Микроструктурированные световоды для генерации перестраиваемых по частоте сверхкоротких лазерных импульсов и элементов волоконно-оптических сенсоров

Федотов, Илья Валерьевич

Микроструктурированные световоды для генерации перестраиваемых по частоте сверхкоротких лазерных импульсов и элементов волоконно-оптических сенсоров тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

Федотов, Илья Валерьевич АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

2011 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.21 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Микроструктурированные световоды для генерации перестраиваемых по частоте сверхкоротких лазерных импульсов и элементов волоконно-оптических сенсоров»

Автореферат диссертации на тему "Микроструктурированные световоды для генерации перестраиваемых по частоте сверхкоротких лазерных импульсов и элементов волоконно-оптических сенсоров"

На правах рукописи

Федотов Илья Валерьевич

Микроструктурированные световоды для генерации перестраиваемых по частоте сверхкоротких лазерных импульсов и элементов волоконно-оптических сенсоров

Специальность 01.04.21 —лазерная физика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва — 2011

1 7 мдр эдц

4840853

Работа выполнена на кафедре общей физики и волновых процессов физического факультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова

Научный руководитель:

Кандидат физико-математических наук Федотов Андрей Борисович

Официальные оппоненты:

Доктор физико-математических наук

Курков Андрей Семенович, Учреждение Российской академии наук «Институт общей физики имени А.М.Прохорова РАН», Москва.

Кандидат физико-математических наук

Рукавишников Николай Николаевич, Российский федеральный ядерный центр -Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики, Саров.

Ведущая организация:

Национальный исследовательский ядерный университет «Московский инженерно-физический институт (государственный университет)», Москва.

Защита диссертации состоится « 17 » марта 2011 года в 15 00 часов на заседании диссертационного совета Д 501.001.31 при Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991 ГСП-1 Москва, Ленинские горы, МГУ, улица Академика Хохлова, дом 1, стр. 62, Корпус нелинейной оптики, аудитория имени С.А. Ахманова.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова.

Ученый секретарь диссертационного со кандидат физ.-мат. н:

Автореферат разосла

Т.М. Ильинова

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Оптические методы и технологии являются востребованными в качестве инструментов практически во всех естественнонаучных направлениях исследований -физике , химии, астрономии , биологии и медицине. Современные нелинейно-оптические методы еще более расширяют рамки и области применений оптических и лазерных технологий и выдвигают новые требования и стандарты к используемой технике. Эффективность, экономичность и гибкость источников излучения является одним из ключевых факторов, определяющих целесообразность их использования в практических системах, включая системы биомедицинского назначения. Современные оптоволоконные технологии позволяют создавать компактные и надежные волоконно-оптические источники и преобразователи оптических сигналов, использующиеся для решения широкого круга научных и технологических задач. Основные преимущества волоконных лазерных систем и нелинейно-оптических устройств обусловлены световодной геометрией генерации, усиления и нелинейно-оптического преобразования лазерного излучения. В волоконно-оптических лазерных системах такая геометрия обеспечивает высокую эффективность преобразования энергии накачки в энергию излучения, благоприятные условия для отвода тепла и высокое качество пространственного профиля лазерного пучка. Благодаря большим длинам нелинейно-оптических взаимодействий, обеспечиваемых волноводным режимом распространения излучения, оптоволоконные технологии позволяют создавать компактные и высокоэффективные устройства для управления параметрами лазерного излучения и спектрально-временного преобразования световых импульсов, включая широко использующиеся в оптике сверхкоротких импульсов волоконно-оптические компрессоры и устройства для преобразования частоты на основе комбинационного рассеяния и параметрического четырехволнового взаимодействия.

В последнее время все шире используются оптические волокна нового типа -микроструктурированные (фотонно-кристаплические) световоды. Световоды этого класса представляют собой изготовленную из плавленого кварца или другого материала микроструктуру с системой воздушных отверстий, ориентированных вдоль оси волокна. Подобная микроструктура обычно изготавливается путем вытяжки из заготовки, набранной из капиллярных трубок.

Уникальность микроструктурированных (МС) световодов для оптических

технологий и волоконных лазерных систем обусловлена возможностью активного

формирования частотного профиля дисперсии собственных мод таких волокон путем

изменения их структуры. МС световоды позволяют реализовать сложные частотные

профили дисперсии, которые не могут быть сформированы для стандартных оптических

волокон. Как следствие, в микроструктурированных волокнах наблюдаются новые

нелинейно-оптические явления и новые режимы спектрально-временного преобразования

сверхкоротких лазерных импульсов. Кроме того, имея в своем арсенале принципиально различные физические механизмы поддержания волноводного распространения электромагнитного излучения, микроструктурированные волноводы способны менять свои нелинейно-оптические свойства в чрезвычайно широких пределах. Все вместе это делает микроструктурированные волокна идеальной платформой для создания нового поколения источников излучения, способных в полностью волоконном формате работать как в качестве излучателей, так и в качестве преобразователей спектральных и фазовых характеристик излучения, требуемых в конкретных приложениях. Полностью волоконный формат делает подобные комбинированные системы компактными и снимает необходимость их юстировки.

Современные волоконно-оптические технологии позволяют создавать не только генераторы и преобразователи лазерного излучения, но и средства его доставки до исследуемого объекта, а также волоконно-оптические сенсоры. При этом волоконно-оптические сенсоры, основанные на МС волноводах, представляют собой новое поколение сенсоров с лучшей чувствительностью и более широким кругом приложений. В ряде задач волоконно-оптические сенсорные системы становятся совершенно незаменимыми. Примерами таких задач могут служить детектирование малых концентраций вещества, где преимущество достигается за счет волноводной геометрии измерения, и измерения на живых биологических объектах, которые становятся возможными благодаря гибкости волоконно-оптических зондов. Микроструктурированные волокна позволяют расширить функциональность и повысить эффективность волоконно-оптических сенсоров. Объединение функций генерации, возбуждения и зондирования позволило бы еще больше упростить процесс измерения и увеличить его доступность.

Цели и задачи диссертационной работы

Основной целью настоящей диссертационной работы является разработка новых эффективных волоконно-оптических компонент на основе микроструктурированных волокон для генерации перестраиваемых по частоте лазерных импульсов и реализации новых методик волоконно-оптического зондирования. В соответствии с этим в работе предстояло решить следующие задачи:

1.Разработка новых экспериментальных методик определения нелинейности и эффективных размеров волноводных мод в микро- и наноразмерных волноводных каналах микроструктурированных волокон.

2,Оптимизация структуры микроструктурированных волокон для эффективного управления режимами нелинейно-оптического преобразования излучения и, в частности, свойствами суперконтинуума и оптических солитонов.

3.Реализация волоконно-оптических источников перестраиваемых сверхкоротких лазерных импульсов на основе микроструктурированных волокон, работающих на мегаваттных уровнях пиковых мощностей.

4.Увеличение эффективности различных протоколов волоконно-оптического зондирования за счет использования специальных микроструктурированных волокон.

Научная новизна

J Предложена и экспериментально реализована методика на основе интерферометрии когерентного антистоксова рассеяния света (КАРС) для измерения вклада оболочки в общую нелинейность волноводных мод полых фотонно-кристаллических волокон.

v' Экспериментально показана возможность использования параметрического четырехволнового взаимодействия для исследования пространственного строения микро-и наноразмерных каналов микроструктурированных волноводных структур. Спектр сигнала четырехволнового смещения, определяемый профилем дисперсии волноводных каналов, позволяет определить их поперечные размеры и зарегистрировать наномасштабные изменения их пространственной структуры.

■S Экспериментально показано, что сильная параметрическая связь стоксовых и антистоксовых спектральных компонент комбинационного рассеяния, существующая в узкой спектральной области вблизи нуля дисперсии групповых скоростей, крайне чувствительна как к линейным, так и к нелинейным оптическим свойствам волноводов и может быть использована для их измерения.

