Высокоэффективная нелинейно-оптическая генерация когерентного излучения ВУФ диапазона с использованием многофотонных резонансов, квантовых интерференционных эффектов и спектрально-разнесённых полей

Данный проект направлен на создание уникального для России по ряду характеристик и соответствующего наиболее современным мировым стандартам источника когерентного излучения вакуумного ультрафиолетового (ВУФ) и рентгеновского диапазонов на основе генерации высоких гармоник и комбинационных частот спектральных составляющих высокоинтенсивного лазерного поля в благородных газах. В основу создания данного источника будет положен имеющийся у коллектива научный задел, а именно, созданная в ИПФ РАН многоцветная фемтосекундная параметрическая лазерная система ИК диапазона c килогерцовой частотой повторения импульсов, а также наработки теоретических групп в области высокоэффективной генерации излучения когерентного ВУФ / рентгеновского диапазона. В качестве генерирующего излучения будут использованы поле задающего иттербиевого лазера (1030 нм), его 2-я (515 нм) и 4-я (257 нм) гармоники, а также получаемое с помощью параметрического преобразования ИК излучение с длиной волны около 2 мкм и сочетания этих полей. Будет исследована генерация гармоник как умеренных порядков (с энергиями фотонов меньше или порядка потенциала ионизации атома), так и высоких. В каждой из этих областей имеются механизмы, обуславливающие увеличение эффективности генерации при переходе от ИК лазерного излучения к излучению видимого или ближнего УФ диапазона. В первую очередь это улучшение условий фазового синхронизма в результате ослабления плазменной дисперсии и усиление генерации за счет многофотонных резонансов генерирующего атома. В связи с последним фактором важную роль приобретают запланированные в настоящем проекте исследования влияния квантовой интерференции путей многофотонного резонансного возбуждения атома в двухчастотном лазерном поле на основной частоте и её второй или четвертой гармонике на спектр генерируемых гармоник умеренного и высокого порядка. Отдельной задачей проекта является генерация гармоник и комбинационных частот в комбинации спектрально-разнесённых (т.е. сильно различающихся по частоте) интенсивных лазерных полей УФ и среднего ИК диапазона. В этом случае роли полей разделятся: УФ поле преимущественно осуществляет многофотонное возбуждение атомов, тогда как ИК поле «перемешивает» возбуждённые состояния, а также ионизует атомы из возбуждённых состояний и ускоряет фотоэлектроны, перерассеивающиеся на родительском ионе. Во всех перечисленных случаях теоретические расчеты будут сопровождать эксперимент и опережать его. Практическая значимость источника экстремального УФ излучения, который будет разработан в рамках настоящего проекта, связана с возможностями его использования для нанолитографии, а также динамического имиджинга с фемтосекундным и суб-фемтосекундным разрешением. Фундаментальная значимость проекта связана с исследованием явления квантовой интерференции путей многофотонного резонансного возбуждения атома, а также с установлением роли различных нелинейно-оптических процессов при генерации когерентного ВУФ излучения в спектрально-разнесенных многоцветных полях.