Интерферометрическая диагностика фемтосекундной лазерной микроплазмы в газовых средах

Букин, Владимир Валентинович

Интерферометрическая диагностика фемтосекундной лазерной микроплазмы в газовых средах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

Букин, Владимир Валентинович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

2011 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.21 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Интерферометрическая диагностика фемтосекундной лазерной микроплазмы в газовых средах»

Автореферат диссертации на тему "Интерферометрическая диагностика фемтосекундной лазерной микроплазмы в газовых средах"

На правах рукописи

Букин Владимир Валентинович

Интерферометрическая диагностика фемтосекундной лазерной микроплазмы в газовых средах

Специальность 01.04.21 - «Лазерная физика»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва-2011

2 6 МАЙ 2011

4847981

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте обшей физики им. A.M. Прохорова РАН

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук Гарнов Сергей Владимирович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор

Поливанов Юрий Николаевич

(Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН)

доктор физико-математических наук, профессор Савельев-Трофимов Андрей Борисович

(Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова) Ведущая организация:

Учреждение Российской академии наук Институт прикладной физики РАН, г. Нижний Новгород

Защита состоится 06 июня 2011 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 002.063.03 при Институте общей физики им. A.M. Прохорова РАН по адресу 119991, ГСП-1, Москва, ул. Вавилова, д. 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН

Автореферат разослан <о» мая 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 002.063.03 кандидат физико-математических наук

Т.Б. Воляк

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Появление фемтосекундных лазеров около 20-ти лет назад привело к созданию уникальных систем для исследования процессов взаимодействия излучения с веществом. Длительность импульса современных фемтосекундных лазеров достигает величины ~ 4 фс, т.е. оказывается сравнимой с длительностью периода излучения (2.7 фс для длины волны 800 нм). Благодаря технике усиления фазовомодулированных (чирпированных) лазерных импульсов пиковая мощность современных лазерных систем составляет единицы петаватт, что позволяет достигать рекордных интенсивностей (свыше 1022 Вт/см2).

За счёт малой длительности импульсов фемтосекундных лазерных систем стало возможным исследование динамики различных процессов с высоким временным разрешением. Основным методом таких исследований являются эксперименты типа накачка-зондирование, в которых при сканировании задержки пробного импульса удается исследовать временную динамику сверхбыстрых процессов.

Одним из основных объектов исследования в физике взаимодействия

лазерного излучения с веществом является лазерная плазма. Применение

лазеров сверхкоротких импульсов позволяет получать многократно

ионизованную плазму в газовых средах с помощью относительно простых и

компактных систем, помещающихся на лабораторном оптическом столе.

Изучение такой неравновесной лазерной плазмы, возникающей в газах при

ионизации ультракороткими высокоинтенсивными импульсами, является одним

из важных направлений в физике взаимодействия лазерного излучения с

веществом. Данная проблема актуальна как с точки зрения фундаментальной

науки - получения новых экспериментальных данных о свойствах

неравновесной, пространственно неоднородной плазмы высокой плотности и

механизмах ее формирования, развития и взаимодействия с лазерным

излучением, так и в связи с многочисленными прикладными задачами —

разработкой методов генерации предельно коротких, атгосекундных световых

импульсов, лазерным ускорением частиц, созданием лазерных источников

рентгеновского излучения и УФ-излучения нанометрового диапазона длин волн,

совершенствованием технологий и разработкой новых методов прецизионного

лазерного микро- и наноструктурирования поверхности и объема металлов и прозрачных оптических материалов, в которых возбуждаемая лазерным излучением плазма играет принципиальную и во многом определяющую роль.

Одним из наиболее важных явлений при распространении мощных фемтосекундных лазерных импульсов в газах является процесс филаментации. Данное явление состоит в том, что при распространении в газовой среде колимированый лазерный пучок не расплывается за счёт дифракции, а формирует одну или несколько нитей (филаментов) с относительно высокой интенсивностью, достаточной для ионизации газа.

Цель и задачи работы

Разработка и совершенствование методики прецизионной зондирующей микроинтерферометрии и применение данной методики для изучения процессов взаимодействия лазерного излучения фемтосекундной длительности с веществом: исследование динамики формирования и развития фемтосекундной лазерной микроплазмы в газах и измерение параметров плазменного канала, образующегося в газовых средах в процессе филаментации фемтосекундного лазерного излучения.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

1. Разработка методики прецизионной лазерной микроинтерферометрии, позволяющей проводить диагностику нестационарных фазовых объектов с высокими пространственным и временным разрешениями и обладающей при этом достаточно высокой чувствительностью для измерения малых изменений фазы зондирующего излучения.

2. Проведение экспериментов по диагностике фемтосекундной лазерной микроплазмы в различных газах при различном давлении и получение данных о временной динамике электронной плотности во всём объёме, занимаемом плазмой.

3. Проведение экспериментов по измерению параметров плазменного канала фемтосекундного лазерно-плазменного филамента в атмосфере, получение данных о пространственном распределении электронной плотности в канале и её временной динамики.

Научная новизна

1. Разработана методика прецизионной зондирующей микроинтерферометрии, позволяющая производить диагностику фазовых объектов с временным разрешением менее 50 фс и пространственным разрешением до 1.5 мкм, и диагностировать фазовые объекты с амплитудой от 271/1000 рад.

2. Обнаружено явление постионизации в фемтосекундной лазерной плазме газов - значительное нарастание электронной плотности в плазме после окончания воздействия фемтосекундного лазерного излучения.

3. Проведены прямые оптические измерения пространственного распределения и временной динамики электронной плотности в плазменном канале фемтосекундного лазерно-плазменного филамента.

Практическая ценность

Разработанная в ходе выполнения работы методика сверхскоростной прецизионной микроинтерферометрии может применяться для диагностики быстропротекающих процессов, требующей одновременно высокого пространственного и временного разрешения, в том числе для диагностики чрезвычайно слабых фазовых объектов.

Полученные в ходе работы данные о пространственно-временной динамике электронной плотности фемтосекундной лазерной плазмы могут быть использованы для развития и совершенствования теоретических моделей взаимодействия высокоинтенсивного лазерного излучения с веществом.

Защищаемые положения

1. С помощью зондирующей микроинтерферометрии можно исследовать фазовые объекты размером до единиц микрон с временным разрешением до десятков фемтосекунд и регистрировать при этом изменение фазы зондирующего импульса на уровне 2л/1000 рад.

2. При образовании лазерной микроплазмы в воздухе, азоте, аргоне и гелии (в диапазоне давлений 1-10 атм) одиночными фемтосекундными импульсами с пиковой интенсивностью превышающей ~1016 Вт/см2 увеличение электронной плотности продолжается после окончания воздействия лазерного излучения.

3. Интерферометрическая диагностика может применяться для измерения электронной плотности в плазменном канале фемтосекундного лазерно-плазменного филамента.

Личный вклад диссертанта

Все результаты, представленные в работе, получены соискателем лично либо в соавторстве при его непосредственном участии.

Аппробация работы

Основные результаты были доложены на следующих международных конференциях:

1. Третий Международный Научный Семинар "Математические модели и моделирование в лазерно-плазменных процессах", Москва (Россия), 31 января - 4 февраля, 2006.

2. International Conference on High Power Laser Beams "HPLB-2006", Nizhny Novgorod - Yaroslavl - Nizhny Novgorod, July 3-8,2006.

3. Advanced Laser Technologies 2006, Brafov (Romania), September 8-12,2006.

4. 27th International Congress on High-Speed Photography and Photonics, Xian (China), September 17-22,2006.

5. XI Школа молодых ученых "Актуальные проблемы физики", Звенигород, 26 - 29 ноября, 2006.

6. Четвертый Международный научный семинар "Математические модели и моделирование в лазерно-плазменных процессах", Москва (Россия), 29 января - 2 февраля, 2007.

7. 5th Workshop on Complex Systems of Charged Particles and their Interaction with Electromagnetic Radiation, Moscow (Russia), April 11-12,2007.