S Экспериментально определены режимы наиболее эффективного преобразования наносекундных лазерных импульсов в излучение суперконтинуума.

Реализована новая методика формирования перестраиваемых по частоте мегаваттных фемтосекундных импульсов инфракрасного диапазона на основе генерации излучения суперконтинуума в многосолитонном режиме.

S Продемонстрирована методика спектрального уширения импульсов фемтосекундной длительности в полностью твердотельном кварцевом фотонно-кристаллическом световоде с большой площадью моды в режиме нормальной дисперсии. Спектр уширенного импульса с длительностью порядка 200 фемтосекунд, пиковой мощностью 3 МВт и центральной длиной волны 1140 нм позволил сжать его до длительности 20 фс с соответствующей пиковой мощностью 20 МВт.

S Продемонстрирована генерация высокоэнергетичных (до 3 нДж) перестраиваемых по частоте солитонов в диапазоне от 1300 до 1800 нм с пиковой мощностью до 83 кВт, длительностью менее 100 фс и частотой повторения 18 МГц в специально сконструированных микроструктурированных волокнах со сплошной сердцевиной и эффективной площадью моды 20 мкм2.

^ Продемонстрировано, что сдвинутые по частоте солитоны на выходе из высоконелинейного МС волокна приводят к образованию в выходном спектре интерференционных полос высокой видности, что указывает на гладкий спектральный профиль каждого отдельного солитона и позволяет реализовать методику когерентного сложения и синтеза импульсов длительностью в несколько циклов поля в полностью волоконном формате.

Экспериментально продемонстрирована сильная (до 6,5 раз) спектральная компрессия ультракоротких лазерных импульсов в МС волокнах, обусловленная солитонным самосдвигом частоты.

^ Продемонстрирована возможность высокоэффективного сбора флуоресцентного отклика кремниевых наночастиц, импрегнированных в микро- и наносветоводные волоконные структуры.

Показано, что микроструктурированные волокна могут значительно (до двух порядков) увеличить эффективность возбуждения и сбора сигнала двухфотонной люминесценции при возбуждении органических красителей и биомаркеров, заполняющих полые отверстия микроструктурированных волокон, по сравнению с режимом объемного возбуждения двухфотонной люминесценции.

Научная и практическая значимость

Выполненные в настоящей диссертации экспериментальные исследования показывают, что:

• Возможность экспериментального определения вклада оболочки в общую нелинейность полого фотонно-кристаллического волновода позволяет точнее предсказывать сценарий протекания нелинейно-оптических процессов при распространении лазерного излучения в подобных волокнах, что, например, позволяет использовать их в качестве источников мощных перестраиваемых импульсов, основанных на солитонном самосдвиге частоты.

• Разработанные методы определения эффективной нелинейности микроструктурированных волноводов с субмикронной сердцевиной позволяют с высокой точностью контролировать параметры световодных каналов для реализации эффективных нелинейно-оптических преобразователей частоты лазерных импульсов наносекундной длительности.

• Возможность увеличения энергии суперконтинуума и мощности перестраиваемых по длине волны мегаваттных солитонов, генерируемых в МС световодах с увеличенным диаметром сердцевины, существенно расширяет области применения микроструктурированных волноводов в качестве волоконно-оптических источников мощных сверхкоротких перестраиваемых лазерных импульсов.

• Управление шириной спектра перестраиваемых по частоте солитонов может значительно повысить эффективность использования МС волокон в качестве преобразователей частоты для целей нелинейно-оптической спектроскопии (в частности, КАРС- микроспектроскопии), визуализации биологических объектов.

• Проведенные исследования профиля спектральной фазы сдвинутых по частоте солитонов открывают возможности использования последовательности солитонных импульсов в задачах когерентного контроля и для синтеза лазерных импульсов длительностью в несколько циклов электромагнитного поля в ближнем ИК диапазоне.

• Проведенный теоретический анализ и экспериментальные исследования продемонстрировали, что специальные структуры МС волокон позволяют значительно улучшить эффективность возбуждения и сбора двухфотонной люминесценции органических красителей и наночастиц.

Защищаемые положения:

I. Реализованная методика на основе интерферометрии когерентного антистоксова рассеяния света (КАРС) с использованием источников видимого и ближнего ИК диапазонов позволяет измерить вклад периодически структурированной оболочки в общую нелинейность волноводных мод полых фотонно-кристаллических волокон.

И. Параметрическое четырехволновое взаимодействие позволяет исследовать строение микроструктурированных волноводов. Спектр сигнала четырехволнового смешения, определяемый профилем волноводной дисперсии, позволяет определить поперечные размеры волноводной моды в микро- и наноразмерных световодных каналах, а также зарегистрировать наномасштабные изменения их пространственной структуры.

III. В микроструктурированных волноводах вблизи нуля дисперсии групповых скоростей существует спектральная область, в которой присутствует сильная параметрическая связь стоксовых и антистоксовых спектральных компонент комбинационного рассеяния. Спектральное положение границ этой области чувствительно к коэффициенту нелинейности, эффективной площади и дисперсионным свойствам световодного канала, и может быть использовано для измерения этих параметров.

IV. Дисперсия и модовый состав излучения в сердцевине полностью твердотельных фотонно-кристаллических волокон с большой площадью моды (100 - 1000 мкм2) позволяют реализовывать эффективное спектральное уширение сверхкоротких импульсов ближнего ИК-диапазона с мегаваттной мощностью и их последующую временную компрессию до длительностей порядка нескольких циклов поля.

V. Солитонный самосдвиг частоты в микроструктурированных волокнах с увеличенным диаметром сердцевины (порядка 4-6 микрометров) обеспечивает генерацию высокоэнергетичных перестраиваемых спектрально-ограниченных солитоноподобных импульсов в широком спектральном диапазоне (1.25 - 1.8 мкм) с уровнями мощностей до сотен киловатт при оптической накачке непосредственно от генератора фемтосекундных импульсов на кристалле хром-форстерита. Спектральная ширина и длительность солитонных импульсов может контролируемым образом меняться при варьировании профиля дисперсии микроструктурированных волокон.

VI. Сдвинутые по частоте солитонные импульсы, генерируемые в микроструктурированных волокнах со специальной структурой, обладают гладким спектральным профилем и фазовой связью, что приводит к их эффективной интерференции и позволяет реализовать методику когерентного сложения и синтеза импульсов длительностью в несколько циклов поля в полностью волоконном формате.

VII. Микроструктурированные волокна позволяют значительно (до двух порядков) увеличить эффективность возбуждения и сбора сигнала двухфотонной люминесценции органических красителей и биомаркеров, заполняющих полые каналы микроструктурированных волокон, по сравнению с режимом объемного возбуждения двухфотонной люминесценции.

Апробация результатов диссертационной работы

По материалам диссертационной работы опубликовано 16 научных работ, из них 11 статей в рецензируемых научных журналах из списка ВАК России: "Российские напотехнологии", " ЖЭТФ", " Optics Letters ", "Квантовая электроника", " Journal of Modern Optics ", "AppliedOptics".

Основные результаты исследований, представленных в диссертационной работе, докладывались на научных семинарах кафедры общей физики и волновых процессов физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, а также на следующих международных конференциях: 7th European Conference on Nonlinear Optical Spectroscopy (ECONOS 2008, Игле, Австрия 2008), 17th International laser physics workshop (LPHYS'08, Трондхейм, Норвегия, 2008), 18th International Laser Physics Workshop (LPHYS'09, Барселона, Испания, 2009), 19th International Congress on Photonics in Europe (CLEO/EUROPE - EQEC 2009, Мюнхен, Германия), The International Conference on Coherent and Nonlinear Optics, The Lasers, Applications, and Technologies (ICONO/LAT-2010, Казань, Россия).

Список опубликованных статей автора по теме диссертации приведен в конце настоящего автореферата.

