Генерация суперконтинуума в биконических микросветоводах при накачке фемтосекундными импульсами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

На правах рукописи

Кукарин Сергей Владимирович

Генерация суперконтинуума в биконических микросветоводах при накачке фемтосекундными импульсами

01.04.05 "Оптика"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Новосибирск - 2006

Работ» выполнена в Новосибирском государственном университете

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

кандидат физико-математических наук Кобцев Сергей Михайлович

доктор физико-математических наук, профессор Федорук Михаил Петрович

доктор физико-математических наук Плеханов Александр Иванович

Ведущая организация:

Институт лазерной физики СО РАН

- . £>0 Защита состоится »у^лУ^/ч 2006 года вчасов на заседании диссертационного совета К 003,005,01 в Институте автоматики и электрометрии СО РАН, 630090, г. Новосибирск, проспект Академика Коптюга, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института автоматики и электрометрии СО РАН.

Автореферат разослан

2 »№¿$1X2006 г.

Ученый секретарь днссертаци-

онного совета, к.т.н. В.П. Косых

Общая характеристика диссертационной работы.

Актуальность темы. Генерация суперконтинуума в би конических микросветоводах (оптические волокна с перетяжкой диаметром несколько микрометров, окруженной воздухом) и в микроструктурных (или дырчатых) волокнах при накачке импульсами фемто секундной длительности — относительно новое физическое явление, нашедшее в последние годы ряд применений в фундаментальных и прикладных исследованиях в различных областях науки. Дальнейшее расширение круга задач, в которых может быть использован этот эффект, не вызывает сомнений. В связи с этим, представляется весьма актуальным исследование основных свойств суперконтинуума (спектральный состав излучения, энергетические и поляризационные характеристики, временная структура), определение физических механизмов, ответственных за формирование излучения со сверхшироким спектром, перекрывающим октаву. С прикладной точки зрения, выяснение влияния характеристик задающего фемтосекундного лазера и конструкции/свойств специальных оптических волокон позволит эффективно управлять параметрами супер континуума, подстраивая их под требования конкретной исследовательской задачи.

Целью диссертационной работы являлось: изготовление образцов бикоиических микросветоводов и исследование основных свойств генерируемого в них суперконтинуума при накачке импульсами фемтосе-кундной длительности с энергией ~1 нДж, определение влияния параметров микросветоводов и характеристик излучения накачки на свойства суперконтинуума, использование суперконтинуума в научных исследованиях.

В ходе работы решались задачи: разработка и создание лабораторного макета фемтосекундного лазера на кристалле сапфире с ионами титана, исследование его генерационных характеристик и выяснения возможности их оптимизации, реализация на основе проведенных исследований компактной, функционально развитой конструкции лазера, исследование возможностей созданного лазера при работе в составе интегрированного фемтосекундного лазерного комплекса;

разработка методов и устройств для измерения длительности фемтосекундных импульсов и исследования временной структуры суперконтинуума; разработка технологии и лабораторной установки для изготовления биконических микросветоводов с граничащей с воздухом светопроводящеЙ перетяжкой; исследование основных характеристик и особенностей суперконтинуума, генерируемого в изготовленных микросветоводах, разработка методов управления параметрами суперконтинуума.

Научная новизна работы 1. Разработан, исследован и реализован компактный фемтосекундный титан-сапфировый лазер оригинальной конструкции, обеспечивающий стабильный режим синхронизации мод в спектральном диапазоне 750-1050 нм при длительности импульсов 17-100 фс и средней мощности выходного излучения до 500 мВт. Разработан, исследован и реализован сканирующий автокоррелятор с компьютерной регистрацией данных и возможностью использования его в качестве линии оптической задержки на величину до 50 пс.

2, Впервые предложен способ формирования оптической задержки между репликами светового импульса с использованием качающейся двулучепреломляющей пластины, на основе которого разработана и реализована новая схема компактного, простого в эксплуатации сканирующего интерференционного автокоррелятора для измерения длительности сверхкоротких световых импульсов.

3, С использованием разработанного фемтосекундного лазера и изготовленных биконических микросветоводов с круговым сечением граничащей с воздухом перетяжки получена генерация суперконтинуума, впервые продемонстрирована возможность управления шириной спектра суперконтинуума с помощью изменения длины волны импульсов накачки.

4, Впервые разработаны и изготовлены сдвоенные биконические микросветоводы с квазиэллиптическим сечением перетяжки, в которых реализована генерация поляризованного суперконтинуума, исследованы его основные характеристики и показана возможность управления шириной его спектра и степенью поляризации. В изготовленных биконических микросветоводах впервые наблюдался эффект преобразования импульса накачки в отдельные солитонные компоненты. Экспериментально определены энергетические, спектральные и временные параметры импульсов и диаметры перетяжек биконических микросветоводов, необходимые для наблюдения этого явления, выявлена временная структура подобного излучения.

Практическая значимость и внедрение результатов работы:

1. Различные модификации разработанного фемтосекундного титан-сапфирового лазера изготовлены и поставлены в Российский центр лазерной физики при СПбГУ и ВНЦ ТОЙ им .С .И. Вавилова" (Санкт-Петербург), МЛЦ МГУ, ФИ им .П. Н.Лебедева РАН, ВНИИ ОФИ (Москва), ИФП СО РАН и НИИ физиологии СО РАМН Новосибирск).

2. Разработанные автокорреляторы изготовлены и поставлены в ФТИ им,А.Ф.Иоффе РАН (Санкт-Петербург), ФИ им.П.Н.Лебедева РАН (Москва), НИИ физиологии СО РАМН и ИЛФ СО РАН (Новосибирск), где используются для проведения научных исследований.

3. Изготовленные образцы биконических микросветоводов используются в ИЛФ СО РАН (Новосибирск) и ИХФ им.Н.Н.Семенова РАН (Москва).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Предложенная новая схема сканирующего интерференционного автокоррелятора с использованием качающейся двулучепреломляющей пластины для создания переменной оптической задержки реплик светового импульса позволяет регистрировать автокорреляционные функции интенсивности поля лазерных импульсов с длительностью в фемтосекундном и субпикосекундном диапазонах.

2. Ширина спектра суперконтинуума, генерируемого в биконическом микросветоводе с круговым сечением перетяжки при накачке импульсами фемтосекундной длительности, изменяется при перестройке спектра импульсов накачки вблизи длины волны нулевой дисперсии микросветовода.

3. Максимальная пшрина спектра поляризованного суперконтинуума, генерируемого в сдвоенном биконическом микросветоводе с квазиэллиптическим сечением перетяжки при накачке импульсами фемтосекундной длительности, достигается

при совмещении плоскости поляризации излучения накачки с одной из осей симметрии профиля поперечного сечения перетяжки микросветовода. При этом также достигается наиболее гладкая форма спектра супер континуума и наибольшая степень его поляризации (до 97 %). 4. В биконическом микросветоводе при накачке импульсами фемтосекундкой длительности, спектр которых попадает в область аномальной дисперсии образца, реализуется режим многосолитонной генерации. При этом с ростом входной мощности излучения накачки наблюдается увеличение числа солитоиных компонент и эффект смещения спектра каждой из них в длинноволновую область.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 2-ом Межд. симпозиуме "Современные проблемы лазерной физики" (Новосибирск, 1997), 11-ой Межд. Вавиловской конф. (Новосибирск, 1998), 1б-ой Межд. конф. по когерентной и нелинейной оптике "ICONO'98" (Москва, 1998), 4-ой Все-рос. школе-семинаре "Люминесценция и сопутствующие явления" (Иркутск, 199$), 4-ой Межд. конф. "AMPL'99" (Томск, 1999), 3-ем Межд. симпозиуме "Современные проблемы лазерной физики" (Новосибирск, 2000), Межд. конф. "CLEO/Europe 2000", (Ницца, Франция, 2000), Летней школе по фоточувствительности в оптических волноводах и стеклах "POWAG'2002" (Санкт-Петербург, 2002), Межд. конф. "IQEC/LAT2002" (Москва, 2002), Межи. конф. "OFC'2003" (Атланта, США, 2003), 9-ом Межд. семинаре по теории оптических волноводов и численному моделированию (Прага, Чешская республика, 2003), Межд. конф. "CLEO/Europe-EQEC'2003" (Мюнхен, Германия, 2003), Межд. конф. "CLEO/Pacific Rim 2003" (Тайпей, Тайвань, 2003), Межд. конф. по нелинейным направленным волнам и их применению (Торонто, Канада, 2004), Летней школе "Summeг-School on Advanced Glass-Based Nano-Photonics, POWAG'2004" (Бас, Великобритания, 2004), 9-оЙ Межд. школе-семинару по люминесценции и лазерной физике "ЛЛФ-2004" (Иркутск, 2004).

Структура и объём работы.

Диссертация состоит из введения, четырёх глав с изложением материала диссертации и заключения, в котором перечислены основные результаты. Общий объём диссертации составляет 157 страниц и включает 49 рисунков, 8 таблиц и список литературы из 162 наименований.

Содержание работы.

Э9 введении приведен обзор литературы, посвященный явлению генерации суперконтинуума в объёмных средах, микроструктурных и биконических (или вытянутых) волокнах и результатам использования суперконтинуума в фундаментальных н прикладных исследованиях. Обосновывается актуальность темы диссертации, формулируется цель работы и излагаются ее результаты.

Первая глава посвящена описанию разработанного фемтосекундного лазера на кристалле сапфира с ионами титана в качестве активной среды и синхронизацией мод на основе нелинейного эффекта Керра.

В §1 приведен обзор наиболее важных работ по генераторам фемтосекундных (длительностью менее 100 фс) импульсов. Изложена мотивировка выбора кристалла сапфира с ионами титана в качестве активной среды фемтосекундного лазера.

(а) (б)

Рис. 1. (а) Общий вид разработанного фемтосекундного лазера на кристалле сапфира с ионами титана, (б) Автокорреляционная функция (АКФ) генерируемых лазером импульсов с длительностью 17 фс, центральной длиной волны 810 нм и средней выходной мощностью излучения 150 мВт.

В §2 сформулированы основные вопросы, требующие решения при разработке твердотельного фемтосекундного генератора (параметры лазерных кристаллов и оптическая накачка, особенности резонатора, пассивная синхронизация мод, внутрнре-зонаторная компенсация дисперсии).

В §3 рассмотрен разработанный фемтосекундный лазер на кристалле сапфира С ионами титана. Приведены описание и схемы конструкции лазера и фотографии его внешнего вида. Представлены генерационные характеристики лазера в режиме синхронизации мод в различных диапазонах спектра и с различными типами лазеров накачки. Общий вид лазера представлен на Рис.!(а). На РисЛ(б) приведена автокорреляционная функция импульсов наименьшей длительности, полученных с созданным лазером. Основные характеристики разработанного фемтосекундного лазера на кристалле сапфира с ионами титана:

- вблизи центра контура усиления (800 нм) при типичной длительности импульсов 17-50 фс и частоте следования 80 МГц, средняя мощность излучения достигает 500 мВт (в зависимости от типа и мощности лазера накачки), что соответствует пиковой мощности импульсов —100 кВт;

- стабильный режим генерации импульсов с длительностью менее 100 фс и средней мощностью свыше 100 мВт экспериментально реализован в диапазоне 750-1050 нм.

Вторая глава посвящена описанию разработанных устройств для измерения длительности фемтосекундных импульсов на основе автокорреляционного метода.

В §4 обоснован выбор метода измерений, приведены оптическая схема и особенности конструкции разработанного сканирующего интерференционного автокоррелятора иа базе интерферометра Майкельсона с нелинейно-оптическим преобразованием исследуемого излучения во вторую гармонику. Варьируемая оптическая задержка между репликами импульса (Рис.2(а)) осуществляется с помощью качания двухзеркального перископа, расположенного в одном из плеч интерферометра, максимальное значение временной задержки составляет 50 пс. Фотография разработан-

ного автокоррелятора представлена на Рис.2(б). Конструкция автокоррелятора позволяет использовать его также в качестве линии оптической задержки (например, для экспериментов типа "накачка-зондирование").