8. International Conference on Coherent and Nonlinear Optics 2007 (ICONO'07), Minsk (Belarus), May 28-June 1, 2007.

9. International conference Fundamentals of Laser Assisted Micro and Nanotechnologies FLAMN-07, St. Petersburg - Pushkin (Russia), June 25-28, 2007.

10. Advanced Laser Technologies, Levi (Finland), September 3-7,2007.

11. 1st International Conference on Ultra intense Laser Interaction Sciences "ULIS 2007", Bordeaux (France), October 1-5,2007.

12. Пятый Международный научный семинар "Математические модели и моделирование в лазерно-плазменных процессах", Москва (Россия), 29 января - 2 февраля, 2008.

13. 6th Workshop "Complex Systems of Charged Particles and their Interaction with Electromagnetic Radiation", Moscow (Russia), April 9-10, 2008.

14. Вторая Всероссийская школа для студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов по лазерной физике и лазерным технологиям, Саров, (Россия), 22-25 апреля, 2008.

15. International Symposium "Topical Problems of Nonlinear Wave Physics-2008",Nizhny Novgorod (Russia), July 20-26,2008.

16. Laser-induced damage in optical materials 2008, Boulder (USA), September 2224,2008.

17. Laser-Driven Relativistic Plasmas Applied to Science, Industry and Medicine. 2nd International Symposium, Kyoto (Japan) January 19-23 2009.

18. 17th International Conference on Advanced Laser Technologies, Antalya (Turkey), September 26 - October 1,2009.

19. 3rd Intern. Symposium on Filamentation, Crete(Greece), 31 May-5 June, 2010.

20. 14 International conference on Laser Optic 2010, St. Peterburg (Russia), 28 June -2 July, 2010.

21. International conference "Fundamentals of Laser Assisted Micro-Nano technologies, St. Petersburg-Pushkin (Russia), July 5-8, 2010.

Публикации

Основные результаты опубликованы в 4 статьях в журналах, рекомендованных ВАК РФ, и в 25 тезисах российских и международных конференций. Список публикаций по теме диссертации приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Объем диссертации составляет 87 страниц, включая 18 рисунков и список литературы из 92 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проведенных исследований, сформулированы цель и задачи работы, а также научная новизна и практическая значимость полученных результатов. Указаны основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава содержит обзор литературных данных по оптическим методикам диагностики плазменных объектов и свойствам плазмы, формируемой в газовых средах фемтосекундным лазерным излучением.

В первом разделе кратко описаны основные методики оптической диагностики фазовых объектов. Проведено сравнение дифракционных и интерферометрических методов диагностики лазерной плазмы.

Второй раздел посвящен вопросам обработки интерферометрических изображений. Дан обзор основных методов восстановления пространственного распределения разности фаз интерферирующих волн в случае двухлучевой интерферометрии. Кратко описана методика обработки интерферограмм, основанная на фильтрации в фурье-представлении, которая является на сегодняшний день наиболее чувствительным методом обработки интерферометрических изображений. Проанализированы литературные данные о получении распределений показателя преломления и электронной плотности плазмы в интерферометрических экспериментах.

В третьем разделе проведен анализ экспериментальных работ по исследованиям фемтосекундной лазерной микроплазмы в газовых средах. Показано, что при реализуемых в современных экспериментах параметрах возникающая плазма характеризуется высокой степенью ионизации (вплоть до полной). Кратко рассмотрены основные приложения, в которых используется фемтосекундная лазерная микроплазма газов, а также перспективные направления прикладных исследований в данной области.

Четвертый раздел содержит обзор работ, посвященных исследованию филаментации фемтосекундного лазерного излучения. Кратко рассмотрены основные физические механизмы, приводящие к филаментации лазерного излучения. Приведены параметры плазменного канала, полученные в различных экспериментах. Сделан обзор работ по филаментации, посвященных численным экспериментам.

Вторая глава содержит описание методики зондирующей лазерной микроинтерферометрии, с применением которой получено большинство результатов защищаемой работы.

В первом разделе дано краткое описание экспериментальных установок, используемых для зондирующей интерферометрии. Описан процесс получения интерферограмм. Представлены основные методы восстановления разности фаз интерферирующих волн. Детально описана методика восстановления пространственного распределения фазовой добавки, основанная на фильтрации в фурье-области. Представлены результаты тестовых экспериментов, позволяющих получить данные о возможностях интерферометрических измерений. Подробно описаны этапы обработки интерферометрического изображения. Показано, что с использованием указанных методов удалось получить чувствительную методику диагностики фазовых объектов, обладающую при этом высокими пространственным и временным разрешениями.

Во втором разделе описан процесс последующей обработки пространственных распределений фазового набега в зондирующем пучке. Описан процесс восстановления радиальной зависимости показателя преломления на основе пространственного распределения фазовой добавки для цилиндрически симметричного объекта, основанный на обратном преобразовании Абеля. Проведено обоснование корректности использования данного метода для обработки экспериментальных результатов, полученных в конкретных экспериментах, описанных в последующих главах.

В этом разделе обосновывается также применение модели Друде для связи показателя преломления и электронной плотности плазмы с характерными для проводимых экспериментов параметрами.

Третья глава посвящена изложению результатов экспериментов по исследованию микроплазмы оптического пробоя в газовых средах.

В первом разделе представлены результаты экспериментальных исследований динамики формирования и развития фемтосекундной лазерной микроплазмы, возникающей в атмосферном воздухе при фокусировке одиночных импульсов титан-сапфирового лазера.

Для создания плазмы использовалось излучение фемтосекундного лазерного комплекса, состоящего из задающего генератора и регенеративного усилителя. На выходе системы формировались импульсы с энергией до 1 мДж, длительностью 130 фс и частотой повторения 10 Гц. Диаметр пучка составлял

7 мм по уровню 1/е2 интенсивности. Для оптического пробоя использовалось излучение как основной, так и второй гармоник с длинами волн 800 и 400 нм соответственно. При этом преобразование излучения во вторую гармонику осуществлялось в кристалле KDP 1-го типа синхронизма, эффективность преобразования достигала 30%. Использование импульсов второй гармоники, с одной стороны, было связано с переходом в интересующий нас УФ спектральный диапазон, а с другой стороны, обеспечивало резкое повышение контраста возбуждающего лазерного излучения, что принципиально важно для корректного проведения экспериментов в высокоинтенсивном поле и дальнейшей интерпретации полученных результатов.

В качестве методики диагностики использовалась зондирующая микроинтерферометрия. Схема экспериментальной установки, представленная на рис. 1, состояла из нелинейного кристалла для преобразования излучения во вторую гармонику и системы чистящих зеркал, необходимой для удаления излучения на частоте основной гармоники титан-сапфирового лазера. Далее лазерный импульс разделялся полупрозрачным зеркалом на два канала — возбуждающий и зондирующий. Возбуждающий импульс фокусировался в атмосферный воздух с помощью асферической линзы с фокусным расстоянием 8 мм и числовой апертурой 0.5. В ходе проведения эксперимента измерялся поперечный профиль распределения интенсивности в фокусе. Полученные фотографии показывают, что распределение поля вблизи фокальной плоскости близко к гауссовому с диаметром перетяжки 1.7 мкм (по уровню 1/е2).

Как уже отмечалось, преобразование излучения во вторую гармонику позволило нам значительно повысить контраст возбуждающего импульса, что принципиально важно для проведения исследований лазерной плазмы, создаваемой импульсами с пиковой интенсивностью, на 2-3 порядка превышающей порог оптического пробоя, характерные значения которого для воздуха составляют величину ~ 1014 Вт/см2. Высокий контраст используемого излучения позволил исключить либо свести к минимуму влияние низкоинтенсивного пьедестала, а также «пред-» и «постимпульсов», присутствовавших в исходном (А,=800 нм) излучении фемтосекундного лазера.

□ а

Цифровая камера

Изображающий

Интерферометр Майкельсона

¿1

Возбуждающий импульс

Рис. 1. Схема экспериментальной установки для проведения интерферометрическш исследований динамики формирования и развития фемтосекундной лазерной микроплазмы, а) Пространственный профиль распределения интенсивности излучения в перетяжке фокусирующего объектива.

