Создание лазерных комплексов петаваттного уровня мощности открыло широкие возможности для экспериментального исследования взаимодействия сверхсильных световых полей с газовыми и твердотельными мишенями. При проведении подобных экспериментов необходимо точно знать параметры лазерного излучения. Временной профиль интенсивности оптических импульсов имеет достаточно сложную структуру, которая непосредственно связана с методом генерации и усиления оптического излучения. Особый интерес представляют задачи по контролируемому управлению временными характеристиками сверхмощного лазерного поля, такими как длительность, временной контраст и поляризация. В прикладных задачах часто возникает необходимость корректировки временного профиля.

Эффективность преобразования фемтосекундного импульса во вторую гармонику

Для управления временными характеристиками фемтосекундных лазерных импульсов может быть использована генерация второй гармоники (ГВГ) в нелинейных оптических кристаллах. Процесс ГВГ был открыт в 1961 году, однако применительно к фемтосекундным импульсам он недостаточно изучен. Преобразование сверхмощного ультракороткого лазерного излучения во вторую гармонику требует дополнительного учета влияния дисперсионных эффектов и эффектов, обусловленных нелинейной кубической поляризацией, а также предотвращения мелкомасштабной самофокусировки в нелинейном элементе удвоителя частоты.
Экспериментально продемонстрирована высокоэффективная (около 70%) генерация второй гармоники фемтосекундного импульса со средней интенсивностью ~1 ТВт/см² (при пиковой — до 3—4 ТВт/см²) и центральной длиной волны 910 нм. Контраст импульса на удвоенной частоте многократно превосходит контраст исходного импульса.

Ведутся работы по дополнительному временному сжатию интенсивных фемтосекундных импульсов. Для этого разработана методика использования керровской нелинейности в ультратонких проходных оптических элементах для фазовой самомодуляции импульса и дополнительного расширения спектра. Временное сжатие предполагается осуществлять с использованием чирпирующих зеркал. Методика может быть использована как для основного излучения, так и для излучения второй гармоники.
Нелинейно-оптические эффекты могут быть не только полезными и использоваться для управления параметрами лазерного излучения, но и паразитными. Таким эффектом является самофокусировка, ограничивающая мощность излучения. В последние годы в ИПФ РАН предложен, рассчитан и экспериментально подтвержден (Е. А. Хазанов, С. Ю. Миронов, В. В. Ложкарев) метод самофильтрации, позволяющий исключить пространственные гармонические возмущения лазерного пучка, обладающие максимальным коэффициентом усиления, и избежать самофокусировки. Метод хорошо работает для лазерного излучения с интенсивностью 1 ТВт/см² и выше.