Личный вклад автора

Все результаты оригинальных экспериментальных исследований получены лично автором, либо при его непосредственном участии. Часть теоретического анализа и численного моделирования, использованного для сравнения с оригинальными экспериментальными результатами, была выполнена совместно с сотрудниками лаборатории фотоники и нелинейной спектроскопии кафедры общей физики и волновых процессов физического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения. Каждая из глав снабжена краткой аннотацией, состоит из нескольких основных разделов и выводов к главе. В конце работы приведены библиографический список используемой литературы, содержащий 211 наименования, с включенными в него 11 публикациями автора по теме диссертации. Полный объем диссертационной работы составляет 152 страницы, включая 44 рисунка.

Во Введении дано обоснование темы диссертационной работы, сформулированы цели и направление исследований; показана актуальность рассматриваемой проблемы в контексте ее научной новизны и практической значимости; сформулированы основные положения, выносимые на защиту. Кроме того здесь приведена структура диссертации и кратко изложено ее содержание по главам, а также дан список статей, опубликованных автором по материалам диссертации.

Первая глава посвящена обзору литературы в области оптики микроструктурированных (МС) волокон. Описаны методы изготовления, основные свойства и области их применения. Представлены уникальные особенности этого нового типа волокон для повышения эффективности нелинейно-оптических преобразований, что находит широкое применение в научных исследованиях и оптических технологиях.

В параграфе 1.1 дана классификация микроструктурированных волокон по их линейным оптическим свойствам и принципам обеспечения волноводного режима распространения излучения Представлены различные структуры МС световодов, работающие за счет эффекта полного внутреннего отражения или за счет наличия в оболочке периодической (фотонно-кристаллической) структуры (см. рис. 1). Если наличие периодической структуры в оболочке является определяющим для обеспечения волноводного режима распространения, то подобные волокна мы будем именовать фотонно-кристаллическими (ФК). Все использованные в диссертации световоды были

изготовлены в России: высоконелинейные кварцевые МС волокна были разработаны в Государственном оптическом Институте им. С.И. Вавилова в Санкт-Петербурге; полые ФК волокна были изготовлены в ООО "Технология и Оборудование для Стеклянных Структур" в Саратове, а полностью твердотельное фотонно-кристаллическое волокно было предоставлено Научным центром волоконной оптики при Институте общей физики им. А.М.Прохорова Российской академии наук.

Рис. 1. Фотографии поперечного сечения различных микроструктурированных волокон, полученные с помогцью электронно-лучевого микроскопа: (а), (б) — микроструктурированные волокна, работающие за счет полного внутреннего отражения, П2 < и/ (п/ - показатель преломления сердцевины, П2 - эффективный показатель преломления, усредненный по структуре оболочки); (в) - полое фотонно-кристаллическое волокно, работающее за счет высокой отражательной способности оболочки в области фотонно-запрещенных зон; (г) - полое волокно с оболочкой в виде решетки кагоми, поддерживающее волноводное распространение за счет эффекта слабого взаимодействия волноводной моды сердцевины с континуумом мод оболочки благодаря большой степени фазового рассогласования поперечных компонент поля мод сердцевины и оболочки.

В параграфах 1.2 и 1.3 описаны отличительные особенности и свойства микроструктурированных волокон. Указаны основные преимущества МС световодов, такие как одномодовый режим распространения излучения в аномально широкой спектральной области, возможность сильной локализации электромагнитного поля в сердцевине, а также возможность обеспечения управления волноводной дисперсией в масштабах, недоступных для стандартных телекоммуникационных волокон.

В параграфах 1.4 и 1.5 описываются нелинейно-оптические явления и механизмы, ответственные за спектральные преобразования сверхкоротких лазерных импульсов, а также возможности управления эффективностью этих процессов с помощью МС световодов. Наибольшее внимание уделено вопросам генерации широкополосного излучения (суперконтинуума), а также солитонному механизму генерации новых спектральных компонент в микроструктурированных волокнах.

Параграф 1.6 посвящен краткому рассмотрению волоконно-оптических сенсоров и возможностям повышения их чувствительности, расширению их функциональности и областей применения за счет использования МС световодов.

Во второй главе приведено описание экспериментальной аппаратуры и методик измерений, использованных при проведении представленных в настоящей диссертации исследований.

В параграфе 2.1 описан наносекундный лазерный комплекс. Основу комплекса составляет Nd:YAG лазер, работающий в режиме модуляции добротности с частотой до 5 Гц. После трех каскадов усиления импульсы на длине волны 1064 нм и длительностью 10 не приобретали энергию до 200 мДж. Вторая гармоника от основного излучения Nd:YAG лазера на длине волны 532 нм импульсов использовалась для накачки двух лазеров на красителях, которые генерировали перестраиваемые импульсы с энергией до 5 мДж в спектральном диапазоне 540 - 720 нм. Эти импульсы использовались для экспериментов с различными типами МС волокон. С использованием перестраиваемых лазерных источников от лазеров на красителях и импульсов на частоте второй гармоники также была реализована схема для КАРС спектроскопии.

В параграфе 2.2 описана техника измерений спектров пропускания фотонно-кристаллических волокон. В измерениях особое внимание уделялось фильтрации излучения, распространяющегося по полой сердцевине, от вклада излучения в оболочке.

В параграфе 2.3 дано описание фемтосекундного Cr:forsterite генератора. Благодаря использованию схемы с удлиненным резонатором и специальному подбору оптических элементов, удавалось получать мощные импульсы непосредственно после генератора. Энергия импульсов на длине волны 1.25 мкм достигала 18 нДж, длительность импульсов составляла 50 - 60 фс при частоте повторения 18 МГц.

В параграфе 2.4 представлен многофункциональный Ti:Sapphire лазерный комплекс, состоящий из лазерного генератора, многопроходного усилителя и параметрического усилителя. Лазерный генератор излучал импульсы на центральной длине волны 800 нм с энергией 5 нДж, длительностью до 30 фс и частотой повторения 90 МГц. Фемтосекундное излучение либо непосредственно использовалось в эксперименте, либо направлялось в многопроходный усилитель МРА-50, который позволял получать импульсы с длительностью 50 фс, энергией до 1,5 мДж при частоте повторения 50 Гц. Усиленное излучение после многопроходного усилителя могло быть использовано для накачки оптического параметрического усилителя (ОПУ). С выхода ОПУ использовалось перестраиваемое излучение сигнальной (1150 - 1550 нм) и холостой (1650 - 2700 нм) волн. В зависимости от настройки ОПУ и длины волны длительность импульсов изменялась от 50 до 200 фс, а энергия в импульсе сигнальной волны достигала 100 мкДж в центре перестроечной кривой.

В третьей главе представлены новые методы исследований линейных и нелинейных свойств МС световодов (полых фотонно-кристаллических (см. рис. 1в) и кварцевых МС волокон со световодными каналами микронного и субмикронного размеров (см. рис. 1а)) с помощью наносекудных импульсов, включая интерферометрию когерентного антистоксова рассеяния света (КАРС). Предложен способ повышения спектральной ширины и оптимизации формы спектра излучения суперконтинуума, генерируемого в микроструктурированных волноводах при распространении лазерных импульсов наносекундной длительности.

В параграфе 3.1 исследуется оптическая нелинейность полых фотонно-кристаллических (ФК) волокон, которая по своей природе является составной, так как часть её обусловлена нелинейностью газа, который заполняет полую сердцевину, а часть -нелинейностью материала оболочки. Мы использовали двухчастотную технику когерентного антистоксова рассеяния света (КАРС) для анализа составной нелинейности воздушных мод полого ФК волновода. В нашей экспериментальной схеме длины волн импульсов накачки выбирались так, чтобы разность частот накачек (coi, сог) находилась в резонансе с молекулярными колебаниями комбинационно-активного газа, заполняющего волокно (Q = (Oí - Шг), при этом регистрация сигнала осуществлялась на антистоксовой частоте соа = 2k>i - СО2 Длины волн импульсов накачек были близки к границе фотонно-запрещенной зоны (см. вставку рис. 2(а)), но ни частоты импульсов, ни их комбинации не попадали в комбинационный резонанс с веществом оболочки.