Вторая часть основного импульса (зондирующий импульс), отразившись от полупрозрачного зеркала, проходила через линию переменной оптической задержки и просвечивала исследуемую плазму перпендикулярно направлению распространения возбуждающего импульса. При перестройке длины линии задержки с помощью прецизионного шагового двигателя изменялось время прихода зондирующего импульса в исследуемую область относительно возбуждающего. Диапазон перестройки составлял 0 + 40 пс с минимальным шагом 10 фс. Применение в качестве зондирующего излучения основной гармоники титан-сапфирового лазера (X = 800 нм) было связано с

необходимостью обеспечить максимально высокую чувствительность измерения малых плотностей плазмы.

Проходя через интерферометр Майкельсона, зондирующее излучение разделялось на два когерентных пучка, распространяющихся под небольшим углом. Поскольку размеры изучаемой микроплазмы были много меньше диаметра зондирующего импульса 3 мм), основная часть зондирующего импульса, прошедшая вне области наведенной оптической неоднородности, могла использоваться в качестве опорного пучка. Интерферометр Майкельсона в данном случае служил для пространственного разделения опорного и предметного пучков, выбора ориентации и периода интерференционных полос, а также для компенсации разности хода интерферирующих фемтосекундных импульсов.

Во втором разделе представлены результаты экспериментальных исследований динамики формирования и развития фемтосекундной лазерной микроплазмы в различных газах (азот, аргон и гелий) при атмосферном давлении. Экспериментальная методика этих исследований аналогична описанной в предыдущем разделе методике диагностики микроплазмы оптического пробоя воздуха, однако фокусировка возбуждающего импульса осуществлялась в струю исследуемого газа. Струя формировалась газом, медленно истекающим из баллона через сопло (трубку).

В ходе проведения исследований динамики электронной плотности в газовой плазме было зарегистрировано явление постионизации, заключающееся в нарастании электронной плотности в ней заведомо после окончания лазерного воздействия. Данный эффект связывается с ионизацией плазмы горячими электронами, сформированными в плазме на этапе её взаимодействия с возбуждающим импульсом.

Как видно на рис. 2, при оптическом пробое гелия в указанных условиях

электронная плотность плазмы менее чем за 500 фс достигает максимально

возможной (двукратно ионизованный гелий) и далее перестаёт расти. Однако в

случае азота, как следует из рис 3, плотность плазмы продолжает возрастать и на

значительно больших временных масштабах. В частности, нарастание

электронной плотности плазмы азота продолжается на временах в единицы

пикосекунд, что заведомо превосходит время взаимодействия плазмы с

возбуждающим лазерным излучением. Насколько известно из литературы, такой

процесс в фемтосекундной лазерной плазме оптического пробоя газов ранее

экспериментально не наблюдался. 12

10 9

2 -

• • • •« • . ! !" • • • а • • • Двукратная ионизация • *

1!!'' ' • • » • •. . • 1 :

в • * * 1 * • Однократная ионизация

0.0

0.5

10 9 8 7 6 5 4

1.0

1.5 2.0

Время, пс

Рис. 2. Зависимость электронной плотности в перетяжке от времени, измеренная в гелии (пиковая интенсивность возбуждающего импульса ~ 9x10 Вт/см2'.

Электронная плотность, 102° см"3

Время, пс

Рис. 3. Зависимость электронной плотности в перетяжке от времени, измеренная в азоте и аргоне (пиковая интенсивность возбуждающего импульса ~ 9 х 10'5 Вт/см2).

В третьем разделе описана методика и представлены результаты экспериментальных исследований динамики фемтосекундной лазерной микроплазмы в газах (воздух, азот и гелий) под высоким (до 10 атм) давлением. Использованная экспериментальная методика в целом аналогична описанной в предыдущих разделах, однако фокусировка возбуждающего импульса осуществлялась внутри камеры высокого давления с помощью внеосевого параболического зеркала. Проведение экспериментов в газах под высоким давлением позволило достичь высокой электронной плотности плазмы при степени ионизации, аналогичной полученной в экспериментах под атмосферным давлением. В качестве источника фемтосекундных лазерных импульсов в данной работе использовалась лазерный комплекс Spectra-Physics Spitfire Pro ХР со следующими параметрами: энергия импульса до 3 мДж, длительность импульса ~ 35 фс, диаметр пучка 12 мм, частота повторения до 1 кГц.

Также в данном разделе приведены графики зависимости электронной плотности в перетяжке возбуждающего импульса от времени и пространственные распределения фазовой добавки к зондирующему импульсу в различные моменты времени.

Четвертый раздел посвящен теоретическому обоснованию предложенного механизма постионизации фемтосекундной лазерной микроплазмы. Приведены результаты численного моделирования динамики образования и развития плазмы оптического пробоя газов фемтосекундными лазерными импульсами. Предложенная модель включала в себя три процесса формирования и развития фемтосекундной лазерной плазмы: фотоионизацию, лазерный нагрев и ионизацию плазмы электронным ударом. Электронная плотность плазмы, возникающей в результате туннельной ионизации газов лазерным излучением, рассчитывалась с помощью статической формулы полевой ионизации. Нагрев электронов лазерным излучением рассчитывался с учетом многократных коррелированных соударений с одним и тем же ионом. При этом расчетное значение температуры в фокусе пучка после нагрева составляло величину около 0.3 кэВ.

Четвертая глава посвящена исследованиям процесса филаментации фемтосекундного лазерного импульса. Данное явление состоит в том, что при распространении в газовой среде коллимированный лазерный пучок не 14

расплывается за счёт дифракции, а формирует одну или несколько нитей (филаментов) с относительно высокой интенсивностью, достаточной для ионизации газа. Основным механизмом, ведущим к филаментации, является баланс между фокусирующим вкладом керровской нелинейности и дефокусирующим влиянием плазмы, возникающей на оси пучка в процессе фотоионизации. Явление филаментации фемтосекундных лазерных импульсов детально исследовалось как теоретически, так и экспериментально. Однако экспериментальных работ по измерению электронной плотности в плазменном канале филамента прямыми оптическими методами мало. Указанное обстоятельство связано, прежде всего, с трудностью регистрации плазменного канала оптическими методами на просвет. При характерном диаметре 100 мкм (одиночная филаментация в воздухе атмосферного давления) электронная плотность внутри канала составляет величину менее 1017 см'3. Таким образом, плазменный канал представляет собой чрезвычайно слабый нестационарный фазовый объект (амплитуда фазового набега относительно невозмущенного воздуха при распространении по диаметру филамента составляет величину менее 2тс/100 рад). Поскольку для определения величины электронной плотности в плазменном канале требуется процедура обратного преобразования Абеля, использование интерферометрических методик в данном случае требует измерения фазы зондирующей волны с уровнем шума менее 271/1000 рад.

В этой главе представлены описание эксперимента и полученные в ходе него экспериментальные данные о распределении электронной плотности в плазменном канале филамента. Для формирования филамента возбуждающий лазерный импульс фокусировался в объёме атмосферного воздуха с помощью линзы с фокусным расстоянием 50 см. При длительности импульса 35 фс и энергии в 2 мДж визуально наблюдался плазменный канал длиною около 4 см. При уменьшении энергии возбуждающего импульса длина филамента сокращалась, главным образом за счёт области, обращенной «на лазер». Для измерения электронной плотности в плазменном канале использовалась уже описанная схема поперечного зондирования. От лазерного импульса отделялась небольшая зондирующая часть, которая, проходя через линию оптической задержки и исследуемый фазовый объект, попадала в систему изображающей оптики и затем в интреферометр Майкельсона, после чего на матрице ПЗС-

камеры наблюдалась интерферограмма плазменного канала. В качестве изображающей оптики применялся телескоп Кеплера, в котором первая (входная) линза являлась стандартным микроскопным объективом 4х, а выходная имела фокусное расстояние 30 см. Применение телескопа в данном случае вызвано необходимостью коллимации двух интерферирующих частей, сформированных в интерферометре. Так как для диагностики плазменного канала требуется относительно небольшое линейное увеличение, использование однолинзового объектива приводит к тому, что в плоскости ПЗС-матрицы интерферируют два сферических фронта с относительно малыми радиусами кривизны. В результате полученная интерференционная картина состоит из искривленных полос, что затрудняет обработку интерферограмм и приводит к более высокой величине шума при определении фазовой добавки, вносимой объектом (ввиду слабой локализации интерферограммы в фурье-плоскости при относительно равномерной локализации шумовых составляющих).