Рис. 2. (а) Принципиальная оптическая схема разработанного широкодиапазонного автокоррелятора высокого временного разрешения с компьютерной регистрацией данных: ВЭ • 50%-делитель лазерного излучения, М1 и М4 — концевые уголковые отражатели интерферометра Майкельсона, М2 и МЗ — зеркала сканируемого перископа, Ь - фокусирующая линза, N0 — нелинейный кристалл, Р - фильтр, РЭ — фотоприёмник, АОС+РС — аналого-цифровой преобразователь и компьютер, (б) Фотография общего вида оптико-механической части авто коррелятора.

Программное обеспечение автокоррелятора дает возможности преобразования регистрируемой автокорреляционной функции (АКФ) из аналогового в цифровой формат, осуществления её математической обработки и определения длительности и параметров фазовой модуляции исследуемых импульсов.

В §5 приведен анализ основных факторов (дисперсионные и нелинейно* оптические эффекты в оптических элементах), оказывающих уширяющее действие на регистрируемую АКФ импульсов. Определена минимальная, достоверно определяемая автокоррелятором, длительность импульсов. Изложены результаты экспериментальных исследований возможности использования для регистрации АКФ све-тоизлучающего диода в качестве нелинейного фотоприёмннка. Показано, что замена в системе регистрации АКФ пары "нелинейный кристалл + линейный фотоприёмник" на светоизлучающий диод обеспечивает нелинейный отклик в более широкой спектральной области без необходимости какой-либо дополнительной подстройки, меньшую степень искажения временной структуры исследуемых импульсов, повышение чувствительности и долговечности работы автокоррелятора,

В §б приведена предложенная и реализованная новая схема формирования оптической задержки между репликами светового импульса в сканирующем автокорреляторе, который практически не требует настройки, достаточно прост в изготовлении и позволяет регистрировать АКФ при малом уровне деформаций временной

(а)

(б)

структуры исследуемых сверхкоротких импульсов. Переменная временная задержка реплик светового импульса создается качающейся пластиной из одноосного кристалла. Предложенная схема сканирующего автокоррелятора на основе качающейся двулучепреломляющей пластины приведена на Рис. 3.

Созданный с использованием новой схемы автокоррелятор позволяет регистрировать интерференционные АКФ интенсивности поля лазерных импульсов с длительностью в субпикосекундном и фемтосекундном диапазонах. Приведены аналитические выражения для величины диапазона сканирования и оптимальной ориентации оптической оси кристалла, численно исследовано влияние дисбаланса интен-сивностей волн, прошедших по разным оптическим путям, на вид АКФ. Предложены одноосные кристаллы, пригодные для изготовления пластин автокоррелятора.

Рис. 3. Схема предложенного сканирующего автокоррелятора на основе качающейся двулучепреломляющей пластины: 1 - неподвижная двулучепреломляющая пластина, 2 - качающаяся двулучепреломляющая пластина, с — оптическая ось, р~ угол между оптической осью и поверхностью пластины, отсчитанный вглубь пластинки, О — угол отклонения пластины 2 относительно оси, лежащей в плоскости пластины и перпендикулярной проекции оптической оси на поверхность пластины, Д^ и 6Х^7)/2 — задержки между обыкновенной и необыкновенной репликами импульса после пластины 1 и 2 соответственно, 3 - поляризационный фильтр, 4 — линза, 5 — нелинейный фотоприёмник.

В Третьей главе изложены основные результаты по изготовлению бикониче-ских микросветоводов с граничащей с воздухом светопроводящей перетяжкой (одинарных с круговым сечением и сдвоенных с квазиэллиптическим сечением), генерации в них суперконтинуума при накачке импульсами фемтосекундной длительности с энергией —1 нДж и управлению его параметрами.

В §7 описаны разработанные технология и лабораторная установка для изготовления биконических микросветоводов из стандартных оптических световодов. Основные параметры изготовленных образцов: пропускание излучения накачки — 50%, минимальный диаметр вытянутого участка - 1,5 мкм, максимальная длина перетяжки - 200 мм. Приведены расчетные зависимости эффективной площади моды и параметра дисперсии для разных диаметров перетяжек от длины волны излучения. Отмечено, что с уменьшением диаметра перетяжки положение точки нулевой дис-

Персии монотонно смещается в коротковолновую область спектра и для диаметров 1,5-1,3 мкм лежит в диапазоне 655-685 нм. После размещения в пылеизолированных корпусах образцы биконических микросветоводов достаточно устойчивы к возмущениям внешней среды и сохраняются в течение длительного времени (месяцы и более).

В §8 изложены экспериментальные результаты по генерации суперконтинуума в биконических микросветоводах с круговым сечением граничащей с воздухом све-топроводяжей перетяжки (Рис. 4(а)). Типичный вид спектра генерируемого суперконтинуума представлен на Рис. 4(6) для образца с диаметром 2,3 мкм и длиной 140 мм. Выявлено высокое качество выходного излучения, профиль поперечного распределения интенсивности излучения близок к гауссову.

Учлсттж бшюцнчесюго мякросвловода с крулвыч ссчекнеи перегнала, дпцня 70-140 мм, днамспр >1,5 мжм

Дгплч воины, нм.

(а) (б)

Рис. 4. (а) Схема конструкции вытянутого одинарного биконмческого микросветовода с круговым сечением граничащей с воздухом перетяжки, (б) Спектр генерируемого суперконтинуума при центральной длине волны входных импульсов 847 нм, длительности 80 фс и энергии 1,1 нДж. Ширина спектра суперконгинуума на выходе микросветовода составляет 790 нм (по уровню —20 дБ).

Показана возможность управления шириной спектра суперконтинуума с помощью перестройки спектра фемтосекундных импульсов накачки вблизи точки нулевой дисперсии биконического микросветовода. При перестройке центральной длины волны спектра входных импульсов длительностью 80 фс (энергия на входе в образец 1,1 нДж) от 789 до 847 нм ширина спектра генерации суперконтинуума на выходе образца (при одинаковой средней выходной мощности 45 мВт) варьировалась от 98 до 790 нм (по уровню -20 дБ).

Показано, что спектральная неоднородность генерируемого суперконтинуума может уменьшаться при использовании комбинации двух биконических микросветоводов с круговым сечением и разными диаметрами перетяжек.

Приведён пример использования генератора суперконтинуума (фемтосекунд-ный лазер + биконический микросветовод) в экспериментах по исследованию пространственной динамики изменения спектра рассеяния широкополосного излучения, распространяющегося в кристаллических средах, содержащих электродипольные светорассеивающие частицы.„

В §9 изложены результаты по генерации поляризованного суперконтинуума в сдвоенных биконических микросветоводах с квазиэллиптическим сечением перетяжки микронных размеров (Рис. 5(а)) и определению его основных параметров. На Рис. 5(6} приведён типичный для этого типа микросветоводов спектр суперконтинуума (образец с поперечными размерами перетяжки 2 Х3,4 мкм и длиной 100 мм).

Рис. 5. (а) Схема конструкции вытянутого сдвоенного биконического микросветовода с квазиэллиптическим сечением граничащей с воздухом перетяжки, (б) Спектр генерируемого суперконтинуума при центральной длине волны входных импульсов $05 нм, длительности 90 фс и энергии 1,3 нДж. Ширина спектра супер континуума на выходе микросветовода составляет 610 нм (по уровню —28 дБ).

Показана возможность управления шириной спектра супер континуума и степенью его поляризации с помощью ориентации вектора поляризации излучения накачки относительно осей симметрии квазиэллиптического профиля поперечного сечения микроволокна. Максимальная ширина спектра, наиболее гладкая форма и наибольшая степень поляризации (до 97%) достигаются при совмещении плоскости поляризации входного излучения с одной из осей симметрии. Полученный суперконтинуум характеризуется гауссовым поперечным профилем интенсивности излучения на выходе образцов микросветоводов и высокой степенью когерентности генерируемых частот.

В Четвертой главе приведены результаты детального исследования спектральной и временной структуры суперконтинуума, генерируемого в биконических микросветоводах при накачке фемтосекундными импульсами, спектр которых попадает в диапазон аномальной дисперсии образцов,

В §10 приведён обзор опубликованных данных по механизмам формирования суперконтинуума в дырчатых световодах с накачкой фемтосекундными импульсами с энергией —1 нДж.

В §11 изложены результаты исследования особенностей спектральной структуры супер континуума, генерируемого в биконических микросветоводах при накачке фемтосекундными импульсами в случае, когда спектр импульсов накачки попадает в диапазон аномальной дисперсии образцов.

(а)

(б)

Рис. б. Эффект трансформации спектра фемтосекундного импульса накачки в отдельные, отчетливо выраженные, спектральные компоненты с ростом пиковой мощности импульса в биконическом микросветоводе. Слева от спектров приведены значения средней выходной мощности излучения.

В экспериментах использован микросветовод с диаметром перетяжки 2,3 мкм (длина волны нулевой дисперсии 755 нм), длиной перетяжки 120 мм при накачке 50-фс импульсами со спектром вблизи длины волны 805 нм и средней мощностью излучения до 110 мВт (пиковая мощность до 25 кВт). В данных условиях наблюдается эффект преобразования спектра импульсов накачки в отдельные, отчетливо выраженные, спектральные компоненты. При увеличении пиковой мощности исходного импульса наблюдается увеличение числа спектральных компонент, смещение спектра каждой из них в длинноволновую область и появление (относительно маломощного) излучения в видимой области (Рис. б).

Рис. 7. Схема экспериментальной установки для исследования временной структуры суперконтинуума: 1 — фемтосекундный лазер, 2 — двухпризменный компрессор, 3

- оптический изолятор, 4 — линия задержки, 5 — микросветовод, 6 — сканируемый по углу синхронизма нелинейный кристалл ВВО, 7 — оптический анализатор спектра, 8

— измеритель мощности излучения.

Полученные результаты сопоставлены с данными но генерации суперконтинуума в биконических микросветоводах при накачки импульсами в области нормальной дисперсии образцов (§8), результатами численного моделирования распро-

—.Л_>\лА_

__М^А

V_

juL-

м_

33 кВт 24 мВт

16 мВт в мВт 4 мВт

1.5 мВт

f

400 500 МО 700 »00 вОО 1000 НОО1200

Длина волны, вм.

странения фемтосекундных импульсов в области аномальной дисперсии бикониче-ских микросветоводов и опубликованным данным по механизмам формирования супер континуум а в дырчатых световодах (§10). На основании проведённого анализа сделан вывод о том, что наблюдаемый эффект трансформации спектра импульсов накачки связан с явлением генерации самосдвинутых по частоте солитонов,

В §12 представлены результаты исследования временной структуры суперконтинуума, генерируемого в би конических м икрос вето водах при накачке фемтосе-кунднымн импульсами в области аномальной дисперсии образцов. Описана экспериментальная установка для исследования временной структуры излучения со спектром в диапазоне 400 - 1400 нм с использованием метода генерации суммарной частоты компонентами исследуемого излучения и опорным импульсом с известной длительностью в сканируемом по углу синхронизма нелинейном кристалле (Рис. 7).

Представлены результаты по регистрации временной структуры суперконтинуума и её изменению с ростом пиковой мощности импульсов накачки.

На Рис. 8 приведена двумерная зависимость интенсивности компонент суперконтинуума от длины волны и времени задержки относительно опорного импульса, позволяющая выявить связь между временной структурой супер континуум а и его спектром. В эксперименте использовался образец с диаметром перетяжки 2,1 мкм (длина волны нулевой дисперсии 725 нм) и длиной 70 мм при накачке 50-фс импульсами со спектром вблизи длины волны 795 нм (пиковая мощность до 25 кВт).