Рис. 2. (а) Опорный спектр КАРС азота, измеренный при атмосферном давлении без волокна, полученный при фиксированной волне накачки и изменяемой длине волны стоксова импульса. На вставках представлены спектр пропускания использованного волокна и изображение его поперечного среза, (б) Точками показан спектр КАРС, измеренный на выходе из полого ФК волокна длиной 5 см, сплошной линией показана его аппроксимация. Пунктиром показан опорный спектр КАРС азота, измеренный при атмосферном давлении без волокна.

Волновое число, см"'

Волновое число, см'

-,-.-1-,-,-.-1-,-,-,-,- 0,0 -у -,--- ,---.-----i—

698,7 698,9 699,1 651,о 651,з 651,6 651,9

Длина волны, нм (б) Длина волны, нм

(а)

В этих условиях нелинейная восприимчивость является комплексной составной величиной, так как содержит сдвинутые по фазе резонансный и нерезонансный вклады, соответствующие газу, заполняющему полое волокно, а также нерезонансную действительную составляющую, соответствующую материалу оболочки. Интерференция вышеперечисленных составляющих нелинейного отклика меняет форму спектра КАРС-сигнала, и сравнение её с опорным спектром газа дает информацию о вкладе нелинейности оболочки волновода. В экспериментах полое волокно заполнялось атмосферным воздухом, а схема настраивалась для измерения резонансной линии молекулярного азота (С1 = 2331 см"1). Форма спектра КАРС-сигнала этого резонанса, измеренная на выходе из полого волокна, содержит в себе заметную асимметрию. Теоретический анализ спектра позволил нам оценить вклад оболочки в общую нелинейность для воздушных мод полого фотонно-кристаллического волокна, которая оказалась заметно меньше резонансной нелинейности сердцевины, но превышала её нерезонансную часть. Таким образом, была продемонстрирована новая методика на основе интерферометрии когерентного антистоксова рассеяния света (КАРС), позволяющая измерить вклад периодически структурированной оболочки в общую нелинейность волноводных мод полых фотонно-кристаллических волокон.

В параграфе 3.2 экспериментально показана возможность использования параметрического четырехволнового взаимодействия для исследования пространственного строения микроразмерных каналов МС волокон. Основной вклад в нелинейно-оптическое спектральное преобразование импульсов наносекундной длительности, распространяющихся по световодам, дают процессы вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР) и четырехволнового взаимодействия (ЧВВ), для которых требуется выполнение условий фазового согласования. Волноводные структуры с малой площадью поперечного сечения характеризуются высокой чувствительностью частотного профиля дисперсии волноводных мод к малым изменениям поперечных размеров волновода. Ключевая идея развиваемой методики заключается в получении информации о пространственном строении волноводных структур малого размера на основе анализа спектра сигнала ЧВВ, возникающего в результате нелинейно-оптического преобразования узкополосного лазерного излучения накачки. В экспериментах мы заводили перестраиваемые по длине волны наносекундные импульсы в боковые микронные и субмикронные каналы диаметром 0.5 - 2 мкм, расположенные в узлах оболочки кварцевых МС световодов (см. вставку на рис. 3) и измеряли их спектральные изменения на выходе. На рис. 3 представлен пример трансформации спектра излучения накачки с длиной волны Я„ » 598 нм в одном из микроразмерных каналов МС световода длиной 85 см. При мощности импульсов накачки порядка 1 Вт (линия 1) не наблюдается значительных изменений спектра, но при увеличении импульсной мощности накачки (Р к 40 Вт) в спектре излучения на выходе волновода наблюдаются интенсивные боковые пики стоксовой Л; ~ 641 нм и антистоксовой компонент Л к 560 нм (линия 2 на рис. 3).

Положение этих компонент оказывается очень чувствительным к волноводной дисперсии и размерам исследуемых каналов. Численный анализ рассмотренного световодного канала показал, что при изменении радиуса сердцевины всего на 3 нм (при той же мощности излучения накачки), длины волн стоксова и антистоксова сигнала, определяемые условиями фазового согласования, смещаются на величину порядка 10 нм, что является легко измеримой величиной. Спектр сигнала четырехволнового взаимодействия, определяемый профилем дисперсии световодных каналов, позволяет определить их поперечные размеры и зарегистрировать наномасштабные отклонения от заданных значений в протяженных образцах МС волокон.

Длина волны,нм

Рис. 3 Спектры излучения, регистрируемые на выходе микроразмерного волновода с диаметром 0.63 мкм длиной 85 см. На входе в волновод импульсы накачки имеют начальную длительность 15 не, центрачьную длину волны 598 нм и пиковую мощность около I Вт (сплошная линия I) и 40 Вт (линия 2). На вставке изображен поперечный срез МС волокна, в боковые каналы которого заводилось излучение накачки.

В параграфе 3.3 рассмотрена новая методика определения коэффициента нелинейности и эффективной площади моды субмикронных каналов МС световодов на основе параметрического четырехволнового взаимодействия. Сильная параметрическая связь стоксовых и соответствующих антистоксовых спектральных компонент возможна в узкой области вблизи нуля дисперсии групповых скоростей, ширина которой крайне чувствительна как к линейным, так и к нелинейным свойствам волноводов. Измерение спектральных границ сильной параметрической связи и мощности импульсов накачки может дать оценку коэффициента нелинейности у световодного канала. В экспериментах мы использовали волноводные структуры, описанные в предыдущем параграфе (диаметр световодного канала = 0.9 мкм). При сканировании длины волны накачки в области сильной параметрической связи (см. рис. 4) наблюдаются интенсивные боковые компоненты в антистоксовой области и сильное спектральное уширение, как в коротковолновой, так и в длинноволновой области. Границы сильной параметрической

связи наблюдались в диапазоне длин волн накачки от 690 нм до 705 нм, что, как показано в диссертации, определяет величину уР=7,5 м"1. Для представленных измерений мощность импульсов накачки составляла Р=80 Вт и, следовательно, у=94 Вт' км"', что соответствует эффективной площади моды S=2.9 мкм"'. Предложенная техника была также использована для измерения нелинейности и эффективной площади моды других субмикронных каналов MC световода.

t °'4

а 0,2

6(Ю 7(Ю 8{Ю

/, ~ 702 НМ

600 700 800

Длина волны,нм

Рис. 4 Спектр излучения, измеренный на выходе из микрозмерного капала кварцевого МС волокна длиной 85см. Длины волн импульсов накачки показаны на графике. Пиковая мощность излучения накачки составляла 80 Вт.

В параграфе 3.4 показана возможность эффективного преобразования спектра наносекундных лазерных импульсов за счет процессов параметрического четырехволнового взаимодействия и вынужденного комбинационного рассеяния света (ВКР). Экспериментально определены режимы наиболее эффективного преобразования наносекундных лазерных импульсов в широкополосное излучение суперконтинуума. Эффективная генерация антистоксовых ВКР-компонент в спектральной полосе сильной параметрической связи стоксовых и антистоксовых компонент комбинационного рассеяния Д®к приводит к увеличению спектральной интенсивности высокочастотных компонент в спектре излучения на выходе волокна, что позволяет существенно увеличить спектральную ширину и повысить качество спектра излучения суперконтинуума в режиме высоких пиковых мощностей излучения накачки (см. рис. 5). Максимальный коэффициент преобразования излучения накачки в стоксовы и антистоксовы компоненты был оценен на уровне 5-10%. Выполненные эксперименты показывают возможность использования МС световодов для эффективного преобразования спектра наносекундных лазерных

импульсов за счет процессов параметрического четырехволнового взаимодействия и вынужденного комбинационного рассеяния света.

Рис. 5. (а) Спектры излучения, регистрируемые на выходе микроканального волновода с диаметром 0.9мкм длиной 85 см в присутствии параметрической связи стоксовой и антистоксовой компонент КР. Импульс излучения накачки на входе в волновод имеет пиковую мощность 80 Вт и центральную длину волны 702 нм. (б) Генерация широкополосного излучения в микроканальном волноводе кварцевого МС волокна длиной 100 см в отсутствие связи стоксовой и антистоксовой компонент.