Полученные в эксперименте интерферограммы позволили зарегистрировать процесс распространения плазменного канала в процессе филаментации. Путём тщательной обработки экспериментальных результатов удалось наблюдать плазменный канал с достаточно высоким соотношением сигнал-шум, что позволило восстановить пространственное (радиальное) распределение электронной плотности в плазменном канале. Были получены зависимости поперечного (к оси филамента) распределения фазовой добавки, а также радиальные зависимости показателя преломления и электронной плотности образовавшейся плазмы. Использованная экспериментальная техника позволила также наблюдать временную динамику электронной плотности в плазменном канале.

В заключении диссертации сформулированы основные выводы работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

сверхбыстрых процессов взаимодействия лазерного излучения с веществом, исследовать объекты микронных размеров на масштабах времен от десятков фемтосекунд до наносекунд с амплитудой фазового набега менее 271/1000 рад. Данная методика применялась как для исследования лазерной микроплазмы в газах, обладающей плотностью вплоть до близкой к критической для зондирующего излучения, так и для диагностики малоконтрастного фазового объекта — плазменного канала фемтосекундного лазерно-плазменного филамента, с фазовой амплитудой менее 2л/200 рад.

2. Получены экспериментальные зависимости радиального распределения электронной плотности от времени для фемтосекундной лазерной микроплазмы оптического пробоя газов (воздух, азот, аргон и гелий) при различных давлениях (от 1 до 10 атм). Зарегистрирован процесс распространения возбуждающего импульса и создаваемого им фронта ионизации через каустику фокусирующей системы. Обнаружено явление постионизации фемтосекундной лазерной микроплазмы газов — нарастание электронной плотности плазмы после воздействия лазерного импульса. Наблюдаемое явление объясняется ударной ионизацией плазмы горячими электронами, сформированными во время взаимодействия мощного лазерного излучения с плазмой.

3. С помощью прецизионной зондирующей интерферометрии впервые проведены прямые оптические измерения распределения электронной плотности внутри плазменного канала фемтосекундного филамента. Обнаружено распространение фронта ионизации плазменного канала. Получены временные профили релаксации электронной плотности в плазменном канале.

Список публикаций по теме диссертации

1. В.В. Букин, Н.С. Воробьев, С.В. Гарнов, В.И. Конов, В.И. Лозовой, А.А. Малютин, М.Я. Щелев, И.С. Яцковский. "Динамика формирования и развития фемтосекундной лазерной микроплазмы в газах", Квантовая Электроника, 36, 7 (2006) 638-645.

2. В.В. Букин, С.В. Гарнов, А.А. Малютин, В.В. Стрелков. "Фемтосекундная лазерная микроплазма оптического пробоя газов: динамика процессов ионизации и постионизации", Квантовая электроника, 37, 10 (2007), 961966.

3. V. V. Bukin, S. V. Garnov, V. V. Strelkov, Т. V. Shirokikh and D. К. Sychev. "Spatio-temporal dynamics of electron density in femtosecond laser microplasma of gases", Laser Physics, 19, 6 (2009), pp.1300-1309.

4. S. Bodrov, V. Bukin, M. Tsarev, A. Murzanev, S. Garnov, N. Aleksandrov, A. Stepanov. "Plasma filament investigation by transverse optical interferometry and terahertz scattering". Optics Express, 19, 7 (2011), 6829-6835.

5. S.V. Garnov, V.V. Bukin, V.V. Strelkov, A.A. Malyutin. "Femtosecond laser breakdown of gases and transparent solid states: ultrafast space-time and spectrum-time resolved diagnostics of multicharged microplasma", Proc. SPIE 7132, 71320P (2008).

6. V. V. Bukin, S. V. Garnov, A. A. Malyutin, D. K. Sytchev, N. S. Vorobiev. "Ultrafast pump-probe interferometry of femtosecond laser microplasma of multiple ionized gases", Proc. SPIE 6606, 660610 (2007).

7. S. V. Garnov, V. V. Bukin, A. A. Malyutin, and V. V. Strelkov. "Ultrafast Spacetime and Spectrum-time Resolved Diagnostics of Multicharged Femtosecond Laser Microplasma", AIP Conf. Proc. 1153, p.37 (2009).

8. S.V. Garnov, V.V. Bukin, A.A., M.Ya. Schelev, N.S. Vorobiev. "Ultrafast interferometric and spectroscopic diagnostics of femtosecond laser-gas-breakdown micro-plasma". 27th International Congress on High-Speed Photography and Photonics, Book of Abstracts, p.37, (2006).

9. V.V. Bukin, S.V. Garnov, T.V. Nesterova. "Interferometry of femtosecond laser plasma filament". Book ofAbstracts of International conference "Fundamentals of Laser Assisted Micro-Nanotechnologies ", St. Petersburg-Pushkin (Russia), p.42, 2010.

10. V.V. Bukin S.V.Garnov A.A. Malyutin. "Femtosecond laser microplasma of multiply ionized gases". Третий Международный Научный Семинар

"Математические модели и моделирование в лазерно-плазменных процессах", Москва, Тезисы докладов, с.31 (2006).

11. V.V. Bukin S.V.Garnov A.A. Malyutin D.K. Sytchev N.S. Vorobiev. "Ultrafast pump-probe interferometry of femtosecond laser microplasma of multiply ionized gases", International Conference "Advanced Laser Technologies", Brasov (Romania), Book of Abstracts, p.3 (2006).

12. S.V.Garnov V.V. Bukin A.A. Malyutin M.Ya. Schelev N.S. Vorobiev. "Ultrafast interferometric and spectroscopic diagnostics of femtosecond laser-gas-breakdown micro-plasma", 27th International Congress on High-Speed Photography and Photonics, Xian (China), Book of Abstracts, p.92 (2006).

13. S.V.Garnov V.V. Bukin A.A. Malyutin V.I. Konov N.S. Vorobiev. "Time-space resolved spectroscopic and interferometric diagnostics of multiply ionized laser plasma", International Conference on High Power Laser Beams, "HPLB-2006", Nizhny Novgorod, Conference Proceedings, p.30 (2006).

14. C.B. Гарнов, B.B. Букин, A.A. Малютин. "Лазерная микроплазма в газах и твердых телах возбуждаемая остросфокусированными УФ фемтосекундными лазерными импульсами", Четвертый Международный научный семинар "Математические модели и моделирование в лазерно-плазменных процессах", Москва, Тезисы докладов, с.8 (2007).

15. С.В. Гарнов, В.В. Букин, А.А. Малютин. "Интерферометрическая диагностика лазерной микроплазмы: регистрация и обработка фазовых изображений", Четвертый Международный научный семинар "Математические модели и моделирование в лазерно-плазменных процессах", Москва, Тезисы докладов, с. 11 (2007).

16. S.V. Garnov, V.V. Bukin, А.А. Malytin, V.V. Strelkov. "Gaseous microplasma excited by tightly focused UV femtosecond laser pulses", International Conference on Coherent and Nonlinear Optics (ICONO 2007), Minsk, Book of Abstracts, p.68 (2007).

17. S.V. Garnov, V.V. Bukin, A.A. Malyutin, V.V. Strelkov. "High precision ultrafast optical diagnostics of pico-femtosecond laser microplasma", International conference "Fundamentals of Laser Assisted Micro-Nanotechnologies", St. Petersburg, Book of Abstracts, p.7, (2007).

18. S.V. Garnov, V.V. Bukin, A.A. Malyutin, V.V. Strelkov. "Ultrafast interferometric microscopy of femtosecond laser plasma: acquisition and processing of microplasma phase images", International conference "Fundamentals of Laser

Assisted Micro-Nanotechnologies", St. Petersburg, Book of Abstracts, p.21, (2007).