Представлены результаты сопоставления экспериментальных данных по временной структуре суперконтинуума с данными, полученными численным моделированием распространения фемтосекундных импульсов в области аномальной дисперсии образцов биконических микросветоводов.

На основании полученных экспериментальных данных и их анализа сделан вывод о том, что основным механизмом формирования суперконтинуума в данных условиях является генерация и распад солитона высокого порядка на фундамен-

Рис. 8. Двухмерная зависимость интенсивности суперконтинуума от длины волны и времени задержки опорного импульса. Интенсивность показана на графике градациями серого цвета.

о юот зоо» эаю «юо эхо взоо люа вха Временная задержка, фс

тальные солитоны, спектр каждого из которых смещён в длинноволновую область

за счет эффекта самосдвига частоты солитона.

В Заключении сформулированы основные результаты диссертации.

Основные результаты.

1. Разработан, исследован и реализован комнатный фемтосекундный тнган-сапфи-ровый лазер оригинальной конструкции. Параметры лазерной генерации вблизи центра усиления активной среды (800 им): длительность импульсов 17*50 фс, средняя выходная мощность до 500 мВт при частоте следования импульсов 80 МГц (энергия импульсов до 6 нДж, пиковая мощность ~100 кВт). Получена стабильная генерация лазера в режиме синхронизации мод в широком спектральном диапазоне (750-1050 нм) при длительностях импульсов не превышающих 100 фс и средней мощности свыше 100 мВт.

2. Разработан, исследован и реализован широкодиапазонный (спектральный диапазон 500-1050 нм) сканирующий автокоррелятор высокого временного разрешения с компьютерной регистрацией данных для измерения длительности и параметра фазовой модуляции фемтосекундных лазерных импульсов, с возможностью его использования в качестве программируемой линии оптической задержки на величину до 50 пс.

3. Предложена новая оптическая схема сканирующего интерференционного автокоррелятора для измерения длительности сверхкоротких импульсов. Основными особенностями схемы являются нетребовательность к настройке и компактное исполнение автокоррелятора. Переменная оптическая задержка реплик светового импульса создается качающейся пластиной из одноосного кристалла. Созданный на основе предложенной схемы автокоррелятор позволяет измерять длительности сверхкоротких импульсов в фемтооекундном и субпикосекундном диапазонах. Получены аналитические выражения для ширины диапазона сканирования и оптимальной ориентации оптической оси пластины. Предложен ряд материалов для изготовления двулучепреломляющих пластин авто коррелятора.

4. Разработаны технология и лабораторная установка для вытяжки биконическнх микросветоводов с окруженной воздухом светопровода щей перетяжкой,

5. При накачке изготовленных образцов биконическнх микросветоводов фемтосе-кундными импульсами разработанного титан-сапфирового лазера получена генерация суперконтинуума с характерными границами спектра (по уровню -20 дБ) 350 и 1150 нм, средней выходной мощностью до 100 мВт, гауссовым профилем поперечного распределения и расходимостью, близкой к дифракционной. Впервые продемонстрирована возможность управления шириной спектра суперконтинуума, генерируемого в биконическом микросветоводе, с помощью перестройки спектра импульсов накачки в области изменения знака дисперсии образца. При перестройке центральной длины волны спектра входных импульсов длительностью 80 фс (энергия 1.3 нДж) от 789 до 847 нм в образце с круговым сечением перетяжки диаметром 2,8 мкм (длина волны нулевой дисперсии 800 нм) экспериментально наблюдается увеличение ширины спектра суперконтинуума от 98 до 790 нм (по уровню -20 дБ).

6. Впервые в биконическнх микросветоводах нового ntna - вытянутых сдвоенных микросветоводах с квазиэллиптичес ким сечением граничащей с воздухом перетяжки - получена генерация поляризованного суперконтинуума при накачке излучением фемтосекундного лазера с энергией в импульсе -1 нДж. Характерные границы спектра суперконтинуума — от 460 до 1070 им (по уровню -28 дБ). Экспериментально установлено, что максимальная ширина спектра суперконтинуума и его наиболее гладкая форма достигаются при совмещении плоскости поляризации излучения накачки с одной из осей симметрии квазиэллиптического профиля поперечного сечения перетяжки биконического микросветовода. При этом достигается также наибольшая степень поляризации излучения суперконтинуума (до 97%).

7. Впервые в биконическом микросветоводе при накачке фемтосекундными импульсами в области аномальной дисперсии образца наблюдался эффект преобразования спектра исходного импульса в отдельные ярко выраженные спектральные компоненты. Выяснено, что при увеличении пиковой мощности исходного импульса наблюдается увеличение числа спектральных компонент, сдвиг спектра каждой из них в длинноволновую область и возникновение относительно маломощного излучения в видимой области спектра. Экспериментальный и численный анализ временной и спектральной структуры подобного излучения позволил интерпретировать наблюдаемое явление как генерацию солитона высокого порядка и его распад на фундаментальные солитоны, спектры которых смещены в длинноволновую область под действием эффекта самосдвига частоты солитона.

Основные результаты диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Martinovich E.F., Martinovich Е.Е., Polityko S.I., Bondarev B.V., Kukarin S.V., Sorokin V.B., Zlygostev A., Reiterov V.M. New luminescent methods of femtosecond optical measurements // II Int. Symp. modern problems of laser physics, Novosibirsk, Russia, Jul.28-Aug.2, 1997,-Tech. Dig.- P. 41-42.

2. Martinovich E.F., Bashkov D.A., Bondarev B.V., Kukarin S.V., Sorokin V.B. Experimental investigation of non-steady effect of spatial modulation of luminescence intensity in crystals under femtosecond excitation // XVI Int. Conf. on Coherent and Nonlinear Optics (ICONO'98), Moscow, Russia, 1998- Tech. Dig.- P. 734.

3. Bondarev B.V., Ischenko V.N., Kochubei S.A., Kukarin S.V., Sorokin V.B, Compact femtosecond system on the base of dye amplifiers, pumped by multichannel N2 longitudinal discharge laser // Proc. of XI Int Vavilov Conf., Novosibirsk, 1998.- V. 2886,-P. 462-469.

4. Бондарев Б.В., Кобцев C.M., Кукарин C.B., Сорокин В.Б. Фемтосекундная лазерная система для измерений в ближней ИК-области спектра. // Тез. лекций и докладов IV Всерос. школы-семинара "Люминесценция и сопутствующие явления", Иркутск, Россия, 19-23 октября, 1998.- Иркутск,- С. 12-14.

5. Alfimov Е.Е., Kobtsev S.M., Kukarin S.V., Makukha V.K., Meshalkin Y.P., Oghirenko A.P., Pustovskikh A.A., Sorokin V.B. The "blue shift" of the two-photon absorption for a spectrum of series organic dye // IV Int. Conf. "AMPL'99", Tomsk, Russia, September, 1999. - Tech. Prog. - P. 9.

6. Baraulya V.I., Kobtsev S.M., Kukarin S.Y., Sorokin V.B. Titanium-Sapphire laser-based femtosecond spectrometer //IV Int. Conf. "AMPL'99", Tomsk, Russia, September 1999.-Tech. Prog.- P. 38.

7. Baraulia V.I., Kobtsev S.M., Korablev A.V., Kukarin S.V., Yurkin A.M. Widerange interferometric autocorrelator for the measurement of ultrashort light pulses parameters with light-emitting diodes used as a photodetectors // IX Int. Conf. "Laser Optics": Tech. Prog.- St.Petersburg, 1998,- P.79.

8. Kobtsev S.M., Kukarin S.V., Sentis M., Sorokin V.B., Ischenko V.N. The amplification of femtosecond tight pulses in blue spectral region // III Int. Symp. Modern problems of laser physics, Novosibirsk, Russia, July 2000. - Tech. Dig.- P. 184-185.

9. Kobtsev S.M., Kukarin S.V., Sorokin V.B. Compact femtosecond autocorrelator based on swinging birefringent plate // Int. Conf. on Lasers and Electro-Optics (CLEO/Europe), Nice, France, September 2000.- Tech. Dig,- Paper CtuK103.- P. 138.

10. Кобцев C.M., Кукарин C.B., Смирнов C.M., Сорокин В.Б. Фемтосекундный автокоррелятор на основе качающейся двулучепреломляющей пластинки И Квантовая электроника.- 2001.- Т. 31.- № 9.- С. 829-833.

11. Кобцев С.М., Кукарин С.В., Фатеев Н.В. Управление шириной спектра генерации фемтосекундного континуума в световоде малого диаметра // Квантовая элеетроника.-2002,-Т. 32.-Ке 1.-С. 11-13.

12. Kobtsev S.M., Kukarin S.V., Fateev N.V., Pustovskikh A.A. Spectrum flattening of the supercontinuum generated in tapered fibers // White Nights' Summer School on Photosensitivity in Optical Waveguides and Glasses POWAG2002: Dig.-St.Petersburg, 2002,- ThA2.- P. 58,59.

13. Kobtsev S.M., Kukarin S.V., Fateev N.V, Generation of polarized supercontinuum in air-clad dual tapered fibre // Int Conf. IQEC/LAT, Moscow, Russia, June 2002,- Tech. Dig.- Paper QWH7.- P. 396.

14. Бабин C.A., Кобцев C.M., Кукарин C.B., Мешалкин Ю.П., Рыбаков М.А. Фемтосекундный лазерный комплекс для научных исследований и медицинских применений //Наука - производству.- 2003,- № 2,- С. 12-13.

15. Kobtsev S.M., Kukarin S.V., Fateev N.V., Turitsyn S.K., Mesentsev V. Silica/air-clad dual-core tapered fiber for polarized supercontinuum generation // Int. Conf. Optical Fiber Communication (OFC), Atlanta, Georgia, USA, March 23-28, 2003.- Proc. Conf- Paper FH4.- P. 689-690.

16. Mezentsev V., Turitsyn S., Yakovenko S., Kobtsev S., Kukarin S., Fateev N. Numerical Modal Analysis of Silica/Air-Clad Dual-Core Fibres//XI Int. Workshop on Optical Waveguide Theory and Numerical Modelling: Prog.- Prague, 2003.- P.12.

17. Kobtsev S.M., Kukarin S.V., Fateev N.V. Polarisation properties of super-continuum generated in silica/air-clad dual-core tapered fibre II Int. Conf. CLEO/Europe-2003 : Europ. Conf Abst.- Munich, 2003.- V.27E.- CL7M.

18. Кобцев C.M., Кукарин C.B., Фатеев H.B. Генерация поляризованного суперконтинуума в квазиэллиптических световодах малого диаметра II Квантовая электроника.- 2003.- Т.ЗЗ.- № 12.- С. 1085-1088.

19. Старченко А.А., Дресвянекий В.П., Кобцев С.М., Кукарин С.В., Мартынович Е,Ф. Пространственное перераспределение спектра рассеяния излучения с фем-тосекундным временем когерентности в анизотропных кристаллах. II Научные

школы Сибири: взгляд в будущее. Труды II интеграционной междисципп. конф. молодых ученых СО РАН и высшей школы. - Иркутск: Изд-во Ин-та географии СО РАН, 2003.- С. 158-159.

20. Kobtsev S.M., Kukarin S.V., Pustovskikh А.А., Fateev N.V. Soliton self-frequency shift in the air-clad tapered fiber 1} Int. Conf. CLEO/Pacific Rim 2003: Proc. Conf.-Taipei, 2003.- THP-(5)-12.- V.U.- P.538.

21. Kobtsev S.M., Kukarin S.V., Fateev N.V., Mezentsev V„ Turitsyn S. Dual-core air-clad fiber for supercontinuum polarization control // Int. Conf. Nonlinear Guided Waves and Their Application (NLGW), Toronto, Canada, March 2004.- Tech. Dig. on CD (Optical Society of America, 2004).- Paper WC8.

