ИСТИНА

Основной задачей настоящего проекта является изучение физики процессов, приводящих к генерации вакуумного ультрафиолетового (ВУФ) и рентгеновского излучения при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов на атомарные, молекулярные и наноструктурированные среды, с целью разработки методов повышения эффективности преобразования энергии ИК и видимого излучения в энергию импульсного коротковолнового излучения. В качестве конкретных задач планируется провести следующие исследования: (1) разработка математических алгоритмов и программ для расчета отклика сред на воздействие мощных фемтосекундных лазерных импульсов; (2) проведение численных расчетов фотоэмиссионных спектров, энергетических и угловых спектров фотоэлектронов и дисперсионных свойств нанорешеток; (3) исследование зависимости частоты отсечки, определяющей коротковолновую границу спектра отклика атома, от параметров лазерных импульсов, как при одноимпульсном, так и при многоимпульсном воздействии; (4) развитие методов управления спектром отклика атома, основанных на вариации параметров отдельных импульсов многоимпульсного лазерного поля, с целью повышения эффективности преобразования в область ВУФ и рентгеновского излучения; (5) исследование дисперсионных свойств поверхностных нанорешеток с целью развития методов управления пучками электромагнитного излучения и повышения эффективности нелинейно-оптического преобразования.

Проведен цикл численных экспериментов по расчету спектра отклика атомарных сред при воздействии на них последовательности лазерных импульсов с различными несущими частотами и произвольной ориентацией векторов поляризации поля. Результаты проведенных расчетов подтверждают эффективность развиваемого нами метода управления спектром отклика атома, основанного на изменении временных профилей лазерных импульсов (длительность, амплитуда и время задержки между импульсами) и вариации угла между векторами поляризации компонент падающего лазерного поля. Результаты численных экспериментов показали, что вариация угла между векторами поляризации компонент является наиболее эффективным методом управления спектром отклика атома. Это связано с тем, что, во первых, непрерывное изменение указанного угла легко реализуется в эксперименте. Во вторых, незначительное изменение величины указанного угла (в пределах 10 градусов) позволяет значительно изменить (на два порядка величины) интенсивность высоких гармоник поля отклика. Это создает оптимальные условия для применения методов формирования субфемтосекундных импульсов ВУФ и рентгеновского излучения. Разработан алгоритм численного решения задачи дифракции пучков электромагнитного излучения на нанорешетках. Проведены численные эксперименты по расчету частотно-угловых спектров отражения лазерных импульсов от поверхностных нанорешеток с целью разработки и дальнейшего усовершенствования методов управления эффективностью нелинейно-оптического преобразования и управления пространственным профилем отраженных пучков. Предложена новая интерпретация физических механизмов, лежащих в основе эффекта генерации высоких оптических гармоник, что позволяет разрабатывать новые методы повышения эффективности. Показано, что частота отсечки линейно растет с ростом интенсивности лазерного импульса в полях субатомной напряженности и выходит на насыщение (т.е. перестает зависеть от интенсивности импульса) в полях околоатомной напряженности. Предложена физическая интерпретация зависимости частоты отсечки от интенсивности лазерного импульса. Показано, что основную ограничивающую роль в увеличении частоты отсечки играют эффекты дисперсии среды. Предложены возможные методы компенсации дисперсии. Развита единая непертурбативная квантово-механическая теория генерации длинноволнового (терагерцового, ТГц) излучения в газах, взаимодействующих с последовательностью лазерных импульсов произвольной поляризации. Предложен новый способ генерации ТГц излучения в доионизационном режиме взаимодействия, исследован механизм такой генерации, проанализированы нелинейности, которые “участвуют” в генерации ТГц излучения. Проведено численное моделирование частотно-угловых спектров отражения и пропускания субволновых дифракционных решеток. Проведен расчет распределения электромагнитного поля вблизи поверхности решеток. Показана возможность фокусировка пучков при их отражении от нанорешетки на краю плазмонного резонанса. Исследовано влияние дисперсионных свойств протяженной газовой среды на генерацию терагерцового излучения. Проведена серия численных экспериментов, наглядно демонстрирующих влияние геометрических свойств среды на частотно-угловой спектр генерации длинноволнового излучения.