19. S.V. Garnov, V.V. Bukin, A.A. Malyutin, V.V. Strelkov. "Femtosecond laser microplasma: experimental methods of space-time-resolved diagnostics", Conference "Advanced Laser Technologies 2007", Levi (Finland), Book of Abstracts, p. 107 (2007).

20. S.V. Garnov, V.V. Bukin, A.A. Malyutin, V.V. Strelkov. "Interferometric studies of femtosecond laser microplasma dynamics", 1st International Conference on Ultra intense Laser Interaction Sciences (ULIS 2007), Bordeaux (France), Book of Abstracts, p.144 (2007).

21. C.B. Гарнов, B.B. Букин, A.A. Малютин, B.B. Стрелков. "Фемтосекундная лазерная микроплазма многократно ионизованных газов", Пятый Международный научный семинар "Математические модели и моделирование в лазерно-плазменных процессах", Москва, Тезисы докладов, с.21 (2008).

22. С.В. Гарнов, В.В. Букин, А.А. Малютин, В.В. Стрелков. "Фемтосекундная лазерная микроплазма: методы пространственно-временной и спектрально-временной диагностики". 10-е Харитоновские тематические научные чтения "Мощные лазеры и исследования физики высоких плотностей энергии", Саров, Тезисы докладов, с. 32 (2008).

23. С.В. Гарнов, В.В. Букин, А.А. Малютин, В.В. Стрелков, М.Б. Стукан, Д.К. Сычев. "Интерферометрическая диагностика фемтосекундной лазерной микроплазмы в газах", 2-ая Всероссийская школа по лазерной физике и лазерным технологиям, Саров, Тезисы докладов, с.23 (2008).

24. V.V. Bukin, S.V. Garnov, V.V. Strelkov. "Dynamics of high-pressure femtosecond laser microplasma in gases", International Symposium "Topical problems of nonlinear wave physics", Nizhny Novgorod, Book of Abstracts, pp.24 (2008).

25. V.V. Bukin, S.V. Garnov, V.V. Strelkov, T.V. Shirokih, D.K. Sychev. "Spatiotemporal dynamics of electron density in femtosecond laser microplasma of gases", International Conference "Advanced Laser Technologies 2008", Budapest (Hungary), Book of Abstracts, p. 18 (2008).

26. V.V. Bukin, S.V. Gamov, T.V. Shirokih, V.A. Tserevitinov. "Filamentation of Femtosecond Laser Pulses: First Experimental Observation and RealTime Measurement of Flying Filament Front", 17th International

Conference on Advanced Laser Technologies, Antalya (Turkey), Book of Abstracts, p.218 (2009).

27. V.V. Bukin, S.V. Garnov, T.V. Nesterova. "Interferometry of femtosecond laser plasma filament", International Conference "Fundamentals of Laser Assisted Micro and Nanotechnologies", St. Petersburg-Pushkin (Russia), Book of Abstracts, p.42, (2010).

28. S. Bodrov, A. Murzanev, V. Bukin, S. Garnov, A. Stepanov. "Investigation of plasma decay in a filament pro-duced by intense femto-second laser pulse in air", 14 International conference on Laser Optics 2010, St. Peterburg (Russia), ThR5-16, (2010).

29. S. Bodrov, A. Murzanev, V. Bukin, S. Garnov, A. Stepanov. "Plasma Density and Plasma Decay after Filamentation of Intense Femtosecond Laser Pulses in Air", 3rd Intern. Symposium on Filamentation, Crete (Greece), Book of Abstracts, p.146, (2010).

Формат 60x90/16. Заказ 1424. Тираж 100 экз.

Печать офсетная. Бумага для множительных аппаратов.

Отпечатано в ООО "ФЭД+", Москва, ул. Кедрова, д. 15, тел. 774-26-96

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Букин, Владимир Валентинович

Введение.

Глава 1. Фемтосекундная лазерная плазма в газах

Глава 2. Фемтосекундная зондирующая микроинтерферометрия.

2.1. Экспериментальные установки для диагностики лазерной плазмы.

2.2. Обработка интерферограмм. Восстановление разности фаз.,

2.3 Восстановление пространственного распределения электронной плотности плазмы.

Глава 3. Интерферометрия фемтосекундной лазерной микроплазмы в газах.

3.1. Фемтосекундная лазерная микроплазма воздуха.

3.2. Лазерная микроплазма в газах.

3.3. Фемтосекундная лазерная микроплазма в газах под давлением.

3.4. Постионизация фемтосекундной лазерной микроплазмы.

Глава 4. Интерферометрия плазменного канала филамента.

Введение диссертация по физике, на тему "Интерферометрическая диагностика фемтосекундной лазерной микроплазмы в газовых средах"

Одним из основных объектов исследования в физике взаимодействия лазерного излучения с веществом является лазерная плазма. Применение-лазеров сверхкоротких импульсов позволяет получать многократно ионизованную плазму в газовых средах с помощью относительно простых и компактных систем, помещающихся на лабораторном оптическом столе. Изучение такой неравновесной лазерной плазмы, возникающей в газах при ионизации ультракороткими высокоинтенсивными импульсами, является одним из важных направлений в физике взаимодействия лазерного излучения с веществом. Данная проблема актуальна как с точки зрения фундаментальной науки — получения новых экспериментальных данных о свойствах неравновесной, пространственно неоднородной плазмы высокой плотности и механизмах ее формирования, развития и взаимодействия с лазерным излучением, так и в связи с многочисленными прикладными задачами — разработкой методов генерации предельно коротких, аттосекундных световых импульсов [2-5], лазерным ускорением частиц [6-8], созданием лазерных источников рентгеновского излучения и УФ-излучения нанометрового диапазона длин волн, совершенствованием технологий и разработкой новых методов прецизионного лазерного микро- и наноструктурирования поверхности и объема металлов и прозрачных оптических материалов, в которых возбуждаемая лазерным излучением плазма играет принципиальную и во многом определяющую роль.

Одним из интересных явлений при распространении мощных фемтосекундных лазерных импульсов в газах является процесс филаментации [9-11]. Данное явление состоит в том, что при распространении в газовой среде коллимированный* лазерный пучок не расплывается за счёт дифракции, а формирует одну или несколько нитей (филаментов) с относительно высокой интенсивностью, достаточной для ионизации газа.

Не смотря на то, что физические явления в плазме, создаваемой в газах с помощью лазерного излучения изучаются уже более 40 лет, необходимость их детального исследования и понимания далеко не утратила своей актуальности. Многочисленные процессы, протекающие в лазерной плазме интересны и с точки зрения фундаментальной науки — получения новых знаний о поведении вещества в сверхсильных световых полях, и с прикладной точки зрения - генерация УФ и рентгеновского излучения многозарядной плазмой с целью создания новых источников для микро-нанолитографии; генерация электромагнитных импульсов терагерцового диапазона; использование микроплазменных источников для микро- и нанообработки материалов; использование лазерного пробоя для воспламенения газовых смесей и коммутации высоковольтных цепей, и т.п.

Проводимые в настоящее время исследования лазерной плазмы выполняются с использованием лазерных импульсов различной интенсивности и длительности в диапазоне от десятков фемтосекунд [12]. до единиц наносекунд [13] и затрагивают широкий круг фундаментальных и прикладных вопросов. По-прежнему остаются не до конца выясненными механизмы нелинейной трансформации лазерного излучения в плазме. Да и сам процесс ионизации газа сверхмощным излучением, его связь с пространственно-временными параметрами излучения, несмотря на обилие различных методик эксперимента [14-19], требует проведения дальнейших экспериментальных и теоретических исследований.

Цель и задачи работы

Целью данной диссертационной работы являлась разработка и совершенствование методики прецизионной зондирующей микроинтерферометрии и применение данной методики для изучения процессов взаимодействия лазерного излучения фемтосекундной длительности с веществом: исследование динамики формирования и развития фемтосекундной лазерной микроплазмы в газах и измерение параметров плазменного канала, образующегося в газовых средах в процессе филаментации фемтосекундного лазерного излучения.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

2. Проведение экспериментов по диагностике фемтосекундной лазерной микроплазмы в различных газах при различном давлении и получение данных о временной динамике электронной плотности во. всём объёме, занимаемом плазмой.