В четвертой главе рассмотрены различные волоконно-оптические компоненты на основе МС световодов в задачах спектральных нелинейно-оптических преобразований фемтосекундных лазерных импульсов. Продемонстрированы возможности оптимизации структуры МС волокон для эффективного управления нелинейно-оптическими процессами (генерация суперконтинуума, солитонный самосдвиг частоты), а также реализации новых схем волоконно-оптического детектирования.

В параграфе 4.1 показана возможность получения перестраиваемых по частоте мегаваттных фемтосекундных импульсов ИК-диапазона на основе генерации излучения суперконтинуума в многосолитонном режиме, реализуемом в микроструктурированном световоде с большой площадью моды, и последующей компрессии импульсов этого излучения. Уникальная особенность МС световодов с большой площадью моды заключается в том, что такие волноводы позволяют обеспечить одномодовый режим передачи излучения с большим диаметром пучка, что делает возможным осуществить передачу, усиление и нелинейно-оптическое преобразование лазерных полей высокой энергии без ухудшения качества их пространственного профиля. С помощью МС световода с площадью сердцевины 710 мкм2 и длиной 60 см осуществлено преобразование фемтосекундных лазерных импульсов с центральной длиной волны 1.39

мкм. Распространение импульсов накачки с высокими энергиями в режиме аномальной дисперсии сопровождается формированием множественных солитонов. При увеличении мощности накачки спектры солитонов сливаются, что приводит к формированию широкого непрерывного спектра излучения в видимой и ИК-области. Временная структура поля при этом оказывается достаточно сложной и позволяет осуществить эффективную временную компрессию (для этого мы использовали пластину теллуритного стекла толщиной 8 см) только для определенной части спектра и получить импульсы достаточно высокой пиковой мощности. Нам удалось сформировать импульсы излучения с центральной длиной волны 1520 нм, длительностью 210 фс, пиковой мощностью около 1 МВт, содержащие 20% полной энергии излучения на выходе из волокна (см. рис.6.), что демонстрирует перспективы этой методики генерации перестраиваемых мощных фемтосекундных импульсов в МС волокнах с большой площадью моды.

О 1000 2000 3000 4000

т, фс

Рис. 6. Спектрохронограмма светового поля, преобразованного в МС световоде длиной 60 см, после компенсации чирпа с помощью пластины из теллуритного стекла. Штриховым контуром показан импульс с центральной длиной волны 1520 нм, длительностью 210 фс и пиковой мощностью 1 МВт. Спектрохронограмма была построена при помощи кросскорреляционного варианта техники (ХРРОС), реализованного путем нелинейно-оптического смегиения в тонком нелинейно-оптическом кристалле анализируемого излучения, получаемого на выходе МС волокна, и импульсов опорного поля длительностью 50 фс с центральной длиной волны 800 нм. На вставке показана фотография поперечного среза использовавшегося МС волокна.

В параграфе 4.2 продемонстрировано эффективное спектральное уширение фемтосекундных импульсов в полностью твердотельном кварцевом фотонно-кристаллическом (ФК) волокне с большой площадью моды в режиме нормальной дисперсии. Уширенные импульсы затем были сжаты до предельно коротких длительностей. Мы использовали полностью твердотельное ФК волокно с диаметром сердцевины 19 мкм для экспериментальной демонстрации спектрального уширения

мегаваттных фемтосекундных лазерных импульсов. Дисперсия ФК-волокон, даже в классе волокон с большой площадью моды, может быть эффективно модифицирована с помощью перестройки фотонно-запрещенной зоны оболочки волокна. Характерная трансформация спектра импульсов накачки длительностью 200 фс (центральная длина волны 1140 нм, энергией 0,6 мкДж) в 20-ти сантиметровом отрезке полностью твердотельного ФК волокна представлена на рис. 7а, а временной профиль и профиль спектральной фазы генерируемого излучения может быть восстановлен по результатам измерений методом ХР11СЮ (рис. 76). Коротковолновая часть спектра поля, которая испытывает спектральное уширение в режиме нормальной дисперсии внутри ФК волокна, была эффективно сжата с помощью призменного компрессора до длительности 20 фс, что соответствует импульсам с пиковой мощностью 20 МВт (рис. 7в). Нам не удалось полностью скомпенсировать нелинейный набег фаз излучения (рис. 7в), что оставляет возможность дальнейшего повышения эффективности временной компрессии с помощью более сложных схем. Теоретический анализ показывает, что уширение спектра является достаточным для сжатия импульсов до 8.4 фс (показано открытыми кружками на рис. 7в), что соответствует 2.1 циклам поля для импульса с центральной длиной волны 1175 нм. Использование полностью твердотельных ФК волокон с изменяемым дисперсионным профилем позволяет переносить использованный сценарий спектрального уширения как в видимый, так и в ближний ИК спектральный диапазон.

Длина волны, нм Время, фс. Время, фс

(а) (б) (в)

Рис.7 (а) - Спектр излучения на входе в волокно (пунктир) и спектр на выходе из ФК волокна длиной 22 см (закрашенные кружки), (б) - Спектрохронограмма излучения на выходе из ФК волокна, полученная методом Х^ЛОО. (в) Огибающая интенсивности (закрашенные кружки) и чирп (пунктир) излучения, сжатого после ФК волокна. Незакрашенные кружки показывают огибающую спектрально ограниченного импульса, рассчитанную с помощью Фурье преобразования экспериментального спектра на выходе из ФК волокна.

В параграфе 4.3 продемонстрировано значительное увеличение мощности перестраиваемых по длине волны солитонов от неусиленных фемтосекундных импульсов в специальных типах МС волокон с увеличенной сердцевиной. Ключевая идея увеличения мощности перестраиваемых солитонов (изменение центральной длины солитонов

происходит в процессе солитонного самосдвига частоты (ССЧ)) заключается в уменьшении коэффициента нелинейности у по сравнению со значениями, типичным для высоконелинейных МС волокон, обычно используемых для спектральных преобразований, и обеспечении достаточно ровного профиля волноводной дисперсии волокна в области перестройки. Мы использовали МС волокно с увеличенным диаметром сердцевины порядка 5 мкм, эффективной площадью моды в 20 мкм2 и параметром нелинейности у а 10 Вт"'км"' на длине волны 1 мкм (см. вставку на рис.8). В качестве источника накачки использовались неусиленные импульсы от фемтосекундного генератора на кристалле СпАэ^егке с энергией до 19 нДж и длительностью порядка 50-60 фс (см. п.2.3). Генерация перестраиваемых по длине волны высокоэнергетичных солитонов в МС волокне длиной 12 см проиллюстрирована на рис. 8. Солитон с центральной длиной волны 1770 нм имеет энергию 2.9 нДж, а его длительность составляет 35 фс, что соответствует пиковой мощности 83 кВт. Численное моделирование на основе решения обобщенного нелинейного уравнения Шредингера показало, что при подходящей оптимизации параметров волокна и импульса можно добиться масштабирования пиковой мощности солитонов до мегаваттных уровней.

Рис.8 Спектр высокоэнергетичных солитонов на выходе из МС волокна для импульсов на входе с длительностью 55фс и энергией 5нДж (полые кружки) и 7 нДж (заполненные кружки). Спектр неусиленных импульсов Сг:/огз!егИе лазера изображен пунктиром. Дисперсия групповых скоростей (ДГС), как функция длины волны, изображена штрихпунктирной линией. На вставке изображен поперечный срез волокна.

