой Рочестерского университета в системе, использующей стекло с неодимом [18]. Однако новые лазерные материалы, такие, например, как сапфир с ионами титана (ширина линии усиления составляет около на красителях; в [19] сообщается о получении энергии Реализация предельных возможностей нерезонансной нелинейной оптики прозрачной среды. Ключевой параметр здесь — оптическая прочность среды. Для наносекундных лазерных импульсов при В соответствии с приведенной выше формулой для Действительно, уже при вполне реальной быстрой нелинейной поправке к показателю преломления Неравновесные состояния в полупроводниках и металлах, «сверхбыстрый» нагрев твердотельной плазмы. Длительность фемтосекундных лазерных импульсов зачастую оказывается меньше времени электрон-фононной релаксации и приближается сейчас, пожалуй, к наиболее короткому времени релаксации в твердом теле — времени электрон-электронной релаксации. В ряде лабораторий экспериментируют с генераторами импульсов с энергиями порядка неравновесных процессов. Сейчас, когда речь идет о таких коротких временах, единственная возможность — использование оптических методов. Надо сказать, что методы фемтосекундной линейной и особенно нелинейной лазерной диагностики оказались удивительно эффективными даже при исследовании неравновесных процессов в таких традиционно трудных для оптики объектах, как полупроводники в полосе фундаментального поглощения и металлы [23—25]. Среди недавних достижений в обсуждаемой области укажем на работу [24], где впервые наблюдались эффекты, которые можно отнести к «холодному» плавлению решетки полупроводника (для возбуждения и диагностики использовались фемтосекундные импульсы), на эксперименты по генерации и релаксации сильнонеравновесных электронных ансамблей в металлах [25]. Переход к мощным фемтосекундным импульсам привел к возникновению нового направления в лазерно-плазменных исследованиях, к изучению быстрых нестационарных процессов нагрева и распада плотной плазмы. В поле фгмтосекундных импульсов можно заведомо пренебречь разлетом; нагрев электронной плазмы в металле происходит при плотности частиц порядка Нелинейная электронная физика, нелинейная квантовая электродинамика. При Одним из интереснейших новых эффектов стал проявляющийся в сверхсильных полях эффект «надпороговой» ионизации атомов [26]. Неожиданно сильным оказывается нелинейный отклик электрона, рассеивающегося на ионе в поле сверхсильной световой волны; последнее может привести к генерации многих хорошо сфазированных интенсивных гармоник, а следовательно, и к генерации сгустков электрического поля длительностью порядка Заметим, наконец, что прорыв в область сверхсильных полей снова привлек интерес к возможностям экспериментального наблюдения эффектов нелинейной квантовой электродинамики. Хотя даже в самых смелых прогнозах речь не идет о генерации световых полей напряженностью При СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ(см. скан) (см. скан)
|
1 |
Оглавление
|