Научная новизна

2. Обнаружено явление постионизации в фемтосекундной лазерной, плазме газов — значительное нарастание электронной плотности в плазме после окончания воздействия фемтосекундного лазерного излучения.

3. Проведены прямые оптические измерения пространственного, распределения и временной динамики электронной плотности в плазменном канале фемтосекундного лазерно-плазменного филамента.

Практическая ценность

Защищаемые положения

Перейдем к последовательному краткому изложению содержания диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка цитируемой литературы и списка работ по диссертации.

Заключение диссертации по теме "Лазерная физика"

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана методика сверхбыстрой оптической диагностики фазовых объектов, обладающая в совокупности уникальными параметрами пространственного и временного разрешения и высокой обнаружительной способностью. Созданная методика позволяет проводить диагностику сверхбыстрых процессов взаимодействия лазерного излучения с веществом, исследовать объекты микронных размеров на масштабах времен от десятков фемтосекунд до наносекунд с амплитудой фазового набега менее 27г/1000 рад. Данная методика применялась как для исследования лазерной микроплазмы в газах, обладающей плотностью вплоть до близкой к критической для зондирующего излучения, так и для диагностики малоконтрастного фазового объекта — плазменного канала фемтосекундного лазерно-плазменного филамента, с фазовой амплитудой менее^27г/200 рад.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Букин, Владимир Валентинович, Москва

1. P.B. Corkum, F. Krausz. "Attosecond science", Nature Physics, 3, 6, pp.381387 (2007).

2. P. Antoine, A. L'Huillier, M. Lewenstein. "Attosecond Pulse Trains Using High-Order Harmonics", Phys. Rev. Lett. 77, 7, pp. 1234-1237 (1996).

3. G. Sansone, E. Benedetti, F. Calegari, C. Vozzi, L. Avaldi, R. Flammini, L. Poletto, P. Villoresi, C. Altucci, R. Velotta, S. Stagira, S. De Silvestri, M. Nisoli. "Isolated Single-Cycle Attosecond Pulses", Science, 314, 5798, pp.443-446 (2006).

4. T. Pfeifer, L. Gallmann, M.J. Abel, D.M. Neumark, S.R. Leone. "Single attosecond pulse generation in the multicycle-driver regime by adding a weak second-harmonic field", Opt. Lett., 31, 7, pp.975-977 (2006).

5. T. Tajima, J.M. Dawson. "Laser electron accelerator", Phys. Rev. Lett., 43, 4, pp.267—270 (1979).

6. V. Malka, J. Faure, Y.A. Gauduel, E. Lefebvre, A. Rousse, K.T. Phuoc. "Principles and applications of compact laser-plasma accelerators", Nature

7. Physics 4, 6, pp.447-453 (2008). 5i

8. S.P.D. Mangles, C.D. Murphy, Z. Najmudin, A.G.R. Thomas, J.L. Collier, A.E. Dangor, E.J. Divall, P.S. Foster, J.G. Gallacher, C.J. Hooker, D.A. Jaroszynski, A.J. Langley, W.B. Mori, P.A. Norreys, F.S. Tsung, R. Viskup,

9. B.R. Walton, К. Krushelnick. "Monoenergetic beams of relativistic electrons from intense laser-plasma interactions", Nature, 431, 7008, pp.535-538 (2004).

10. Под ред. В.Я. Панченко. "Глубокое каналирование и филаментация мощного лазерного излучения в веществе". М.: Интерконтакт Наука, 2009, 266 с.

11. В.П. Кандидов, С.А. Шлёнов, О.Г. Косарева. "Филаментация мощного фемтосекундного лазерного излучения", Квант, электроника, 39, 3, сс.205-228 (2009).

12. A. Couairon, A. Mysyrowicz. "Femtosecond filamentation in transparent media", Phys. Rep.,441, 2-4, pp.47-189 (2007).

13. J. Peatross, S. Backus, J. Zhou, M.M. Murnane, H.C. Kapteyn. "Spectral-spatial measurements of fundamental and third-harmonic light of intense 25-fs laser pulses focused in a gas cell", JOSA B, 15, 1, pp.186-192 (1998).

14. S. Soubacq, P. Pignolet, E. Schall, J. Batina. "Investigation of a gas breakdown process in a laser-plasma experiment", J. Phys. D: Appl. Phys., 37, 19, p.2686 (2004).

15. L.M. Davis, L.Q. Li, D.R. Keefer. "Picosecond resolved evolution of laser breakdown in gases", J. Phys. D: Appl. Phys., 26, 2, p.222 (1993).

16. V. Margetic, T. Ban, F. Leis, K. Niemax, R. Hergenrôder. "Hydrodynamic expansion of a femtosecond laser produced plasma", Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, 58, 3, pp.415-425 (2003).

17. C.W. Siders, G. Rodriguez, J.L.W. Siders, F.G. Omenetto, A.J. Taylor. "Measurement of Ultrafast Ionization Dynamics of Gases by Multipulse Interferometric Frequency-Resolved Optical Gating", Phys. Rev. Lett., 87, 26, p.263002 (2001).

18. P. Rambo, J. Schwarz, J.C. Diels. "Interferometry with two-dimensional spatial and high temporal resolution", Opt. Commun., 197, 1-3, pp.145-159 (2001).

19. M. Борн, Э. Вольф. Основы оптики. M.: Наука, 1973, 719 с.

20. Под ред. Р. Хаддстоуна, С. Леонарда. Диагностика плазмы. М.: Мир, 1967, с. 442.

21. Под ред. Т.В. Куколева. Диагностика плазмы. М.: Атомиздат, 1968, с.447.

22. М.М. Скотников. Теневые количественные методы в газовой динамике. М.: Наука, 1976, с. 160.

23. Ч. Вест. Голографисеская интерферометрия. М.: Мир, 1982, 497 с.

24. Под ред. Р.К. Эрф. Голографические неразрушающие исследования. М.: Машиностроение, 1979, 448 с.

25. J.P. Geindre, P. Audebert, S. Rebibo, J.C. Gauthier. "Single-shot spectral interferometry with chirped pulses", Opt. Lett., 26, 20, pp.1612-1614 (2001).

26. L. Lepetit, G. Cheriaux, M. Joffre. "Linear techniques of phase measurement by femtosecond spectral interferometry for applications in spectroscopy", JOSAB, 12, 12, pp.2467-2474 (1995).

27. C.A. Ахманов, В.А. Выслоух, A.C. Чиркин. Оптика фемтосекундных лазерных импульсов. М.: Наука, 1988. 312 с.

28. М.Р. Rimmer, С.М. King, D.G. Fox. "Computer Program for the Analysis of Interferometric Test Data", Appl. Opt., 11, 12, pp.2790-2796 (1972).

29. D.W. Robinson. "Automatic fringe analysis with a computer image-processing system", Appl. Opt., 22, 14, pp.2169-2176 (1983).

30. T. Yatagai, S. Nakadate, M. Idesawa, H. Saito. "Automatic Fringe Analysis Using Digital Image Processing Techniques", Opt. Eng. 21,3, pp.432-435 (1982).

31. В.И. Гужов, С.П. Ильиных. "Компьютерная интерферометрия: Учебное пособие". Новосибирск: НГТУ 2004.

32. М. Takeda, Н. Ina, S. Kobayashi. "Fourier-transform method of fringe-pattern analysis for computer-based topography and interferometry", J. Opt. Soc. Am. 72, 1, pp.156-160 (1982).

33. К.A. Nugent. "Interferogram analysis using an accurate fully automatic algorithm", App. Opt., 24, 18, pp.3101-3105 (1985).

34. P. Tomassini, A. Giulietti, L.A. Gizzi, R. Numico, M. Galimberti, D. Giulietti, M. Borghesi. "Application of novel techniques for interferogram analysis to laser-plasma femtosecond probing", Laser and Particle Beams, 20, 2, pp.195-199 (2002).