В параграфе 4.4 экспериментально продемонстрировано, что сдвинутые по длине волны солитоны на выходе из высоконелинейного МС волокна приводят к образованию в выходном спектре интерференционных полос высокой видности, что указывает на гладкий спектральный профиль каждого отдельного солитона и создает предпосылки для развития новой многообещающей методики управления и формирования профиля сверхкоротких импульсов в волоконном формате. Постоянство спектральной фазы

каждого солитона обеспечивает возможность формирования фазосвязанной последовательности импульсов, применимой, например, для когерентного возбуждения молекулярных колебаний или когерентной микроскопии. Наблюдаемая интерференционная картина позволяет осуществить безитерационное восстановление поля интерферирующей части выходящего из волокна широкополосного излучения в предположении, что она состоит из отдельных N солитонов. Благодаря постоянству фазы % на протяжении спектра и-ого солитона, полная спектральная огибающая N солитонов может быть использована для синтеза импульсов с длительностью короче, чем длительность Т„ любого солитона, генерируемого на выходе из волокна. При аппроксимации экспериментальной интерференционной кривой последовательностью из трех солитоннов, и предполагая возможность использования модулятора света, позволяющего получить ступенчатый профиль групповой задержки (как показано пунктирной линией на рис. 9а) можно ожидать преобразование излучения на выходе из МС волокна (сплошная линия на рисунке 9а), в импульс с полной длительностью по полувысоте « 24 фс. Проведенное численное моделирование на основе решения обобщенного нелинейного уравнения Шредингера показало пригодность генерируемых в высоконелинейном волокне сдвинутых по частоте солитонов для синтеза световых импульсов длительностью в несколько циклов поля.

310 320 330 Частота, ТГц

(а)

(б)

-40 -20 О 20

Время, фс

Рис.9, (а) Экспериментальный спектр на выходе из МС волокна (кружки) и теоретическая аппроксимация экспериментальных данных в предположении интерференции трех солитонов. Пунктиром показан профиль групповой задержки, предложеный для сжатия выходящих из МС волокна трех солитонов в предельно короткий импульс, (б) Рассчитанные временная огибающая (сплошная линия) и фаза (пунктир) импульса после компенсации групповой задержки и временного сжатия импульсов. На вставке изображена временная последовательность трех солитонов с относительными амплитудами и задержками, полученными из аппроксимации измеренного спектра (а).

В параграфе 4.5 продемонстрировано спектральное сжатие фемтосекундных солитонных импульсов, генерируемых в высоконелинейном микроструктурированном (МС) волокне в процессе солитонного самосдвига частоты (ССЧ). Условие существования солитонов требует точного баланса между дисперсией и нелинейностью, пиковой мощностью солитона и длительностью солитонного импульса, что принципиально может контролироваться параметрами волокна. В работе проведен теоретический анализ и представлен рецепт выбора дисперсионного профиля МС волокна для управления спектральной шириной сдвинутого по частоте солитона.

Измерения спектральной трансформации солитонов в процессе ССЧ импульсов накачки, в качестве которых использовались неусиленные импульсы Спйэ^егке лазера с центральной длиной волны 1250 нм и длительностью 50 фс, показали возможность спектрального сжатия до 6,5 раз для солитона в районе длине волны 1580 нм (см. рис. 10).

Спектральная компрессия ультракоротких импульсов в процессе их перестройки по длине волны может найти применение в телекоммуникационных технологиях, а также методиках нелинейно-оптической спектроскопии и микроскопии, в частности КАРС-микроспектроскопии.

5 л

£ Ш

1......к.

О 160 =

и 1200 1300 1400

Длина волны, нм

^у .Вт''КМ"'

(а)

(б)

(е)

Рис. 10 Спектры импульса накачки (а) и смещенного в «красную» область солитона с энергией 85 пДж (б). (Закрашенные кружки показывают экспериментальные данные, аппроксимированные теоретической кривой (сплошная линия)). Профиль дисперсии групповых скоростей МС волокна показан пунктирной кривой на панели (а). Рассчитанные спектральные зависимости (в) дисперсионного параметра /3'2 (пунктир), коэффициента нелинейности у (точка-тире) и коэффшщент спектральной компрессии (сплошная линия) для используемого высоконелинейного МС волокна (центральная частота входного импульса 3 75 ТГц).

В следующих двух параграфах рассмотрены волоконно-оптические компоненты сенсорных систем, предназначенных для повышения эффективности возбуждения и регистрации люминесцентного отклика малых концентраций биологических красителей и наночастиц.

В параграфе 4.6 демонстрируется возможность высокоэффективного возбуждения и сбора флуоресцентного отклика кремниевых наночастиц, импрегнированных в микро- и наносветоводные волноводные структуры.

оптическое

возбуждение

Регистрация

Рис. 11. Схема оптического возбуждения и регистрации флуоресцентного отклика наночастиц кремния в жидкофазной среде, заполняющей воздушные каналы МС световода. Здесь же показана структура МС волокна и диаграмма возбуждения наночастиц эванесцентным полем направляемых мод и захват флуоресцентного отклика в направляемые моды центрального канала структуры и боковые иаиоканалы.

Оптическое возбуждение наночастиц, а также захват их флуоресцентного отклика и доставка флуоресцентного сигнала к детектору осуществляется в волноводном режиме с помощью системы микро- и наносветоводных каналов МС волокна. Высокая эффективность оптического возбуждения аналита обеспечивается за счет усиления эванесцентной части поля мод наносветоводных каналов (принцип действия иллюстрируется рис. 11 ). Также в этом параграфе выполнен качественный и количественный анализ оптимальной схемы возбуждения и регистрации флуоресценции в волноводном режиме, проведено сравнение со случаем "объемного" детектирования.

В параграфе 4.7 показано, что специальные архитектуры микроструктурированных волокон могут значительно повысить эффективность возбуждения и детектирования двухфотонной люминесценции. Проведен анализ волноводных зондов с двойной оболочкой и рассмотрены две возможные схемы двухфотонного возбуждения и сбора флуоресцентного отклика. В первой схеме (рис. 12а) возбуждающее фемтосекундное излучение доставляется по сердцевине волокна к объекту, находящемуся на конце волокна (при этом структура волокна обеспечивает минимальное дисперсионное расплывание импульса накачки), а сигнал двухфотонной люминесценции собирается внутренней оболочкой с большой числовой апертурой. Этот метод двухфотонного возбуждения люминесценции представляется перспективным для визуализации биологических тканей. В другой схеме (рис. 126) небольшое количество аналита заполняет полые каналы МС световода. В этом случае двухфотонная люминесценция возбуждается эванесцентным полем излучения, распространяющегося по сердцевине, и собирается внутренней частью оболочки. Экспериментально было

продемонстрировано, что достаточно всего нескольких нанолитров исследуемых органических красителей, заполняющих полые отверстия специально разработанного МС волокна, чтобы сигнал двухфотонной люминесценции на два порядка превышал амплитуду сигнала, соответствующего случаю двухфотонного возбуждения тех же красителей, находящихся вблизи торца волокна.

Рис. 12. Схемы двухфотонного возбуждения и сбора люминесценции с помощью МС волоконных зондов с двойной оболочкой: (а) возбуждающее излучение доставляется через сердцевину волокна к находящемуся на торце волокна объекту, а сигнал люминесценции собирается внутренней частью оболочки с высокой числовой апертурой; (б) двухфотонная люминесценция аналита, заполняющего полые каначы оболочки, возбуждается эванесцентным полем фемтосекундного излучения, распространяющегося по сердцевине, а анализируемый сигнал также собирается внутренней частью оболочки.

В Заключении сформулированы основные результаты и выводы диссертационной работы, которые перечислены ниже:

1. Экспериментально продемонстрирована методика на основе интерферометрии когерентного антистоксова рассеяния света (КАРС) для измерения вклада оболочки в общую нелинейность волноводных мод полых фотонно-кристаллических волокон.

2. Экспериментально показана возможность использования параметрического четырехволнового взаимодействия для исследования пространственного строения микро- и наноразмерных каналов микроструктурированных волноводных структур. Спектр сигнала четырехволнового смешения, определяемый профилем дисперсии волноводных каналов, позволяет определить их поперечные размеры и зарегистрировать наномасштабные изменения их пространственной структуры,

3. Экспериментально показано, что сильная параметрическая связь стоксовых и антистоксовых спектральных компонент комбинационного рассеяния, существующая в узкой спектральной области вблизи нуля дисперсии групповых скоростей, крайне чувствительна как к линейным, так и к нелинейным оптическим свойствам волноводов и может быть использована для их измерения.