22. Kobtsev S.M., Kukarin S.V., Fateev N.V., Smirnov S.V. Generation of self-frequency-shifted solitons in tapered fibers in the presence of femtosecond pumping. II Laser Physics.- 2004.- V.14.- Jfc 5.- P. 748-751.

23. Kobtsev S.M., Kukarin S.V., Fateev N.V., Mezentsev V.t Turitsyn S.K. Tapered dual-core air-clad fiber for generation of polarized supercontinuum U Summer-School on Advanced Glass-Based Nano-Photonics (POWAG-2004), Bath, UK, July 2004,- Abstracts.- Paper C7.

24. Сгарченко A.A., Мартынович Е.Ф., Дресвянский В.П., Кобцев С.М., Кукарин С.В. Рассеяние поляризованного фемтосекундного супер континуума в анизотропной среде. // IX Межц. школа-семинар по люминесценции и лазерной физике (ЛЛФ-2004), Иркутск, Россия, 13-17 сентября 2004,- Тез. лекций и докладов.-2004.-С. 119-121.

25. Старченко А.А., Дресвянский В.П., Кобцев С.М., Кукарин С.В., Мартынович Е.Ф. Трансформация спектра рассеяния фемтосекундного суперконтинуума, распространяющегося в анизотропной среде // X Всерос. научная конф. студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-Х), Москва, Россия, 2004.- Сб. тез. (часть 1).- 2004.- С. 694-695.

26. Багаев С.Н., Денисов В.И., Захарьяш В.Ф., Клементьев В.М., Кобцев С.М., Ко-рель И.И., Кузнецов С.А., Кукарин С.В., Пивцов B.C., Смирнов С.В., Фатеев Н.В. Спектральные и временные характеристики суперконтинуума в оптических волокнах с перетяжкой // Квантовая электроника,-2004.-Т. 4.- С, 1107-1115.

27. Smirnov S.V., Ania-Castanon J.D., Ellingham T.J., Kobtsev S.M., Kukarin S.V., Turitsin S.K. Optical spectral broadening and supercontinuum generation in telecom application // Optical Fiber Technology.- 2006,- V. 12. - № 2. - P. 122-147.

Подписано к печати " 26 " октября 2006 г. Формат бумаги 60x84 1/16. Объём 1 печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 1902

Отпечатано "Документ-Сервис" , 630090 Новосибирск, ул. Институтская 4/1.

Введение.

Глава 1. Разработка фемтосекундного лазера на сапфире с ионами титана.

§1. Фемтосекундные лазеры (обзор литературы).

§2. Устройство фемтосекундного лазера на сапфире с титаном и синхронизацией мод на основе нелинейности Керра.

§3. Разработанный фемтосекундный лазер на сапфире с титаном.

Глава 2. Разработка сканирующего автокоррелятора для измерения длительности СКИ.

§4. Сканирующий автокоррелятор для измерения длительности и параметров фазовой модуляций фемтосекундных лазерных импульсов.

§5. Минимальная длительность импульсов, достоверно определяемая разработанным автокоррелятором и применение светоизлучающего диода в качестве нелинейного фотоприемника для регистрации ИАКФ СКИ.

§6. Использование двулучепреломляющей пластины для создания переменной оптической задержки.

Глава 3. Генерация суперконтинуума в биконических микросветоводах с граничащей с воздухом перетяжкой.

§7. Биконические микросветоводы и их дисперсионные характеристики

§8. Генерация суперконтинуума в биконических микросветоводах с круговым сечением перетяжки.;.

§9. Генерация поляризованного суперконтинуума в биконических микросветоводах с квазиэллиптическим сечением перетяжки.

Глава 4. Эффект генерации солитонов в биконических микросветоводах при фемтосекупдной накачке.

§10. Механизмы формирования суперконтинуума в дырчатых световодах с накачкой фемтосекунлными импульсами с энергией ~1 нДж.

§11. Генерация солитонов в биконических микросветоводах при фемтосекундной накачке.

§12. Временная структура суперконтинуума, генерируемого в биконических микросветоводах при накачке фемтосекундными импульсами

Сверхкороткие лазерные импульсы (СКИ) с высокой пиковой мощностью при распространении в оптически прозрачной среде могут испытывать чрезвычайно большое спектральное уширение, перекрывающее практически полностью весь видимый диапазон, и достигающего областей ближнего ультрафиолета (~300 нм) и дальней инфракрасной области (~1600 нм). В этой ситуации, по определению, принято говорить о сверхуширении спектра, или о генерации импульсов белого света или о генерации суперконтинуума (СК). Со времени первого экспериментального наблюдения этого явления в образцах боросили-катных стёкол в конце 60-х годов 20 века [1], генерация СК была осуществлена в различных типах твердых материалов, а также в жидкостях [2] и газах [3]. Уникальные свойства СК сделали его идеальным широкополосным лазерным источником для различных областей фундаментальных и прикладных исследований [4]. Области применения СК включают: спектроскопию сверхвысокого временного разрешения [5,6], сжатие СК во временной области с целью генерации импульсов предельно короткой длительности [7,8], использование СК в качестве затравочного излучения в оптических параметрических усилителях [9, 10], оптическую когерентную томографию [И], частотную метрологию [12-15], оптические коммуникации [16-18].

Генерация СК является комплексным физическим явлением, в формировании которого участвует целый ряд физических механизмов. Доминирующим эффектом при сверхуширении спектра СКИ в объёмных средах (твердые тела, жидкости, газы) является изменение показателя преломления оптически прозрачного вещества под действием электрического поля импульса (эффект Кер-ра):

Ап = п2Р( 0 (В.1) где Р (/) - пиковая плотность мощности импульса (Вт/см ), пг - нелинейный показатель преломления вещества (см /Вт). В результате (во временном представлении) при распространении импульса в среде у него появляется нелинейно зависящий от времени набег фазы (фазовая самомодуляция, ФСМ), который (в частотной области) соответствует увеличению ширины спектра импульса относительно его центральной частоты со0 [1,2,19]. Вызванное действием ФСМ мак

Асо со, симальное относительное уширение —^ спектра импульса можно оценить по о формуле [20]: т = №п2Ро1 2) со0 г 0сБ где Р0 - пиковая мощность импульса, То - характерная длительность импульса, Ь - длина распространения в среде, Б - площадь поперечного сечения излучения.

Среди других физических механизмов, участвующих в формировании СК в объёмных средах, указывались: самофокусировка [21,22]; оптический пробой и дополнительная ФСМ, вызванная лавинной ионизацией при самофокусировке [22,23]; параметрические процессы [24,25]; ФСМ с учетом самоукручения переднего фронта импульса [19]; многофотонная ионизация [26]. Р

Оценки по формуле (В.2) для плотности мощности и энергии Е импульса, необходимых для относительного уширения спектра ~ 1 и разю0 личных характерных длительностях, дают (длина взаимодействия Ь ~ 10 мм, диаметр пятна излучения в фокусе ~ 100 мкм):

Р 13 2 ~ 10 Вт/см , Е ~ 1 мДж, для пикосекундных импульсов (1 пикосекунда 3

1 "У

10 секунды); Р 12 2

-5-~ 10 Вт/см , Е ~ 100 цДж, для импульсов длительностью ~ 100 фемтосекунд (1фемтосекунда = 10"15 секунды).

Подобные лазерные энергетические параметры достигаются в сложных и достаточно громоздких лазерных системах «генератор сверкоротких импульсов + усилительная система».

Из перечисленных выше физических механизмов явление самофокусировки оказывает двоякое влияние на сверхуширение спектра СКИ в объёмных средах. С одной стороны, самофокусировка, за счет дополнительного вклада в ФСМ, приводит к увеличению ширины спектра СК. С другой стороны, когда мощность затравочного излучения превышает некоторую критическую величину (пороговую мощность фокусировки Рсг), развивается поперечная нестабильность, которая приводит к расщеплению пучка на несколько отдельных нитей (филаментация) [27], что ухудшает качество формируемого СК и увеличивает чувствительность его параметров к возмущениям среды (флуктуации температуры, плотности и показателя преломления) и затравочного излучения (шумы амплитуды, частоты, фазы и поляризации). При достижении пороговой мощности самофокусировки Рсг, даваемой формулой

Р.^ Р.З), кп0пг фокусируемое излучение СКИ схлопывается в нить на характерной длине самофокусировки [28] (в приближении гауссова пучка): . № (В.4).

0,852)-0,0219]

2 7Г

В формулах (3) и (4) Я- длина волны излучения, к =--волновой вектор, Я радиус перетяжки пучка, и0 - линейный показатель преломления среды, п2 - нелинейный показатель преломления среды, выраженный в см /Вт, Р0 и Рсг- пиковая мощность СКИ и критическая мощность самофокусировки (выраженные в Ваттах). Оценки по формулам (В.З), (В.4) дают для характерных длин самор п фокусировки в различных материалах (плотность мощности ~ 1,5x10 $

Вт/см , радиус перетяжки пучка \у0 ~ 50 |дм): для воды (пг = 4,1х10"16 см2 /Вт) - 1 мм, для плавленого кварца (пг = 3,2 хЮ" см /Вт) - 1,3 мм, для СаР2 (п2 = 1,24 х10"16 см2 /Вт) - 2,1 мм.

Таким образом, при генерации СК в объёмных средах, длина рабочей среды ограничивается величиной порядка характерной длины самофокусировки , и на практике лежит в пределах от долей миллиметра до нескольких миллиметров.

Значительное снижение порога наблюдения нелинейно-оптических явлений (в частности, генерации СК) по энергии импульсов накачки достигается при использовании волоконных световодов. Технология изготовления современных волоконных световодов из кварцевого стекла обеспечивает потери в них не более 0.1 дБ/км в области ближнего инфракрасного диапазона. Эффективность Аея протекания нелинейно-оптических явлений в среде определяется произведением нелинейного показателя преломления, эффективной длины взаимодействия и плотности мощности импульса накачки:

В.5)

В работе [20] приведена оценка отношения эффективностей нелинейно-оптических явлений А Р в волоконном световоде длиной Ь, и бесконечной объемной среде А е{Г;у (в приближении Гауссова пучка): где, РР , Ру - пиковые мощности импульсов накачки в световоде и объемной среде, 6. - диаметр сердцевины одномодового световода (характерное значение (1 = 8 мкм для длины волны 1,3 мкм.). При значениях отношения п^ / п2>у~ 10" (кварцевое стекло и сероуглерод СБг, имеющий одно из наибольших значений нелинейного коэффициента пг) и значении отношения РР / Ру~ Ю"5, значение отношения эффективностей нелинейно-оптических явлений становится ~1 при длине волокна порядка сотен метров. Таким образом, при использовании волоконных световодов для генерации СК, за счет волноводного эффекта и больших длин световодов возможно снижение энергии импульсов накачки до уровня ~1 нДж. Ещё одним существенным преимуществом волоконных световодов является возможность эффективного протекания нелинейных процессов в отсутствии самофокусировки излучения.

В результате систематических исследований нелинейно-оптических явлений в кварцевых световодах были выявлены некоторые новые физические механизмы, дающие, наряду с волоконной ФСМ [29], существенный вклад в изменение в них спектра СКИ. Среди этих механизмов: солитонный режим распространения импульса [30,31]; самосдвиг центральной частоты солитона вниз за счет эффекта вынужденного комбинационного рассеяния [32,33]; эволюция солитона высокого порядка [34-36]; модуляционная неустойчивость спектральных компонент затравочного импульса, попадающих в область аномальной дисперсии световода [37]; генерация несолитонного (дисперсионные волны, оптический эффект Че-ренкова) излучения затравочными импульсами с длиной волны, лежащей в области аномальной дисперсии световода вблизи точки нулевой дисперсии [38-40].