35. Z. Wang, H. Ma. "Advanced continuous wavelet transform algorithm for digital interferogram analysis and processing", Opt. Eng., 45, 4, p.045601 (2006).

36. J. Kasparian, M. Rodriguez, G. Méjean, J. Yu, E. Salmon, H. Wille, R. Bourayou, S. Frey, Y.B. André, A. Mysyrowicz, R. Sauerbrey, J.P. Wolf, L. Wôste. "White-Light Filaments for Atmospheric Analysis", Science, 301, 5629, pp.61-64 (2003).

37. A. Brodeur, C.Y. Chien, F.A. Ilkov, S.L. Chin, O.G. Kosareva, V.P. Kandidov. "Moving focus in the propagation of ultrashort laser pulses in air", Opt. Lett., 22, 5, pp.304-306 (1997).

38. JI.B. Келдыш. Ионизация в поле сильной электромагнитной волны. ЖЭТФ, 47, с. 1945 (1964).

39. Н.Б. Делоне, В.П. Крайнов. Нелинейная ионизация атомов лазерным излучением. М.: Физматлит, 2001, 312 с.

40. M. Kolesik, D.E. Roskey, J.V. Moloney. "Conditional femtosecond pulse collapse for white-light and plasma delivery to a controlled distance", Opt. Lett., 32, 18, pp.2753-2755 (2007).

41. S. Tzortzakis, M.A. Franco, Y.B. André, A. Chiron, B. Lamouroux, B.S. Prade, A. Mysyrowicz. "Formation of a conducting channel in air by selfguided femtosecond laser pulses", Phys. Rev. E, 60, 4, pp.R3505-R3507 (1999).

42. F. Théberge, W. Liu, P.Tr. Simard, A. Becker, S.L. Chin. "Plasma density inside a femtosecond laser filament in air: Strong dependence on external focusing", Phys. Rev. E, 74, 3, p.036406 (2006).

43. Y.H. Chen, S. Varma, T.M. Antonsen, H.M. Milchberg. "Direct Measurement of the Electron Density of Extended Femtosecond Laser Pulse-Induced Filaments", Phys. Rev. Lett., 105, 21, p.215005 (2010).

44. S. Klimentov, P. Pivovarov, V. Konov, D. Walter, M. Kraus, F. Dausinger. "Spectral dependences of conical emission in gases: Minimization of scattering for ultra-short pulsed laser ablation", Las. Phys., 19, 6, pp. 12821287 (2009).

45. В.А.Грибков, В.Я.Никулин, Г.В.Склизков. Методика двухлучевого интерферометрического исследования осесимметричных конфигураций плотной плазмы. "Квантовая электроника", №6, 1971

46. А.Н.Тихонов, В.Я.Арсенин. Методы решения некорректных задач. М.:Наука, 1979

47. С. Keyser, G. Schriever, M. Richardson, E. Turcu. "Studies of high-repetition-rate laser plasma EUV sources from droplet targets", Appl. Phys. A., 77, 2, pp.217-221 (2003).

48. M.S. Tillack, K.L. Sequoia, Y. Tao. "Geometric effects on EUV emissions in spherical and planar targets", J. Phys.: Conf. Ser., 112, 4, p.042060 (2008).

49. M. Centurion, Y. Pu, Z. Liu, D. Psaltis, T.W. Hansch. "Holographic recording of laser-induced plasma", Opt. Lett., 29, 7, pp.772-774 (2004).

50. P. Bellanda, C. De Michelisa, M. Mattiolia. "Holographic interferometry of laser produced plasmas using picosecond pulses", Optics Commun., 3, 1, pp.7-8, (1971).

51. D.T. Attwood, L.W. Coleman. "Microscopic interferometry of laser-produced plasmas", Appl. Phys. Lett., 24, 9, pp.408-410, (1974).

52. H. Azechi, S. Oda, К. Tanaka, T. Norimatsu, T. Sasaki, T. Yamanaka, C. Yamanaka. "Measurement of Density Modification of Laser-Fusion Plasmas", Phys. Rev. Lett., 39, 18, pp.1144-1147 (1977).

53. D.T. Attwood, D.W. Sweeney, J.M. Auerbach, P.H.Y. Lee. "Interferometric Confirmation of Radiation-Pressure Effects in Laser-Plasma Interactions", Phys. Rev. Lett., 40, 3, pp. 184-187 (1978).

54. D.T. Attwood. "Diagnostics for the laser fusion program — Plasma physics on the scale of microns and picoseconds", IEEE Jornal of Quantum Electronics, QE-14, 12, pp.909-923 (1978).

55. A. Raven, O. Willi. "Electron-Density Structures in Laser-Produced Plasmas at High Irradiances", Phys. Rev. Lett., 43, 4, pp.278-282 (1979).

56. Н.Г. Власов, C.B. Корчажкин, Р.Б. Мацонашвили, B.M. Петряков, С.С. Соболев, С.Ф. Чалкин. "Пикосекундная интерферометрия лазерной плазмы", Оптика и спектроскопия, 59, 4, сс.934-937 (1985).

57. Y.L. Shao, T. Ditmire, J.W.G. Tisch, E. Springate, J.P. Marangos, M.H.R. Hutchinson. "Multi-keV Electron Generation in the Interaction of Intense Laser Pulses with Xe Clusters", Phys. Rev. Lett., 77, 16, pp.3343-33461996).

58. T. Ditmire, E.T. Gumbrell, R.A. Smith, A. Djaoui, M.H.R. Hutchinson. "Time-Resolved Study of Nonlocal Electron Heat Transport in High Temperature Plasmas", Phys. Rev. Lett., 80, 4, pp.720-723 (1998).

59. D. Breitling, H. Schittenhelm, P. Berger, F. Dausinger, H. Htigel. "Shadowgraphic and interferometric investigations on Nd:YAG laser-induced vapor/plasma plumes for different processing wavelengths", Appl. Phys.A, 69, 7, pp.S505-S508 (1999).

60. M.J. Edwards, A.J. MacKinnon, J. Zweiback, K. Shigemori, D. Ryutov, A.M. Rubenchik, K. A. Keilty, E. Liang, B.A. Remington, and T. Ditmire. "Investigation of Ultrafast Laser-Driven Radiative Blast Waves", Phys. Rev. Lett., 87, 8, p.085004 (2001).

61. A. Couairon, L. Berge. "Light Filaments in Air for Ultraviolet and Infrared Wavelengths", Phys. Rev. Lett., 88, 13, p. 135003-1 (2002).

62. R.F. Smith, J. Dunn, J. Nilsen, V.N. Shlyaptsev, S. Moon, J. Filevich, J.J. Rocca, M.C. Marconi, J.R. Hunter, T.W. Barbee. "Picosecond X-Ray Laser Interferometry of Dense Plasmas", Phys. Rev. Lett., 89, 6, p.065004 (2002).

63. S.V. Garnov, A.A. Malyutin, O.G. Tsarkova, V.I. Konov, F. Dausinger. "Ultrafast laser-induced plasma diagnostics with time-spatial-resolved shadow and interferometric techniques", Proc. SPIE 4637, 1, p.31 (2002).

64. K.Y. Kim, I. Alexeev, H.M. Milchberg. "Single-shot measurement of laser-induced double step ionization of helium", Opt. Express, 10, 26, pp.15631572 (2002).

65. M.C. Richardson, C.S. Koay, K. Takenoshita, C. Keyser, R. Bernath, S. George, S. Teerawattanasook. "Diagnostics for laser plasma EUV sources", Proc. SPIE, 5580, p.434 (2005).

66. C.W. Siders, S.P. Le Blanc, D. Fisher, T. Tajima, M. C. Downer, A. Babine, A. Stepanov, A. Sergeev. "Laser Wakefield Excitation and Measurement by Femtosecond Longitudinal Interferometry", Phys. Rev. Lett., 76, 19, pp.35703573 (1996).

67. Л.Д. Ландау, E. M. Лифшиц. Теоретическая физика. T III: Квантовая Механика. Нерелятивистская Теория. М.:Наука (1989).