4. Показана возможность эффективного преобразования спектра наносекундных лазерных импульсов за счет процессов параметрического четырехволнового взаимодействия и вынужденного комбинационного рассеяния света. Экспериментально определены режимы наиболее эффективного преобразования наносекундных лазерных импульсов в излучение суперконтинуума.

5. Реализована новая методика формирования перестраиваемых по частоте мегаватгных фемтосекундных импульсов инфракрасного диапазона на основе генерации излучения суперконтинуума в многосолитонном режиме.

6. Продемонстрировано эффективное спектральное уширение импульсов фемтосекундной длительности в полностью твердотельном кварцевом фотонно-кристаллическом световоде с большой площадью моды в режиме нормальной дисперсии. Полученное спектральное уширение импульса с длительностью порядка 200 фемтосекунд, пиковой мощностью 3 МВт и центральной длиной волны 1140 нм позволило сжать его до длительности 20 фс с соответствующей пиковой мощностью 20 МВт.

7. Впервые продемонстрирована генерация высокоэнергетичных (до 3 нДж) перестраиваемых по частоте солитонов в диапазоне от 1300 до 1800 нм с пиковой мощностью до 83 кВт, длительностью менее 100 фс и частотой повторения 18 МГц в специально сконструированных микроструктурированных волокнах со сплошной сердцевиной и эффективной площадью моды 20 мкм2.

8. Показано, что сдвинутые по частоте солитоны на выходе из высоконелинейного МС волокна приводят к образованию в выходном спектре интерференционных полос высокой видности, что говорит о гладком спектральном профиле каждого отдельного солитона и позволяет реализовать методику когерентного сложения и синтеза импульсов длительностью в несколько циклов поля в полностью волоконном формате.

9. Экспериментально продемонстрирована спектральная компрессия ультракоротких лазерных импульсов, обусловленная солитонным самосдвигом частоты. Она позволяет сужать спектр сверхкоротких импульсов и одновременно перестраивать их по частоте, оптимизируя спектральную ширину лазерного импульса и его центральную частоту для целей нелинейной спектроскопии, в частности, спектроскопии когерентного антистоксова рассеяния света.

10. Продемонстрирована возможность высокоэффективного сбора флуоресцентного отклика кремниевых наночастиц, импрегнированных в микро- и наносветоводные волоконные структуры. Высокая эффективность оптического возбуждения аналита обеспечивается за счет усиления эванесцентной части поля мод наносветоводных каналов.

заполняющих полые каналы микроструктурированных волокон, по сравнению с режимом объемного возбувдения двухфотонной люминесценции.

Список публикаций по теме днссептащщ

1) Fedotov I.V., Fedotov А.В., and Zheltikov A.M. Raman-resonance-enhanced composite nonlinearity of air-guided modes in hollow photonic-crystal fibers// Optics Letters. 2006. V. 31. № 17. P.2604-2606.

2) Федотов И.В., Федотов А.Б., Кондратьев Ю.Н., Шевандин B.C., Дукельский К.В., Хохлов А.В., Желтиков A.M. Нелинейно-оптическая спектронаноскопия световодных микроструктур// Российские нанотехнологии. 2007. Т. 2. № 1-2. С. 140-144.

3) Федотов И.В., Федотов А.Б., Желтиков A.M. Нелинейно-оптическое преобразование наносекундных лазерных импульсов и управляемая генерация суперконтинуума в микроструктурированных световодах// ЖЭТФ. 2007. Т. 132. №5. С. 1017-1025.

4) Fedotov I.V., Fedotov А.В., Sidorov-Biryukov D.A., Dukel'skii K.V., Shevandin V.S., and Zheltikov A.M. Spectronanoscopy of photonic wires and supercontinuum generation by parametrically coupled Raman sidebands// Optics Letters. 2008. V. 33. № 8. P. 800802.

5) Fedotov A.B., Voronin A.A., Fedotov I.V., Ivanov A.A., and Zheltikov A.M. Powerful wavelength-tunable ultrashort solitons in a solid-core photonic-crystal fiber// Optics Letters. 2009. V. 34. №6. P.851-853.

6) Fedotov А.В., Voronin A.A., Fedotov I.V., Ivanov A.A., and Zheltikov A.M. Spectral compression of frequency-shifting solitons in a photonic-crystal fiber// Optics Letters. 2009. V. 34. № 5. P. 662-664.

7) Voronin A.A., Fedotov I. V., Fedotov A.B., and Zheltikov A.M. Spectral interference of frequency-shifted solitons in a photonic-crystal fiber// Optics letters. 2009. V. 34. № 5. P. 659-671.

8) Fedotov I. V.% Fedotov A.B., Doronina L.V., and Zheltikov A.M. Enhancement of guided-wave two-photon-excited luminescence response with a photonic-crystal fiber// Applied Optics. 2009. V. 48. № 28. P. 5274-5279.

9) Fedotov I.V., Lanin A.A., Voronin A.A., Fedotov А.В., Zheltikov A.M., Egorovab O.N.,Semjonov S.L., Pryamikov A.D. and Dianov E.M. Generation of 20 fs, 20MW pulses in the near-infrared by pulse compression using a large-mode-area all-silica photonic band-gap fiber// Journal of Modern Optics. 2010. V. 57. № 19. P. 1867-1870.

\Q) Федотов И.В., Воронин A.A., Федотов А.Б., Шевандин B.C., Дукельский К.В., Желтиков A.M. Формирование перестраиваемых по частоте мегаваттных фемтосккундных импульсов ИК диапазона на основе генерации многосолитоннрого суперконтинуума в микроструктурированном световоде// Квантовая электроника. 2009. Т. 39. № 7. С. 634-637.

\\)Федотов КВ., Тащилина А.Ю., Доронина Л.В., Федотов А.Б., Жохов П.А., Сидоров-Бирюков ДА., Алфимов М.В., Желтиков A.M. Наночастицы в наноеветоводе: Оптические системы расширенной функциональности на основе импрегнированных наночастицами микро- и наносветоводных структур// Российские нанотехнологии. 2010. Т. 5. №3-4. С. 98-101.

12)Fedolov I.V., Sidorov-Biryukov D.A., Dukel'skii K.V., Shevandin V.S., and Zheltikov A.M. Spectronanoscopy of photonic wires by parametrically coupled stimulated Raman sidebands// Book of Abstracts The joint 7th European Conference on Nonlinear Optical Spectroscopy (ECONOS 2008) and IstEuropean Conference on CARS microscopy (microCARS). 25-27 May 2008, Igls, Austria. P. ET8 .

\Ъ) Fedotov I. V., Fedotov A.B., Serebryannikov E.E., and Zheltikov A.M. Spectral transformation of laser pulses in nanochanel waveguides and dispersion-nanomanaged photonic-crystal fibers// Book of Abstracts 17th International laser physics workshop (LPHYS'08). June 30 - july 4,2008. Trondheim, Norway. P. 497.

14)Fedotov I.V., Voronin A.A., Ivanov A.A., Fedotov A.B., and Zheltikov A.M. Spectral tailoring of high-power solitons in large-mode-area photonic-crystal fibers.// Technical Digest 18th International Laser Physics Workshop (LPHYS'09). July 13-17, 2009, Barcelona, Spain. P. 602.

15)Fedotov /., Fedotov A., Egorova O., Semjonov S., Pryamikov A., and Zheltikov A.. Compression of megawatt femtosecond laser pulses using a large-mode-area all-silica photonic band-gap fiber// Technical Digest of 19th International Congress on Photonics in Europe "CLEO/EUROPE - EQEC 2009". June 14-19,2009. Munich, Germany. P. 96.

