Генерация когерентного ультрафиолетового излучения аттосекундной длительности в нелинейно-оптических процессах высокого порядка при взаимодействии интенсивного лазерного поля с веществом. Теоретическое исследование и численное моделирование. (итоговый отчет)

Настоящий проект посвящен теоретическому и численному исследованию нелинейно-оптических процессов высокого порядка в интенсивном лазерном поле. Актуальность таких исследований связана с возможностью получения в этих процессах когерентного направленного ультрафиолетового и рентгеновского излучения фемтосекундной и субфемтосекундной (аттосекундной) длительности. Ранее достаточно подробно был исследован только один из таких процессов – генерация гармоник высокого порядка (ГГВП); это явление нашло уже ряд важных приложений. Для других нелинейно-оптических процессов высокого порядка теоретическое описание развито гораздо хуже. В то же время, имеется ряд экспериментов, в которых подобные процессы наблюдались. В рамках настоящего проекта теоретические и численные подходы, разработанные для исследования процесса ГГВП, применены к другим нелинейно-оптическим процессам высокого порядка. Проведены аналитические и численные исследования нелинейно-оптических процессов высокого порядка в условиях быстрой ионизации среды, приводящей к быстрому изменению во времени показателя преломления. В частности, исследован фазовый синхронизм в этих условиях, а также спектральная ширина линии генерируемого высокочастотного излучения. Найден пространственный масштаб, ограничивающий квадратичный рост эффективности генерации гармоники высокого порядка и многоволнового смешения с длиной взаимодействия в этих условиях. Показано, что выполнение условий фазового синхронизма в процессе многоволнового смешения высокого порядка позволяет повысить интенсивность генерируемого когерентного ультрафиолетового излучения по крайней мере на порядок по сравнению с генерацией гармоник высокого порядка в тех же условиях. Показано, что спектральная ширина линии излучения, генерируемого в процессе многоволнового смешения, остается малой в условиях, когда линия гармоники существенно уширена за счет частотного сдвига генерирующего излучения, связанного с быстрой ионизацией среды. Наши исследования позволили объяснить результаты экспериментов, в которых, наряду с гармониками высокого порядка, наблюдалась генерация когерентного ультрафиолетового излучения на других частотах. Проведено исследование эффективности гипер-рамановских процессов при взаимодействии интенсивного лазерного поля с атомом в условиях многофотонного резонанса. В частности, наши расчеты показывают, в согласии с экспериментом, что ультрафиолет, излучаемый при гипер-рамановском процессе и при затухании свободной поляризации, обладает большей угловой расходимостью, чем высокая гармоника в близкой спектральной области. Таким образом, фундаментальным результатом проекта стало создание теоретического аппарата для описания ряда нелинейно-оптических процессов высокого порядка. Важным с практической точки зрения результатом стало предложение новых путей повышения эффективности генерации когерентного ультрафиолетового и рентгеновского излучения субфемтосекундной длительности.