68. D. Bauer, P. Mulser. "Exact field ionization rates in the barrier-suppression regime from numerical time-dependent Schrodinger-equation calculations", Phys. Rev. A, 59, 1, pp.569-571 (1999).

69. А.А. Балакин, Г.М. Фрайман. "Тормозное излучение в сильном лазерном поле", ЖЭТФ, 120, 4, сс.797-809 (2001).

70. С.А Майоров. "Столкновительный нагрев электронов при фокусировке в газе сверхмощного и сверхкороткого лазерного импульса", Физика плазмы, 27, 4, сс.311-320 (2001).

71. A. Brantov, W. Rozmus, R. Sydora, C.E. Capjack, V.Yu. Bychenkov, V.T. Tikhonchuk. "Enhanced inverse bremsstrahlung heating rates in a strong laser field", Phys. of Plasmas, 10, 8, p.3385 (2003).

72. G. Rascol, H. Bachau, V. T. Tikhonchuk, H.-J. Kuli, T. Ristow. "Quantum calculations of correlated electron-ion collisions in a strong laser field", Phys. of Plasmas, 13, 10, p. 103108 (2006).

73. R.A. Falk, G. Stefani, R. Camilloni, G.H. Dunn, R.A. Phaneuf, D.C. Gregory, D.H. Crandall. "Measured electron-impact ionization of Be-like ions: B+, C2+, N3+, and 04+", Phys. Rev. A, 28, 1, pp.91-98 (1983).

74. D.L. Moores, H. Nussbaumer. "The relevant atomic data", Space Science Reviews 29, 4, pp.379-386 (1981).

75. D.H. Crandall, R.A. Phaneuf, B.E. Hasselquist, D.C. Gregory. "Measured cross sections for ionisation of C3+, N4+ and 05+ ions with contribution due to excitation-autoionisation", J. Phys. B: At. Mol. Phys., 12, 7, p.L249 (1979).

76. K. Rinn, D.C. Gregory, L.J. Wang, R.A. Phaneuf, A. Müller. "Electron-impact ionization of 05+: Improved measurements", Phys.Rev.A, 36, 2, pp.595-598 (1987).

77. T. Kato. "Electron Impact Excitation of Nitrogen and Nitrogen-Like Ions: A Review of Available Data and Recommendations", Atomic data and nuclear data tables, 57, pp. 181-214 (1994).

78. C.E. Hudson, K.L. Bell. "Calculated Rate Coefficients for the Electron Impact Excitation of Singly Ionized Nitrogen", Physica Scripta, 71, p.268 (2005).

79. R. M. Frost, P. Awakowicz, H.P. Summers, N.R. Badnell. "Calculated cross sections and measured rate coefficients for electron-impact excitation of neutral and singly ionized nitrogen", J. Appl. Phys., 84, 6, pp.2989-3003 (1998).

80. R.P. Stafford, K.L. Bell, A. Hibbert. "Electron impact excitation of N III: collision strengths and Maxwellian averaged rate coefficients", J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys., 25, p.5449 (1992).

81. C.A. Ramsbottom, K.A. Berrington, A. Hibbert, K.L. Bell. "Electron impact excitation rates for transitions involving the n = 2 and n = 3 levels of beryllium-like NIV", Physica Scripta, 40, p.246 (1994).

82. D.C. Griffin, N.R. Badnell, M.S. Pindzola. "Electron-impact excitation of C3+ and 05+: the effects of coupling to the target continuum states", J. Phys. B, 33,p.l013 (2000).

83. R. U. Datla, H.-J. Kunze. "Electron-impact excitation and recombination into excited states of lithiumlike ions", Phys. Rev. A, Vol. 37, pp. 4616-4619 (1988).

84. Список публикаций по теме диссертации

85. В.В. Букин, Н.С. Воробьев, С.В. Гарнов, В.И. Конов, В.И. Лозовой, А.А. Малютин, М.Я. Щелев, И.С. Яцковский. "Динамика формирования и развития фемтосекундной лазерной микроплазмы в газах", Квантовая Электроника, 36,7 (2006) 638-645.

86. В.В. Букин, С.В. Гарнов, А.А. Малютин, В.В. Стрелков. "Фемтосекундная лазерная микроплазма оптического пробоя газов: динамика процессов ионизации и постионизации", Квантовая электроника, 37, 10 (2007), 961966.

87. V. V. Bukin, S. V. Garnov, V. V. Strelkov, Т. V. Shirokikh and D. К. Sychev. "Spatio-temporal dynamics of electron density in femtosecond laser microplasma of gases", Laser Physics, 19, 6 (2009), pp.1300-1309.

88. S. Bodrov, V. Bukin, M. Tsarev, A. Murzanev, S. Garnov, N. Aleksandrov, A. Stepanov. "Plasma filament investigation by transverse optical interferometry and terahertz scattering". Optics Express, 19, 7 (2011), 6829-6835.

89. S.V. Garnov, V.V. Bukin, V.V. Strelkov, A.A. Malyutin. "Femtosecond laser breakdown of gases and transparent solid states: ultrafast space-time and spectrum-time resolved diagnostics of multicharged microplasma", Proc. SPIE 7132, 71320P (2008).

90. V. V. Bukin, S. V. Garnov, A. A. Malyutin, D. K. Sytchev, N. S. Vorobiev. "Ultrafast pump-probe interferometry of femtosecond laser microplasma of multiple ionized gases", Proc. SPIE 6606, 660610 (2007).

91. S. V. Garnov, V. V. Bukin, A. A. Malyutin, and V. V. Strelkov. "Ultrafast Space-time and Spectrum-time Resolved Diagnostics of Multicharged Femtosecond Laser Microplasma", AIP Conf. Proc. 1153, p.37 (2009).

92. V.V. Bukin, S.V. Garnov, T.V. Nesterova. "Interferometry of femtosecond laser plasma filament". Book of Abstracts of International conference "Fundamentals of Laser Assisted Micro—Nanotechnologies", St. Petersburg-Pushkin (Russia), p.42, 2010.

93. V.V. Bukin S.V.Garnov A.A. Malyutin. "Femtosecond laser microplasma of multiply ionized gases". Третий Международный Научный Семинар "Математические модели и моделирование в лазерно-плазменных процессах", Москва, Тезисы докладов, с.31 (2006).

94. S.V. Garnov, V.V. Bukin, А.А. Malytin, V.V. Strelkov. "Gaseous microplasma excited by tightly focused UV femtosecond laser pulses", International Conference on Coherent and Nonlinear Optics (ICONO 2007), Minsk, Book of Abstracts, p.68 (2007).

95. S.V. Garnov, V.V. Bukin, A.A. Malyutin, V.V. Strelkov. "Femtosecond laser microplasma: experimental methods of space-time-resolved diagnostics", Conference "Advanced Laser Technologies 2007", Levi (Finland), Book of Abstracts, p. 107 (2007).

96. V.V. Bukin, S.V. Garnov, V.V. Strelkov. "Dynamics of high-pressure femtosecond laser microplasma in gases", International Symposium "Topical problems of nonlinear wave physics", Nizhny Novgorod, Book of Abstracts, pp.2-4 (2008).

97. V.V. Bukin, S.V. Garnov, T.V. Nesterova. "Interferometry of femtosecond laser plasma filament", International Conference "Fundamentals of Laser Assisted Micro and Nanotechnologies", St. Petersburg-Pushkin (Russia), Book of Abstracts, p.42, (2010).

98. S. Bodrov, A. Murzanev, V. Bukin, S. Garnov, A. Stepanov. "Investigation of plasma decay in a filament pro-duced by intense femto-second laser pulse in air", 14 International conference on Laser Optics 2010, St. Peterburg (Russia), ThR5-16, (2010).

99. S. Bodrov, A. Murzanev, V. Bukin, S. Garnov, A. Stepanov. "Plasma Density and Plasma Decay after Filamentation of Intense Femtosecond Laser Pulses in Air", 3rd Intern. Symposium on Filamentation, Crete (Greece), Book of Abstracts, p. 146, (2010).