ГЕНЕРАЦИЯ АТТОСЕКУНДНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИМПУЛЬСОВ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ СВЕРХИНТЕНСИВНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ В.В.Стрелков Институт общей физики. - презентация

1 ГЕНЕРАЦИЯ АТТОСЕКУНДНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИМПУЛЬСОВ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ СВЕРХИНТЕНСИВНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ В.В.Стрелков Институт общей физики им. А.М.Прохорова РАН Москва

2 Пространственные и временные масштабы, характерные для различных микроскопических объектов

3 Области длин волн и длительностей импульса, покрываемые различными источниками когерентного электромагнитного излучения. Пунктирная кривая – предельно-короткий импульс (длительность импульса равна периоду поля). Видно, что в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазоне приблизиться к этому переделу позволяют источники, основанные на генерации гармоник высокого порядка.

4 F~sin( t) x~sin( t) F~sin( t) x~sin( t)+ 2 sin(2 t)+ 3 sin(3 t)+… пока F

5 CPA mode-locking Q-switching focused intensity W/cm atom Coulomb field I 3×10 16 W/cm 2 relativistic electrons I 2,73×10 18 W/cm 2 relativistic protons I W/cm 2 Quantum electrodynamics I ~ W/cm 2 atoms and molecules gas target underdense plasma solid target owerdense plasma vacuum attophysics generation of THz radiation intra-atomic physics electron acceleration proton acceleration attosecond pulse generation protongraphy hadron therapy, isotope prodaction ICF Line acc. gamma radiation QED experiments Прогресс в повышении пиковой интенсивности лазерных источников

6 План: Генерация высоких гармоник при взаимодействии интенсивного лазерного излучения с газами. Современные достижения в области получения аттосекундных импульсов. Резонансная генерация высоких гармоник: путь повышения эффективности генерации. Генерация когерентного ультрафиолетового и рентгеновского излучения при взаимодействии сверхинтенсивного лазерного излучения с поверхностью

7 Experiment: Ar, Ti:Sapp laser 800 nm, W/cm 2 газообразная мишень лазерный импульс интенсивность: – Вт/см 2 длительность: 1 пс – 5 фс параметр Келдыша:

8 Высокочастотная граница плато

9 J. Tate, T. Auguste, H.G. Muller, P. Salieres, P. Agostini, and L.F. DiMauro Scaling of wave- packet dynamics in an intense midinfrared field, PRL 98, (2007) λ= 0.8 μmλ= 2 μm U p I 2

10 E ~ 100 ас порядок гармоники T/2 Интенсивность время плато Интенсивность 1. ИОНИЗАЦИЯ 2. ДВИЖЕНИЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ПОЛЯ 3. ГЕНЕРАЦИЯ КОРОТКОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Кучиев М. Ю., Письма в ЖЭТФ, 1987 P.Corkum, PRL, 1993

11 E T/2 Интенсивность время порядок гармоники плато Интенсивность

12 Трехступенчатый механизм P.B. Corkum Plasma perspective on strong-field multiphoton ionization, PRL 71, 1994 (1993)

13 shorter path longer path t

14 Вейвлет-преобразование сигнала гармоник, рассчитанного численно. Сплошной кривой представлена зависимость, полученная из анализа классических траекторий электрона. Временной профиль сигнала гармоник в частотном окне от 171-й до 191-й гармоники квантовомеханические теории: М.Levenstein et. al., 1994 W.Becker et. al., 1994 В.Т.Платоненко, 2000 V.Strelkov, 2006

15

16 Экспериментальные результаты по измерению длительности аттосекундного импульса. Длительность импульса 170 ас, что составляет лишь 1.2 периода несущей частоты (ультрафиолетового излучения) R. Lopez-Martens, PRL, 2005

17 годы Agostini Charalambidis Krausz Прогресс в уменьшении длительности электромагнитных импульсов 80 as генерация высоких гармоник:

18 Зависимость от эллиптичности лазерного излучения E линейная поляризацияэллиптическая поляризация