Интенсивные исследования особенностей генерации СК в волоконных световодах были предприняты в рамках задач оптических систем связи на основе спектрально-широкополосных лазерных источников световых импульсов с гигагерцовой частотой следования. Основными компонентами подобных систем генерации СК являются: пикосекундные источники световых импульсов (волоконные или полупроводниковые лазеры с синхронизацией мод), волоконный усилитель мощности на основе легированного эрбием волокна, волоконный генератор СК (характерные длины волокна - от нескольких сотен метров до нескольких километров). Типичные характеристики излучения на выходе таких систем, полученные к настоящему времени: ширина спектра СК (вблизи центральной длины волны 1555 нм) свыше 300 нм, частота повторения -10 ГГц, средние выходные мощности -100 мВт [41]. Проведенные в рамках телекоммуникационных задач исследования показали существенную роль дисперсионных характеристик волоконного генератора СК, которые оказывают значительное влияние на свойства выходного излучения (ширина спектра, выходная мощность, временные и поляризационные характеристики, спектральная гладкость и симметричность СК относительно центральной длины волны затравочного импульса, шумовые характеристики и фазовая когерентность) [42, 43].

Было выяснено что, с помощью подходящего выбора конструкции световодов при их изготовлении (диаметр сердцевины и разность показателей преломления сердцевины и оболочки, количество оболочек и т. д.), можно изменять волоконные дисперсионные характеристики, и таким образом управлять процессом распространения в них СКИ и параметрами генерируемого СК. Среди важных дисперсионных характеристик отметим следующие: положение точки нулевой дисперсии относительно центральной длины волны излучения накачки, наклон дисперсионной кривой, изменение величины дисперсии вдоль волокна, согласование групповых скоростей различных спектральных компонент. Существенный прогресс в технике генерации СК, распространении его спектра в видимый диапазон и снижении пороговой энергии импульсов накачки, связан с изобретением дырчатых (или микроструктурных или фотонно-кристаллических) световодов [45] и широким внедрением в практику научных исследований фемтосекундных твёрдотельных и волоконных лазеров [44, 6171]. Характерные параметры указанных лазеров - фемтосекундная (100 фс и менее) длительность импульсов с энергией ~ 1 нДж при частоте следования ~ 10-100 МГц. Оценка для плотности мощности, достижимой, например, при фокусировке излучения лазера на сапфире с титаном с синхронизацией мод и длительностью импульса 50 фс в пятно с диаметром ~1 мкм, даёт величину ~ 10й л

Вт/см , сравнимую с плотностью мощности необходимой для генерации СК в объемной среде.

Микроструктурные световоды в поперечном сечении представляют собой сердцевину из плавленого кварца с характерным диаметром ~1 мкм, окруженную регулярным набором отверстий заполненных воздухом и тянущихся вдоль всей длины волокна (см. рис. В1 б). На рис. В 1а приведена фотография из работы [46], где впервые была продемонстрирована возможность генерации в дырчатом волокне СК (спектр в пределах от 400 до 1600 нм) при фокусировке в его сердцевину фемтосекундных импульсов лазера на сапфире с ионами титана. На фотографии видны особенности конструкции этого оптико-волоконного устройства. а) б)

Рис.В1. (а) Фотография торца микроструктурного волокна из работы [46], демонстрирующая особенности конструкции подобных оптико-волоконных устройств. (б) Схема, поясняющая строение микроструктурного волокна с обозначением основных параметров.

Форма и размер сердцевины О, диаметр воздушных отверстий с!, их количество в непосредственной близости от сердцевины и расстояния Л между ними определяют нелинейные и дисперсионные свойства всей оптико-волоконной конструкции. Современные технологии производства оптических волноводов позволяют изготавливать микроструктурные волокна с длинами порядка десятков метров и потерями не более 0,1 дБ/м, поддерживающими и не поддерживающими поляризацию входного излучения, с диаметром сердцевины вплоть до субмикронных размеров и толщиной перемычек между отверстиями порядка десятков нанометров.

Фотонно-кристаллическим волокнам присущи некоторые очень важные особенности, нехарактерные для стандартных телекоммуникационных световодов [47,48]. Среди их необычных свойств: поддержка одномодового режима распространения излучения в широком диапазоне длин волн [49]; смещение (в зависимости от конструкционных параметров) положения точки нулевой дисперсии в ближнюю инфракрасную и даже в видимую области спектра (в частности, максимум усиления лазера на кристалле сапфира с ионами титана попадает в область аномальной дисперсии специально сконструированных фотонно-кристаллических волокон) [50, 51]; высокая эффективности протекания нелинейно-оптических явлений [52] (за счет возможности уменьшение диаметра сердцевины до размеров порядка 1 мкм и менее без существенного увеличения волноводных потерь). При прохождении СКИ в сердцевине дырчатых световодов их спектр может существенным образом трансформироваться. Изменение спектра выходных импульсов проявляется как в возникновении отдельных спектральных составляющих, центральная длина волны которых может быть больше или меньше длины волны импульсов входного излучения, так и в его уширении вплоть до генерации СК.

В дырчатых световодах наблюдаются практически все указанные ранее нелинейно-оптические явления, характерные для обычных кварцевых волокон [29-40], но при значительно меньших длинах (от нескольких сантиметров до нескольких метров).

По дисперсионным и нелинейно-оптическим свойствам к микроструктурным волокнам тесно примыкают оптические волокна с перетяжкой диаметром несколько микрометров окруженной воздухом - вытянутые биконические микросветоводы (см. рис. В2). При уменьшении первоначального диаметра оптоволокна в несколько десятков раз разница между сердцевиной и оболочкой практически исчезает, и перетяжка становится граничащим с воздухом стеклянным цилиндром с двумя коническими переходами к исходному диаметру. Впервые одна из технологий изготовления подобных устройств и первые результаты по генерации в них СК опубликованы в работе [53].

1 ~ 1мкм

ЧЧчР=125 мкм

Рис. В2. Схема конструкции вытянутого волокна с граничащей с воздухом перетяжкой микронного диаметра.

Биконические микросветоводы в двух отношениях являются более простыми оптико-волоконными устройствами в сравнении с микроструктурными световодами. Во-первых, методы расчета волноводных характеристик бикони-ческих микросветоводов (эффективная площадь моды, положение точки нулевой дисперсии, групповые скорости различных спектральных компонент) практически совпадают с хорошо разработанными методами расчета тех же величин для ступенчатых оптических световодов [20, 54]. При этом граница сердцевина-оболочка для ступенчатых оптических световодов аналогична границе воздух-перетяжка для биконических микросветоводов. Теория расчета подобных величин для фотонных кристаллов выглядит достаточно сложной и в настоящее время находится в стадии разработки.

Во-вторых, интерес к биконическим микросветоводам вызывают доступность исходного материала (стандартное коммерческое телекоммуникационное волокно) и сравнительная простота методов вытяжки.

Ещё одним важным обстоятельством является то, что биконические микросветоводы можно считать предельным случаем микроструктурных волокон с уменьшенными размерами перемычек между воздушными отверстиями (так называемыми паутинчатыми волокнами [55, 56], см. рис. ВЗ). Поэтому следует ожидать определенного сходства процессов развития нелинейных явлений в этих двух типах оптико-волоконных устройств.

Таким образом, простота расчета нелинейных и дисперсионных параметров, простота и оперативность изготовления в лабораторных условиях, указанное сходство с микроструктурными световодами делают биконические микросветоводы с граничащей с воздухом перетяжкой микронных диаметров удобным и доступным объектом для исследования особенностей генерации СК оптико-волоконными методами. щ рго <

Мед• 322К\ енГ.^-вЛСЬ»^ а) б)

Рис. ВЗ. Примеры микроструктурных волокон с уменьшенными размерами перемычек между воздушными отверстиями (паутинчатых волокон), (а) Фотография с электронного микроскопа торца микроструктурного волокна из работы [55]. (б) Фотография с электронного микроскопа торца микроструктурного волокна из работы автора настоящей диссертации [56].

Цель диссертационной работы, исходя из изложенного выше, состояла в изготовлении образцов биконических микросветоводов и исследовании основных свойств генерируемого в них суперконтинуума при накачке импульсами фемтосекундной длительности с энергией ~1 нДж, определении влияния параметров микросветоводов и характеристик излучения накачки на свойства суперконтинуума, использовании суперконтинуума в научных исследованиях.

В ходе работы решались задачи: разработка и создание лабораторного макета фемтосекундного лазера на кристалле сапфире с ионами титана, исследование его генерационных характеристик и выяснения возможности их оптимизации, реализация на основе проведенных исследований компактной, функционально развитой конструкции лазера, исследование возможностей созданного лазера при работе в составе интегрированного фемтосекундного лазерного комплекса; разработка методов и устройств для измерения длительности фем-тосекундных импульсов и исследования временной структуры суперконтинуума; разработка технологии и лабораторной установки для изготовления бико-нических микросветоводов с граничащей с воздухом светопроводящей перетяжкой; исследование основных характеристик и особенностей суперконтинуума, генерируемого в изготовленных микросветоводах, разработка методов управления параметрами суперконтинуума.

Научная новизна работы:

1. Разработан, исследован и реализован компактный фемтосекундный титан-сапфировый лазер оригинальной конструкции, обеспечивающий стабильный режим синхронизации мод в спектральном диапазоне 750-1050 нм при длительности импульсов 17-100 фс и средней мощности выходного излучения до 500 мВт. Разработан, исследован и реализован сканирующий автокоррелятор с компьютерной регистрацией данных и возможностью использования его в качестве линии оптической задержки на величину до 50 пс.

2. Впервые предложен способ формирования оптической задержки между репликами светового импульса с использованием качающейся двулучепрелом-ляющей пластины, на основе которого разработана и реализована новая схема компактного, простого в эксплуатации сканирующего интерференционного автокоррелятора для измерения длительности сверхкоротких световых импульсов.

3. С использованием разработанного фемтосекундного лазера и изготовленных биконических микросветоводов с круговым сечением граничащей с воздухом перетяжки получена генерация суперконтинуума, впервые продемонстрирована возможность управления шириной спектра суперконтинуума с помощью изменения длины волны импульсов накачки.

4. Впервые разработаны и изготовлены сдвоенные биконические микросветоводы с квазиэллиптическим сечением перетяжки, в которых реализована генерация поляризованного суперконтинуума, исследованы его основные характеристики и показана возможность управления шириной его спектра и степенью поляризации.

5. В изготовленных биконических микросветоводах впервые наблюдался эффект преобразования импульса накачки в отдельные солитонные компоненты. Экспериментально определены энергетические, спектральные и временные параметры импульсов и диаметры перетяжек биконических микросветоводов, необходимые для наблюдения этого явления, выявлена временная структура подобного излучения.

Практическая значимость и внедрение результатов работы:

1. Различные модификации разработанного фемтосекундного титан-сапфирового лазера изготовлены и поставлены в Российский центр лазерной физики при СПбГУ и ВНЦ "ГОИ им.С.И.Вавилова" (Санкт-Петербург), МЛЦ МГУ, ФИ им.П.Н.Лебедева РАН, ВНИИ ОФИ (Москва), ИФП СО РАН и НИИ физиологии СО РАМН Новосибирск).

2. Разработанные автокорреляторы изготовлены и поставлены в ФТИ им.А.Ф.Иоффе РАН (Санкт-Петербург), ФИ им.П.Н.Лебедева РАН (Москва), НИИ физиологии СО РАМН и ИЛФ СО РАН (Новосибирск), где используются для проведения научных исследований.

3. Изготовленные образцы биконических микросветоводов используются в ИЛФ СО РАН (Новосибирск) и ИХФ им.Н.Н.Семенова РАН (Москва).

Структура и содержание работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав с изложением материала диссертации и заключения, в котором перечислены основные результаты. Общий объём диссертации составляет 157 страниц и включает 49 рисунков, 8 таблиц и список литературы из 162 наименова

Выводы к Главе 4.

