Мощные лазерные источники ближнего и среднего инфракрасного диапазона и процессы взаимодействия их излучения с веществом

Объектом исследования является создание и применение мощных лазерных источников ближнего и среднего ИК диапазона. Целями работы являются разработка мощных лазерных источников ближнего и среднего ИК диапазона для актуальных приложений, а также исследования взаимодействия мощного лазерного излучения с веществом. В ходе выполнения НИР получены следующие научные результаты: 1) Cозданы экспериментальные образцы твердотельных лазерных источников в диапазоне длин волн 35 мкм со средней по времени мощностью более 10 Вт. Определены физические ограничения пиковой мощности волоконных и твердотельных лазеров при усилении пикосекундных импульсов в волоконном и объемных усилителях. Предложены методы, позволяющие обойти выявленные ограничения. Создан гибридный пикосекундный лазер на основе полупроводникового волоконного усилителя, объемного твердотельного усилителя и преобразователя частоты. 2) Разработан суперконтинуумный источник в среднем ИК диапазоне на основе сильнонелинейных германатных и теллуритных световодов с накачками фемтосекундными импульсами в полуторамикромном диапазоне. 3) Предложены методы повышения контраста в выходном импульсе на основе обратного рамановского рассеяния в плазме. 4) Выявлены источники шумов в измеряемом сигнале с целью увеличения чувствительности измерений сверхмалых поглощений. 5) Проведено сравнительное исследование фототоксических эффектов генетически-кодируемого фотосенсибилизатора в ходе фотодинамической терапии опухолевых сфероидов. Продемонстрировано, что фотодинамическая терапия с периодическим импульсным лазерным облучением приводит к более высокой скорости фотообесцвечивания и более эффективному ингибированию роста опухолевых клеток. 6) Проведено сопоставление нескольких методов измерения напряженности ТГц поля, генерируемого при оптико-терагерцовой конверсии фемтосекундных лазерных импульсов. 7) Разработана система детектирования фаз оптических сигналов в многоканальной волоконной лазерной системе ближнего ИК диапазона на основе массива интерферометрических детекторов. 8) Предложена схема фотонного устройства для генерации плоских оптических частотных гребенок за счет четырехволнового взаимодействия сигналов в высоконелинейных волокнах. Выполнены теоретический анализ и оптимизация различных параметров устройства (коэффициента усиления эрбиевого волоконного усилителя, длины и эффективной площади высоконелинейных волокон). 9) Разработан метод построения одномерных квазистационарных полностью релятивистских решений системы уравнений Максвелла – Власова. Данный метод может быть использован для анализа лазерно-плазменного ускорения ионов в режиме радиационного давления излучения. 10) Найдены уравнения на функцию распределения электронов в «магнитном» узле циркулярно-поляризованной стоячей электромагнитной волны в приближении малости разброса по характеристикам электронов. Построена численная схема решения уравнения Шредингера с помощью интегралов по траекториям в реальном времени для низкочастотной динамики. 11) Показано, что положение двухцентрового провала в спектре гармоник, генерируемых в ансамбле выстроенных молекул, может сильно зависеть от формы молекулярного потенциала. 12) Продемонстрировано, что частицы, распространяющиеся близко к оси симметрии стоячей электродипольной волны мультипетаваттной мощности, испытывают меньшие радиационные потери и с большой долей вероятности могут достигать области максимального поля.