19 WAYS OF A SINGLE ATTOPULSE GENERATION: Very short (less than 5fs) fundamental pulse Hentschel et. al.: Nature 414, 509 (2001) AMPLITUDE GATING

20 WAYS OF A SINGLE ATTOPULSE GENERATION: Very short (less than 5fs) fundamental pulse Hentschel et. al.: Nature 414, 509 (2001) Ellipticity-modulated fundamental pulse Corkum, et. al.: Optics Letters 19, 1870 (1994) Platonenko, Strelkov: JOSA. B 16, 435 (1999) Sola, et. al., Nature Physics, 2, 281(2006) AMPLITUDE GATING ELLIPTICITY GATING e-e- Интенсивность время

21 E(t)=F(t)cos( t+ ) = /2 = C arrier- E nvelope P hase ELLIPTICITY GATING Field with time-varying ellipticity: Platonenko, Strelkov JOSA B (1999) – threshold ellipticity Strelkov V., et. al. J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. (2005)

22 theory: V. Strelkov, PRA, 2006 experiment+simulation: Sola, et. al., Nature Physics, 2, 281(2006) Sansone G, et. al., Science (2006) Experiment time [fs] Simulation ELLIPTICITY GATING Ar, 5fs pulse, W/cm 2

23 План: Генерация высоких гармоник при взаимодействии интенсивного лазерного излучения с газами. Современные достижения в области получения аттосекундных импульсов. Резонансная генерация высоких гармоник: путь повышения эффективности генерации. Генерация когерентного ультрафиолетового и рентгеновского излучения при взаимодействии сверхинтенсивного лазерного излучения с поверхностью

24 In In + harmonics –10 18 cm -3 ionization degree ~1 main laser pulse W/cm 2 Resonant HHG: review of experiments

25 R. A. Ganeev, Physics-Uspekhi, 52, 55 (2009). R. A. Ganeev, L. B. Elouga Bom, J.- C. Kieffer, and T. Ozaki, Phys Rev A 75, (2007). R. A. Ganeev, M. Suzuki, M. Baba, H. Kuroda, T. Ozaki, Opt. Lett., 31, 1699 (2006). … efficiency strong ellipticity dependence Resonant HHG: review of experiments

26 Kr, Xe Theoretical prediction: Frolov, Manakov, et. al., PRA 2010 Experiment A. D. Shiner, B. E. Schmidt, C. Trallero-Herrero, H. J. Wörner, S. Patchkovskii, P. B.Corkum, J-C. Kieffer, F. Légaré and D. M. Villeneuve, Nature Phys., March 6, 2011

27 I 2 1 3* I V. Strelkov, PRL, 2010 Resonant HHG model

28 Resonant harmonic enhancement: comparison of the experimental, numerical and analytical results

29 План: Генерация высоких гармоник при взаимодействии интенсивного лазерного излучения с газами. Современные достижения в области получения аттосекундных импульсов. Резонансная генерация высоких гармоник: путь повышения эффективности генерации. Генерация когерентного ультрафиолетового и рентгеновского излучения при взаимодействии сверхинтенсивного лазерного излучения с поверхностью

30 D. von der Linde,1995

31 S. V. Bulanov, 1994 von der Linde, 1996 модель осциллирующего зеркала

32 Tsakiris, 2006 модель осциллирующего зеркала

33 Благодарности: В.Т. Платоненко, физический ф-т МГУ E.Constant, E.Mevel, CELIA, Bordeaux, France М.Ю.Рябикин, А.А. Гоносков, ИПФ РАН, Нижний Новгород

34 Выводы: При генерации высоких гармоник интенсивного лазерного излучения в газах получены аттосекундные ультрафиолетовые импульсы длительностью около 100 ас. Многие особенности процесса могут быть поняты в рамках трехступенчатой модели и основанных на ней квантовомеханических теориях. Резонансная генерация высоких гармоник позволяет существенно увеличить эффективность процесса. Расчеты показывают, что при взаимодействии лазерного излучения релятивистской и ультрарелятивистской интенсивности с поверхностью возможна генерация аттосекундных импульсов длительностью около 1 ас и интенсивностью, существенно превышающей интенсивность генерирующего излучения.