В Главе 4 приведены результаты детального исследования спектральной и временной структуры суперконтинуума, генерируемого в вытянутых бикони-ческих микросветоводах при накачке фемтосекундными импульсами, спектр которых попадает в область аномальной дисперсии образцов.

В эксперименте с образцом с круговым сечением перетяжки диаметром 2,3 мкм, длиной 120 мм (длина волны нулевой дисперсии 755 нм) при накачке импульсами длительностью 50 фс на длине волны 805 нм наблюдался эффект преобразования спектра импульса в отдельные, отчетливо выраженные, компоненты. При последовательном увеличении пиковой мощности исходного импульса (до 25 кВт), наблюдалось увеличение числа спектральных компонент, непрерывный сдвиг центральных частот каждой из них в длинноволновую область спектра и появление относительно маломощного излучения в видимой области. На экспериментальной установке для исследования временной структуры излучения с характерной шириной спектра от 400 до 1400 нм получена двумерная зависимость интенсивности суперконтинуума от длины волны и времени. Экспериментальный и численный анализ временной и спектральной структуры излучения с указанными особенностями позволил интерпретировать его как генерацию солитона высокого порядка и его распад на фундаментальные солитоны, спектры которых смещаются в длинноволновую область под действием эффекта самосдвига частоты солитона.

Заключение.

В заключении приведём основные результаты, полученные в данной работе:

1. Разработан, исследован и реализован компактный фемтосекундный титан-сапфировый лазер оригинальной конструкции. Параметры лазерной генерации вблизи центра усиления активной среды (800 нм): длительность импульсов 1750 фс, средняя выходная мощность до 500 мВт при частоте следования импульсов 80 МГц (энергия импульсов до 6 нДж, пиковая мощность -100 кВт). Получена стабильная генерация лазера в режиме синхронизации мод в широком спектральном диапазоне (750-1050 нм) при длительностях импульсов не превышающих 100 фс и средней мощности свыше 100 мВт.

2. Разработан, исследован и реализован широкодиапазонный (спектральный диапазон 500-1050 нм) сканирующий автокоррелятор высокого временного разрешения с компьютерной регистрацией данных для измерения длительности и параметра фазовой модуляции фемтосекундных лазерных импульсов, с возможностью его использования в качестве программируемой линии оптической задержки на величину до 50 пс.

3. Предложена новая оптическая схема сканирующего интерференционного автокоррелятора для измерения длительности сверхкоротких импульсов. Основными особенностями схемы являются нетребовательность к настройке и компактное исполнение автокоррелятора. Переменная оптическая задержка реплик светового импульса создается качающейся пластиной из одноосного кристалла. Созданный на основе предложенной схемы автокоррелятор позволяет измерять длительности сверхкоротких импульсов в фемтосекундном и субпи-косекундном диапазонах. Получены аналитические выражения для ширины диапазона сканирования и оптимальной ориентации оптической оси пластины. Предложен ряд материалов для изготовления двулучепреломляющих пластин автокоррелятора.

4. Разработаны технология и лабораторная установка для вытяжки бикониче-ских микросветоводов с окруженной воздухом светопроводящей перетяжкой.

5. При накачке изготовленных образцов биконических микросветоводов фем-тосекундными импульсами разработанного титан-сапфирового лазера получена генерация суперконтинуума с характерными границами спектра (по уровню -20 дБ) 350 и 1150 нм, средней выходной мощностью до 100 мВт, гауссовым профилем поперечного распределения и расходимостью, близкой к дифракционной. Впервые продемонстрирована возможность управления шириной спектра суперконтинуума, генерируемого в биконическом микросветоводе, с помощью перестройки спектра импульсов накачки в области изменения знака дисперсии образца. При перестройке центральной длины волны спектра входных импульсов длительностью 80 фс (энергия 1.3 нДж) от 789 до 847 нм в образце с круговым сечением перетяжки диаметром 2,8 мкм (длина волны нулевой дисперсии 800 нм) экспериментально наблюдается увеличение ширины спектра суперконтинуума от 98 до 790 нм (по уровню -20 дБ).

6. Впервые в биконических микросветоводах нового типа - вытянутых сдвоенных микросветоводах с квазиэллиптическим сечением граничащей с воздухом перетяжки - получена генерация поляризованного суперконтинуума при накачке излучением фемтосекундного лазера с энергией в импульсе ~1 нДж. Характерные границы спектра суперконтинуума - от 460 до 1070 нм (по уровню -28 дБ). Экспериментально установлено, что максимальная ширина спектра суперконтинуума и его наиболее гладкая форма достигаются при совмещении плоскости поляризации излучения накачки с одной из осей симметрии квазиэллиптического профиля поперечного сечения перетяжки биконического микросветовода. При этом достигается также наибольшая степень поляризации излучения суперконтинуума (до 97 %).

7. Впервые в биконическом микросветоводе при накачке фемтосекундными импульсами в области аномальной дисперсии образца наблюдался эффект преобразования спектра исходного импульса в отдельные ярко выраженные спектральные компоненты. Выяснено, что при увеличении пиковой мощности исходного импульса наблюдается увеличение числа спектральных компонент, сдвиг спектра каждой из них в длинноволновую область и возникновение относительно маломощного излучения в видимой области спектра. Экспериментальный и численный анализ временной и спектральной структуры подобного излучения позволил интерпретировать наблюдаемое явление как генерацию со-литона высокого порядка и его распад на фундаментальные солитоны, спектры которых смещены в длинноволновую область под действием эффекта самосдвига частоты солитона.

Благодарности.

Автор хотел бы выразить искреннюю благодарность зав. лаборатории лазерных систем НИЧ НГУ к.ф.-м.н. С.М.Кобцеву за осуществление научного руководства и всемерную поддержку во время написания диссертационной работы. Автор горячо благодарен коллективу лаборатории за многолетнее и плодотворное сотрудничество и считает долгом перечислить всех своих коллег и товарищей, чьи знания, опыт и труд положены в основу диссертации: к.ф. - м.н., |Б.В. Бондарев

В.Б. Сорокин

В.И.Барауля, к.ф. - м.н. Н.В.Фатеев,

А.В.Караблёв,

Ю.Н.Заставенко,

Г.В.Барсуков,

A.А.Дитятин,

B.М.Лунин, к.ф. - м.н. А.А.Пустовских,

C.В.Смирнов. output

PUMP

Рисунок 1. Схема конструкции фемтосекундного лазера на сапфире с титаном, совмещенная с оптической схемой резонатора. Ф1-ФЗ - фланцы, Кр.1-Кр.5 и 01, 02 - кронштейны и основания котировочных узлов, Уг.1-Уг.6 и П1-П4 -подвижные уголки и пластины оптических элементов резонатора.

Pump input

FEMoS

Фемтосекундный

Ti:Sapphire лазер output

900

Рисунок 2. Внешний вид и габаритные размеры фемтосекундного лазера на сапфире с титаном.

Б^Рв Бсапший АиккюггеЫог, ©1£Ь N517, 1999 а) б)

Рисунок 1. Внешний вид разработанного автокоррелятора с электронным блоком питания и управления (а). Фотография оптико-механической части (б).

1. Alfano R.R., Shapiro S.L. Emission in the region 4000 to 7000 A via four-photon coupling in glass // Phys. Rev. Lett. 1970. - V.24. - P. 584-587.

2. Fork R.L., Shank C.V., Hirlimann C., Yen R., Tomlinson W. J. Femtosecond white-light continuum pulses // Opt. Lett. 1983. - V. 8. - P. 1-3.

3. Corkum P. В., Rolland C., Srinivasan-Rao T. // Supercontinuum generation in gases. Phys. Rev. Lett // 1986. - V. 57. - P. 2268-2271.

4. The Supercontinuum Laser Source (Edited by S.L. Shapiro). New York: Springer-Verlag, 1989.

5. Klimov V. I., McBranch D.W. Femtosecond high sensitivity, chirp-free transient absorption spectroscopy using kilohertz lasers // Opt. Lett. 1998. - V. 23. - P. 277-279.

6. Kovalenko S.A., Dobiyakov A.L., Ruthmann J., Ernsting N.P. Femtosecond spectroscopy of condensed phases with chirped supercontinuum probing // Phys. Rev. A. 1999. - V. 59. - P. 2369-2384.

7. Fork R. L., Brito-Cruz С. H., Becker P. C., Shank С. V. Compression of optical pulses to six femtosecond by using cubic phase compensation // Opt. Lett. 1987. -V. 12.-P. 483-485.

8. Nibbering E.T.J., Duhr O., Korn G. Generation of intense tunable 20-fs near 400 nm by use of a gas-filled hollow waveguide // Opt. Lett. 1997. - V. 22. - P. 1335-1337.

9. Yakovlev V.V., Kohler В., Wilson K.R Broadly tunable 30-fs pulses produced by optical parametric amplification // Opt. Lett. 1994. - V. 19. - P. 2000-2002.

10. Reed M.K., Steiner-Shepard M.K., Negus D. K. Widely tunable femtosecond optical parametric amplifier at 250 kHz width with a Ti:sapphire regenerative amplifier // Opt. Lett. 1994. - V. 19. - P. 1885-1857.

11. Bellini M., Hansch T.W. Phase-locked white-light continuum pulses: Toward a universal optical frequency comb synthesizer // Opt. Lett. 2000. - V. 25.- P. 1049-1051.

12. Jones D.J., Diddams S.A., Ranka J.K., Stentz A., Windeler R.S., Hall J.L., Cundiff S.T. Carrier-Envelope Phase Control of Femtosecond Mode-Locked Lasers and Direct Optical Frequency Synthesis // Science. 2000. - V. 288. - P. 635-639.

13. Holzwarth R., Udem Th., Hansch T.W., Knight J. C., Wadsworth W. J., Russell P.S.J. Optical Frequency Synthesizer for Precision Spectroscopy // Phys. Rev. Lett. 2000. - V. 85. - P. 2264-2267.

14. Baldeck P.L., Alfano R.R. Intensity effects on the stimulated four photon spectra generated by picosecond pulses in optical fibers // J. Lightwave Technol. 1987. -V.5.-P. 1712-1715.

15. Nelson B.P., Cotter D., Blow K.J., Doran N.J. Large non-linear pulse broadening in long lengths of monomode fibre // Opt. Commun. 1983. - V. 48. - P. 292294.

16. Yamanoto Т., Kubota H., Kawanishi S., Tanaka M., Yamaguchi S. Supercon-tinuum generation at 1.55 ц in a dispersion-flattened polarization-maintaining photonic crystal fiber // Opt. Express. 2003. - V. 11. - P. 1537-1540.

17. Yang G.Y., Shen Y.R. Spectral broadening of ultrashort pulses in a nonlinear medium // Opt. Lett. 1984. - V.9. - P. 510-512.

18. Агравал Г. Нелинейная волоконная оптика. М.: Мир, 1996.

19. Alfano R.R., Shapiro S.L. Observation of self-phase modulation and small-scale filaments in crystals and glasses // Phys. Rev. Lett. 1970. - V. 24. - P. 592-594.

20. Smith W.L., Liu P., Bloembergen N. Superbroadening in H20 and D20 by a self-focused picosecond pulse YAlG:Nd laser // Phys. Rev. A. 1977. - V. 15. -P.2396-2403.

21. Bloembergen N. The influence of electron plasma formation on superbroadening in light filaments // Opt. Commun. 1973. -V.8. - P. 285-288.

22. Penzkofer A., Laubereau A., Kaiser W. Stimulated shortwavelength radiation due to single frequency resonances of X(3) // Phys. Rev. Lett. 1973. - V. 31. - P. 863-866.

23. Penzkofer A., Seilmeier A., Kaiser W. Parametric four-photon generation of picosecond light at high conversion efficiency// Opt. Commun. 1975. - V. 14. - P. 363-367.

24. Brodeur A., Chin S.L. Band-gap dependence of the ultrafast white-light continuum// Phys. Rev. Lett. 1998. - V. 80. - P. 4406^409.

25. Беспалов В.И., Таланов В.И. О нитевидной структуре пучков света в нелинейных жидкостях // Письма ЖЭТФ. 1966. - Т.З, С. 471-476.

26. Brodeur A., Chin S.L. Ultrafast white-light continuum generation and self-focusing in transparent condensed media // J. Opt. Soc. Am. B. 1999. - V. 16. -P. 637-650.

27. Stolen R.H., Lin C. Self-phase modulation in silica optical fibers // Phys. Rev. A. 1978.-V. 17.-P. 1448-1453.

28. Mollenauer L.F., Stolen R.H., Gordon J.P. Experimental observation of picosecond pulse narrowing and solitons in optical fibers // Phys. Rev. Lett. 1980. -V. 45. - P. 1095.

29. Mollenauer L.F., Stolen R.H., Gordon J.P., Tomlinson W.J. Extreme picosecond pulse narrowing by means of soliton effect in single-mode optical fibers // Opt. Lett. 1983.-V.8.-P. 289-291.

30. Mitschke F.M., Mollenauer L.F. Discovery of the soliton self-frequency shift // Opt. Lett. 1986. -V. 11, P. 659-661.

31. Gordon J.P. Theory of the soliton self-frequency shift // Opt. Lett. 1986. - Vol. 11.-P. 662-664.

32. Stolen R.H., Mollenauer L.F., Tomlinson W.J. Observation of pulse restoration at the soliton period in optical fibers // Opt. Lett. 1983. - V.8. - P.186-188.

33. Tai K., Hasegawa A., Bekki N. Fission of optical solitons induced by stimulated Raman effect // Opt. Lett. 1988. - V. 13. - P. 392-394.

34. Islam M.N., Sucha G., Bar-Joseph I., Wegener M., Gordon J.P., Chemla D.S. Femtosecond distributed soliton spectrum in fibers // J. Opt. Soc. Am. B. 1989. -V.6. - P. 1149-1158.

35. Gouveia-Neto A.S., Faldon M E., Taylor J.R. Raman amplification of modula-tional instability and solitary-wave formation // Opt. Lett. 1988. - V.13. - P. 1029-1031.

36. Wai P.K.A., Menyuk C.R., Lee Y.C., Chen H.H. Nonlinear pulse propagation in the neighborhood of the zero-dispersion wavelength of monomode optical fibers // Opt. Lett. 1986. - V.l 1. - P. 464-466.

37. Wai P.K.A., Menyuk C.R., Chen H.H., Lee Y.C. Soliton at the zero-group-dispersion wavelength of a single-model fiber // Opt. Lett. 1987. - V. 12. - P. 628-630.

38. Akhmediev N., Karlsson M. Cherenkov radiation emitted by solitons in optical fibers // Phys. Rev. A. 1995. - V. 51. - P. 2602-2607.

39. Sotobayashi H., Kitayama K. 325 nm bandwidth supercontinuum generation at 10 Gbit/s using dispersion-flattened and nondecreasing normal dispersion fiber with pulse compression technique // Electron. Lett. 1998. - V. 34. - P. 13361337.

40. Tamura K.R., Kubota H., Nakazawa M. Fundamentals of stable continuum generation at high repetition rates // IEEE Q.E. 2000. - V. 36. - P. 773-779.

41. Mori K., Takara H., Kawanishi S. Analysis and design of supercontinuum pulse generation in a singlemode optical fiber // J. Opt. Soc. Amer. B. 2001. - V. 18. -P. 1780-1792.

42. Spence D.E., Kean P.N., Sibbett W. 60-fsec pulse generation from a self-mode-locked Ti:sapphire laser // Opt. Lett. -1991. V. 16. - P. 42-44.

43. Knight J.C., Birks T.A., Russell P.S.J., Atkin D.M. All-silica single-mode optical fiber with photonic crystal cladding // Opt. Lett. 1996. - V. 21. - P. 1547-1549.

44. Ranka J.K., Windier R.S., Stentz A.J. Visible continuum generation in air-silica microstructure optical fibers with anomalous dispersion at 800 nm // Opt. Lett. -2000.-V.25.-P. 25-27.

45. Желтиков A. M. Нелинейная оптика микроструктурированных волокон // УФН -- 2004. -- V. 174, N. 1. Р. 73-105

46. Желтиков А. М. Сверхкороткие импульсы и методы нелинейной оптики. -М.: Физ.-мат. лит., 2006. -- 294 с.

47. Birks Т.А., Knight J.C., Russell P.S J. Endlessly single-mode photonic crystal fiber// Opt. Lett. 1997. -V.22. - P. 961-963.

48. Mogilevtsev D., Birks T.A., Russell P.S.J. Group-velocity dispersion in photonic crystal fibers // Opt. Lett. 1998. - V. 23. - P. 1662-1664.

49. Knight J.C., Arriaga J., Birks T.A., Ortigosa-Blanch A., Wadsworth W.J., Russell P.S.J. Anomalous dispersion in photonic crystal fiber // IEEE Photon. Technol. Lett. 2000. - V. 12. - P. 807-809.

50. Ranka J.K., Windeler R.S., Stentz A.J. Optical properties of high-delta air-silica microstructure optical fibers // Opt. Lett. 2000. - V.25. - P. 796-798.

51. Birks T.A., Wadsworth W.J., Russell P.S.J. Supercontinuum generation in tapered fibers // Opt. Lett. 2000. - V. 25. - P. 1415-1417.

52. Гауэр Д. Оптические системы связи.- М.: Радио и связь, 1989.

53. Apolonski A., Povazay В., Unterhuber A., Drexler W., Wadsworth W.J., Knight J.C., Russell P.S.J. Spectral shaping of supercontinuum in a cobweb photonic-crystal fiber with sub-20-fs pulses // J. Opt. Soc. Am. B. 2002. -V. 19. - P. 21652170.

54. Kobtsev S.M., Kukarin S.V., Fateev N.V., Smirnov S.V. Coherent, polarization and temporal properties of self-frequency shifted solitons generated in polarization-maintaining microstructured fibre // Appl. Phys.B. 2005. - V. 81. - P. 265269.

55. Шапиро С. (редактор). Сверхкороткие световые импульсы. М: Мир, 1981.

56. Херман Й., Вильгельми Б. Лазеры сверхкоротких световых импульсов. М: Мир, 1986.

57. Jung I.D., Kartner F.X., Matuschek N., Sutter D., Morier-Genoud F., Zhang G., Keller U., Scheuer V., Tilsch M., Tschudi T. Self-starting 6.5 fs from a KLM Ti:sapphire laser //Opt. Lett. 1997. -V. 22. - P. 1009-1011.

58. Naumov S., Sorokin E., Sorokina I.T. Directly diode-pumped Kerr-lens mode-locked Cr4+: YAG laser // Opt. Lett. 2004. - V. 29. - P. 1276-1278.

59. Aus der Au J., Kopf D., Morier-Genoud F., Moser M., Keller U. 60 fs pulses from a diode-pumped Nd: glass laser// Opt. Lett. 1997. - V. 22. - P. 307-309.

60. Klopp P., Petrov V., Griebner U., Erbert G. Passively mode-locked Yb: KYW laser pumped by a tapered diode laser // Opt. Expr. 2002. -V. 10. - P. 108-113.

61. Liu H., Nees J., Mourou G. Diode-pumped Kerr-lens mode-locked Yb: KY (W04)2 laser// Opt. Lett. 2001. - V. 26. - P. 1723-1725.

62. Dymott M.J.P., Ferguson A.I. Self-mode-locked diode-pumped Cr: LiSAF laser producing 34-fs pulses at 42-mW average power // Opt. Lett. 1995. - V. 20. - P. 1157-1159.

63. Yanovsky V., Pang Y., Wise F., Minkov B.I. Generation of 25-fs pulses from a self-mode-locked Cnforsterite laser with optimized group-delay dispersion // Opt. Lett. 1993. - V. 18. - P. 1541-1543.

64. Tamura K., Ippen E.P., Haus H.A., Nelson L.E. 77-fs pulse generation from a stretched-pulse additive pulse mode locked all-fiber ring laser // Opt. Lett. 1993. -V. 18.-P. 1080-1082.

65. Mollenauer L.F., Stolen R.H. The soliton laser // Opt. Lett. 1984. - V. 9. - P. 1315.

66. Ober M.H., Hofer M., Keller U., Chiu Т.Н. Self-starting diode-pumped femtosecond Nd fiber laser// Opt. Lett. 1993. - V. 18. - P. 1532-1534.

67. Cautaerts V., Richardson D.J., Paschotta R., Hanna D.C. Stretched pulse Yb3+: silica fiber laser // Opt. Lett. 1997. - V. 22. - P. 316-318.

68. Гурзадян Г.Г., Дмитриев В.Г., Никогосян Д.Н. Нелинейно-оптические кристаллы (справочник).- М.: Радио и связь, 1991.

69. Бондарев Б.В., Зиннатов Ф.Ф., Кобцев С.М., Родионов Г.Д., Сорокин В.Б., Сорокин В.Б., Чубаков П.А. Пикосекундный синхронно накачиваемый лазер на красителе повышенной средней мощности // Оптика и спектроскопия.-1988.-Т. 65.-С. 693-697.

70. Moulton P.F. Spectroscopic and laser characteristics of Ti: AI2O3 // J. Opt. Soc. Am. B.- 1986.-V.3.-P. 125-133.

71. Albers P., Stark E., Huber G. Continuous-wave laser operation and quantum efficiency of titanium-doped sapphire // J. Opt. Soc. Am. B. 1986. - V. 3. - P. 134139.

72. Sanchez A., Strauss A.J., Aggarwal R.L., Fahey R.E. Crystal Growth, Spectroscopy, and Laser Characteristics of Ti: A1203 // IEEE J. of Quant. Electr. 1988. -V. 24.- P. 995-1003.

73. McKinnie I.T., Oien A.L., Warrington D.M., Tonga P.N., Gloster L.A., King T.A. Ti3+ Ion Concentration and Ti:sapphire Laser Performance // IEEE J. of Quant. Electr. 1997. - V. 33. - P. 1221-1230.

74. Kogelnik H., Li T. Laser beams and resonators // Appl. Opt. 1966. - V. 5. - P. 1550-1567.

75. Hanna D.C. Astigmatic Gaussian beams produced by axially asymmetric laser cavities. IEEE J. of Quant. Electr// 1969. - V. QE-5. - P. 483-488.

76. Kogelnik H.W., Ippen E.P., Dienes A., Shank C.V. Astigmatically Compensated Cavities for CW Dye Lasers. IEEE J. of Quant. Electr // 1972. - V. QE-8. - P. 373-379.

77. Piche M., Salin F. Self-mode locking of solid-state lasers without apertures // Opt. Lett. 1993. - V.18. - P. 1041-1043.

78. Cerullo G., De Silvestri S., Magni V. Self-starting Kerr-lens mode locking of a Ti:sapphire laser//Opt. Lett. 1994. -V. 19. - P. 1040-1042.

79. Fork R.L., Martinez O.E., Gordon J.P. Negative dispersion using pairs of prisms // Opt. Lett. 1984. - V. 9. - P. 150-152.

80. Salin F., Grangier P., Georges P., Brun A. Pulse propagation near zero group-velocity dispersion in a femtosecond dye laser // Opt. Lett. 1990. - V. 15. - P. 1374-1376.

81. Huang C.P., Kapteyn H.C., Mcintosh J.W., Murnane M.M. Generation of transform-limited 32-fs pulses from a self-mode-locked Ti:sapphire laser // Opt. Lett. -1992.-V. 17.-P. 139-141.

82. Krausz E., Spielmann Ch., Brabec Т., Wintner E., Schmidt A.J. Generation of 33-fs optical pulses from a solid-state laser // Opt. Lett. 1992. - V. 17. - P. 204-206.

83. Szipocs R., Kohazi-Kis A. Theory and design of chirped dielectric laser mirrors // Appl. Phisics B. 1997. - V. 65. - P. 115-135.

84. Демтрёдер В. Лазерная спектроскопия.- М.: Наука, 1985.

85. Diels J.M., Fontaine J.J., McMichael I.C., Simoni F. Control and measurement of ultrashort pulse shapes (in amplitude and phase) with femtosecond accuracy // Appl. Optics. 1985. - V. 24. - P. 1270-1282.

86. Kurobori T., Cho Y., Matsuo Y. An intensity/phase autocorrelator for the use of ultrashort optical pulse measurements // Opt. Commun. 1981. - V. 40. - P. 156160.

87. Watanabe A., Tanaka S., Kobayashi H., Ishida Y., Yajima T. Microcomputer-based spectrum-resolved second-harmonic generation correlator for fast measurement of ultrashort pulses // Rev. Sei. Instrum. 1985. - V. 56. - P. 2259-2262.

88. Harde H., Burggraf H. Rapid scanning autocorrelator for measurements of picosecond laser pulses // Opt. Commun. -1981. V. 38. - P. 211-215.

89. Xinan G., Lambsdorff M., Kühl J., Biachang W. Fast-scanning autocorrelator with 1-ns scanning range for characterization of mode-locked lasers // Rev. Sei. Instrum. 1988. - V. 59. - P. 2088-2090.

90. Yasa Z.A., Amer N.M. A rapid-scanning autocorrelation scheme for continuous monitoring of picosecond laser pulses // Opt. Commun. 1981. - V. 36. - P. 406408.

91. Costantino S., Libertun A.R., Do Campo P., Torga J.R., Martinez O.E. Fast scanner with position monitor for large optical delays // Opt. Commun. 2001. - V. 198.-P. 287-291.

92. Wang C.L., Pan C.L. // Patent USA. 1999. - № 5,907,423.

93. Haus H.A. Theory of mode-locking with fast saturable absorber // J. Appl. Phys. -1975.-V. 46.-P. 3049-3058.

94. Haus H.A. Theory of mode-locking with slow saturable absorber // IEEE J. Quant. Electron. 1975. - V. QE-11. - P. 736-746.

95. Hache F., Driscoll T.J., Cavallari M., Gale G.M. Measurement of ultrashort pulse durations by interferometric autocorrelation: influence of various parameters // Appl. Opt. 1996. - V. 35. - P. 3230-3236.

96. Reid D.T., Padgett M., McGowan C., Sleat W.E., Sibbett W. Light-emitting diodes as measurement devices for femtosecond laser pulses // Opt. Lett. 1997. -V. 22. - P. 233-235.

97. Reid D.T., Sleat W.E., Sibbett W. // Patent USA. 2001. - № 6,195,167.

98. Барауля В.И., Кобцев C.M., Караблёв A.B. Использование светоизлучаю-щих диодов AJ1307 в качестве фотоприёмников для диагностики фемтосе-кундных световых импульсов // Письма в ЖТФ. 1998. - Т.24. - С. 62-65.

99. Ranka J.K., Gaeta A.L., Baltuska A., Pshenichnikov M.S., Wiersma D.A. Autocorrelation measurement of 6-fs pulses based on the two-photon-induced photo-current in a GaAsP photodiode // Opt. Lett. 1997. - V. 22. - P. 1344-1346.

100. Lochbrunner S., Huppmann P., Riedle E. Crosscorrelation measurements of ultrashort visible pulses: comparison between nonlinear crystals and SiC photodiodes // Opt. Commun. 2000. - V. 184. - P. 321-328.

101. Loza-Alvarez P., Sibbet W., Reid D.T. Autocorrelation of femtosecond pulses from 415-630 nm GaN laser diod // Electron. Lett. 2000. - V.36. - P. 631-632.

102. Karkhanehchi M.M. et al. Autocorrelation measurements of mode-locked Nd:YLF laser pulses using two photon absorption waveguide autocorrelator.- // IEEE Photon. Tech. Lett. 1997. - V. 9. - P. 645-646.

103. Rudolph W., Sheik-Bahae M., Bernstein A., Lester L.F. Femtosecond autocorrelation measurements based on two-photon conductivity in ZnSe // Opt. Lett. 1997. - V. 22.-P. 313-315.

104. Streltsov A.M., Ranka J.K., Gaeta A.L. Femtosecond ultraviolet autocorrelation measurements based on two-photon conductivity in fused silica // Opt. Lett. -1998. V. 23. - P. 798-800.

105. Reid D.T., Sibbet W., Dudley J.M., Barry L.P., Thomsen В., Harvey J.D. Commercial Semiconductor Devices for Two Photon Absorption Autocorrelation of Ultrashort Light Pulses // Appl. Opt. 1998. - V. 37. - P. 8142-8144.

106. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1992.

107. Spielmann С., Xu L., Krausz F. Measurement of interferometric autocorrelations: comment // Appl. Opt. 1997. - V. 36. - P. 2523-2525.

108. Кобцев C.M., Свенцицкая H.A. Применение двулучепреломляющих фильтров в непрерывных перестраиваемых лазерах // Оптика и спектроскопия. -1992.-Т. 73.- Р. 196-212.

109. Воронкова Е.М., Гречушников Б.Н., Дистлер Г.И., Петров И.П. Оптические материалы для инфракрасной техники. М.: Наука, 1965.

110. Birks Т.А., Li Y.W. The Shape of Fiber Tapers // J. Lightwave Technology. -1992.-V. 10.-P.432-438.

111. Liu X., Xu C., Knox W.H., Chadalia J.K., Eggleton B.J., Kossinski S.G., Windeler R.S. Soliton self-frequency shift in a short tapered air-silica microstructure fiber // Opt. Lett. 2001. - V. 26. - P. 358-360.

112. Washburn B.R., Ralph S.E., Lacourt P.A., Dudley J.M., Rhodes W.T., Windeler R.S., Coen S. Tunable near-infrared femtosecond soliton generation in photonic crystal fibres // Electron. Lett. 2001. - V. 37. - P. 1510-1511.

113. Nishizawa N. Ito Y., Goto Т. 0.78-0.90-ц Wavelength-Tunable Femtosecond Soliton Pulse Generation Using Photonic Crystal Fiber // IEEE Phot. Tech. Lett. -2002. V. 14. - P. 986-988.

114. Cormack I.G., Reid D.T., Wadsworth W.J., Knight J.C., Russel P.S.J. Observation of soliton self-frequency shift in photonic crystal fibre // Electron. Lett. 2002. -V.38.-P. 167-169.

115. Cormack I.G., Reid D.T., Wadsworth W.J., Knight J.C., Russel P.S.J. Soliton self-frequency shift effects in photonic crystal fibre // J. Modern Opt. 2002. - V. 49. -P. 757-767.

116. Omenetto F.G., Taylor A.J., Moores M.D., Arriaga J., Knight J.C., Wadsworth W.J., Russel P.S.J. Simultaneous generation of spectrally distinct third harmonics in a photonic crystal fiber // Opt. Lett. 2001. - V. 26. - P. 1158-1160.

117. Swanson E.A., Huang D., Hee M.R., Fujimoto J.G., Lin C.P., Puliafito C.A. Highspeed optical coherence domain reflectometry // Opt. Lett. 1992. - V. 17. - P. 151-153.

118. Lu F., Deng Y., Knox W.H. Generation of broadband femtosecond visible pulses in dispersion-micromanaged holey fibers // Opt. Lett. 2005. - V.30. - P. 15661568.

119. Hu J., Marks B.S., Menyuk C.R., Kim J., Carruthers T.F., Wright B.M., Taunay T.F., Friebele E.J. Pulse compression using a tapered microstructure optical fiber // Opt. Expr. 2006. - V. 14. - P. 4026-4036.

120. Martynovich E.F., Peiite G., Dresvianski V.P., Starchenko A.A. Spatially periodical structures under femtosecond pulsed excitation of crystals // App. Phys. Lett. -2004. V. 84. - P. 4550-4552.

121. Dudley J.M., Coen S. Coherence properties of supercontinuum spectra generated in photonic crystal and tapered optical fibers // Opt. Lett. 2002. - V. 27. - P. 1180-1182.

122. Husakou A.V., Herrmann J. Supercontinuum generation of higher-order solitons by fission in photonic crystal fibers // Phys. Rev. Lett. 2001. - V. 87. - P. 203901 (1-4).

123. Blow K.J., Wood D. Theoretical description of transient stimulated Raman scattering in optical fibers // J. Quant. Electron. 1989. - V. 25. - P. 2665-2673.

124. Dudley J. M., Coen S. Numerical simulations and coherence properties of super-continuum generation in photonic crystal and tapered optical fibers // IEEE J. Sel. Top. Quantum. Electron. 2002. - V. 8. - P. 651-659.

125. O'Shea P., Kimmel M., Gu X., Trebino R. Increased-bandwidth in ultrashortpulse measurement using an angle-dithered nonlinear-optical crystal // Opt. Expr. 2000. - V. 7. - P. 342-349.

126. Baraulya V.I., Kobtsev S.M., Kukarin S.V., Sorokin V.B. Titanium-Sapphire laser-based femtosecond spectrometer // IV Int. Conf. "AMPL'99", Tomsk, Russia, September 1999.-Tech. Prog.- P. 38.

127. Kobtsev S.M., Kukarin S.V., Sentis M., Sorokin V.B., Ischenko V.N. The amplification of femtosecond light pulses in blue spectral region // III Int. Symp. Modern problems of laser physics, Novosibirsk, Russia, July 2000. Tech. Dig.- P. 184-185.

128. Kobtsev S.M., Kukarin S.V., Sorokin V.B. Compact femtosecond autocorrelator based on swinging birefringent plate // Int. Conf. on Lasers and Electro-Optics (CLEO/Europe), Nice, France, September 2000,- Tech. Dig.- Paper CtuK103.- P. 138.

129. Кобцев C.M., Кукарин C.B., Смирнов C.M., Сорокин В.Б. Фемтосекундный автокоррелятор на основе качающейся двулучепреломляющей пластинки // Квантовая электроника.- 2001,- Т. 31.- № 9.- С. 829-833.

130. Кобцев С.М., Кукарин С.В., Фатеев Н.В. Управление шириной спектра генерации фемтосекундного континуума в световоде малого диаметра // Квантовая электроника.- 2002.- Т. 32.- № 1.- С. 11-13.

131. Kobtsev S.M., Kukarin S.V., Fateev N.V. Generation of polarized supercontinuum in air-clad dual tapered fibre // Int. Conf. IQEC/LAT, Moscow, Russia, June2002,- Tech. Dig.- Paper QWH7.- P. 396.

132. Бабин С.А., Кобцев C.M., Кукарин C.B., Мешалкин Ю.П., Рыбаков М.А. Фемтосекундный лазерный комплекс для научных исследований и медицинских применений //Наука производству.- 2003.-№2.-С. 12-13.

133. Кобцев C.M., Кукарин C.B., Фатеев H.B. Генерация поляризованного суперконтинуума в квазиэллиптических световодах малого диаметра // Квантовая электроника.-2003.-Т.ЗЗ.-№ 12.-С. 1085-1088.

134. Kobtsev S.M., Kukarin S.V., Fateev N.V., Smirnov S.V. Generation of self-frequency-shifted solitons in tapered fibers in the presence of femtosecond pumping. // Laser Physics.- 2004.- V.14.- № 5.- P. 748-751.

135. Smirnov S.V., Ania-Castanon J.D., Ellingham T.J., Kobtsev S.M., Kukarin S.V., Turitsin S.K. Optical spectral broadening and supercontinuum generation in telecom application // Optical Fiber Technology.- 2006.- V. 12. № 2. - P. 122-147.