16)Fedotov A.B., Voronin A.A., Fedotov I.V., Savvin A.D., Lanin A.A., .Sidorov-Biryukov D.A, Serebryannikov E.E., Zheltikov A.M. Ultrafast nonlinear optics with nanomanaged fibers// Technical Digest of The International Conference on Coherent and Nonlinear Optics, The Lasers, Applications, and Technologies (ICONO/LAT-2010). August 23-27, 2010, Kazan, Russia. P. 7.

Подписано в печать: 12.02.11

Объем: 1,5 усл.п.л. Тираж: 130 экз. Заказ № 775 Отпечатано в типографии «Реглет» 119526, г. Москва, пр-т Вернадского,39 (495) 363-78-90; www.reglet.ru

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Федотов, Илья Валерьевич

Введение

Глава 1. Микроструктурированные волокна как волоконно-оптические компоненты для нелинейно-оптического преобразования частоты и оптического зондирования.

§1.1 Микроструктурированные волокна и их классификация.

§ 1.2 Основные свойства микроструктурированных волокон со сплошной сердцевиной.

§1.3 Основные свойства и области применений полых микроструктурированных (фотонно-кристаллических) волокон.

§1.4 Генерация суперконтинуума в микроструктурированных волокнах

§1.5 Солитонный механизм спеткрально-временных преобразований сверхкоротких импульсов в микрострукутруированных волокнах

§1.6 Элементы волоконно-оптических сенсоров с использованием микрострукутруированных волноводов.

Глава 2. Экспериментальная техника и методика измерений.

§2.1 Наносекундный лазерный комплекс для исследования четырехволновых нелинейно-оптических процессов в микроструктурированных волокнах.

§2.2 Методика измерения спектра пропускания полых фотонно-кристаллических волокон.

§2.3 Фемтосекундный лазерный генератор на кристалле Сг4+: форстерита.

§2.4 Многофункциональный лазерный комплекс на основе кристалла Ti: Sapphire.

Глава 3. Четырехволновые нелинейно-оптические взаимодействия и спектроскопические методики на их основе в микроструктурированных волноводах с использованием наносекундных лазерных импульсов.

§3.1 Когерентное антистоксово рассеяние света в полых ФК волокнах, разделение вкладов в составную нелинейность.

§3.2 Четырехволновые взаимодействия как способ измерения линейных размеров структуры микроструктурированных волокон.

§3.3 Четырехволновые параметрические преобразования наносекундных лазерных импульсов и спектроскопия нелинейных свойств субмикронных волноводных каналов.

§3.4 Оптимизация четырехволновых взаимодействий в высоконелинейных волноводных каналах микроструктурированных волокон для получения широкополосного излучения от наносекундных лазерных импульсов.

Глава 4. Волоконно-оптические компоненты на основе микроструктурированных волокон для реализации эффективного источника перестраиваемых сверхкоротких лазерных импульсов и волоконно-оптических сенсоров.

§4.1 Формирование перестраиваемых по частоте мегаваттных фемтосекундных импульсов ИК-диапазона на основе генерации многосолитонного суперконтинуума в микроструктурированном световоде.

§4.2 Компрессия лазерных импульсов с использованием широкополосного излучения, получаемых из полностью твердотельных фотонно-кристаллических волокон с большой площадью моды.

§4.3 Генерация мощных солитонов в микроструктурированных волокнах с увеличенной сердцевиной

§4.4 Контроль фазового профиля и интерференция сдвинутых по частоте солитонов в микроструктурированных волокнах.

§4.5 Спектральная самокомпрессия сдвинутых по частоте солитонов в МС волокнах.

§4.6 Волоконно-оптический сенсор на основе МС волокна для регистрации линейной люминесценции кремниевых наночастиц.

§4.7 Волноводный сенсор для регистрации двухфотонной люминесценции. 116 Заключение.

Введение диссертация по физике, на тему "Микроструктурированные световоды для генерации перестраиваемых по частоте сверхкоротких лазерных импульсов и элементов волоконно-оптических сенсоров"

Актуальность работы

Оптические методы и технологии являются востребованными в качестве инструментов практически во всех естественнонаучных направлениях исследований -физике [1], химии [2], астрономии [3], биологии и медицине [4]. Современные нелинейно-оптические методы расширяют рамки и области применений оптических и лазерных технологий и выдвигают новые требования и стандарты к используемой технике. Эффективность, экономичность и гибкость источников излучения являются одним из ключевых факторов, определяющих целесообразность использования этого метода в практических системах, включая системы биомедицинского назначения. Современные оптоволоконные технологии позволяют создавать компактные и надежные волоконно-оптические источники и преобразователи оптических сигналов [5], использующиеся для решения широкого круга научных и технологических задач. Основные преимущества волоконных лазерных систем и нелинейно-оптических устройств обусловлены световодной геометрией генерации, усиления и нелинейно-оптического преобразования лазерного излучения. В волоконно-оптических лазерных системах такая геометрия обеспечивает высокую эффективность преобразования энергии накачки в энергию излучения, благоприятные условия для отвода тепла и высокое качество пространственного профиля лазерного пучка. Благодаря большим длинам нелинейно-оптических взаимодействий, обеспечиваемых волноводным режимом распространения излучения, оптоволоконные технологии позволяют создавать компактные и высокоэффективные устройства для управления параметрами лазерного излучения и спектрально-временного преобразования световых импульсов, включая широко использующиеся в оптике сверхкоротких импульсов волоконно-оптические компрессоры и устройства для преобразования частоты на основе комбинационного рассеяния и параметрического четырехволнового взаимодействия.

В последнее время все шире используются оптические волокна нового типа -микроструктурированные или фотонно-кристаллические световоды [б]. Световоды этого класса представляют собой изготовленную из плавленого кварца или другого материала микроструктуру с системой воздушных отверстий, ориентированных вдоль оси волокна. Подобная микроструктура обычно изготавливается путем вытяжки из заготовки, набранной из капиллярных трубок.

Уникальность микроструктурированных световодов для оптических технологий и волоконных лазерных систем обусловлена возможностью активного формирования частотного профиля дисперсии собственных мод таких волокон путем изменения их структуры [7]. Такие световоды позволяют реализовать сложные частотные профили дисперсии, которые не могут быть сформированы для стандартных оптических волокон. Как следствие, в микроструктурированных волокнах наблюдаются новые нелинейно-оптические явления и новые режимы спектрально-временного преобразования сверхкоротких лазерных импульсов. Кроме того, имея в своем арсенале принципиально различные физические механизмы поддержания волноводного распространения электромагнитного излучения [8], микроструктурированные волноводы способны менять свои нелинейно-оптические свойства в чрезвычайно широких пределах. Все вместе это делает микроструктурированные волокна идеальной платформой для создания нового поколения источников излучения способных в полностью волоконном формате работать в качестве генераторов [9], а так же в качестве преобразователей спектральных и фазовых характеристик излучения, требуемых в конкретных приложениях. Полностью волоконный формат делает подобные комбинированные системы компактными и снимает необходимость их юстировки.

Современные волоконно-оптические технологии позволяют создавать не только генераторы и преобразователи лазерного излучения, но и средства его доставки до исследуемого объекта, а также волоконно-оптические сенсоры. При этом волоконнооптические сенсоры, основанные на МС волноводах представляют собой новое поколение сенсоров с лучшей чувствительностью и более широким кругом приложений [10]. В ряде задач волоконно-оптические сенсорные системы становятся совершенно незаменимыми. Примерами таких задач могут служить обнаружение малых концентраций вещества, где преимущество достигается за счет волноводной геометрии измерения [11], и измерения на живых биологических объектах, которые становятся возможными благодаря гибкости волоконно-оптических зондов [12].

Микроструктурированные волокна позволяют расширить функциональность и 6 повысить эффективность волоконно-оптических сенсоров. Объединение средств излучения и средств зондирования позволило бы еще больше упростить процесс измерения и увеличить его доступность.

Исходя из этого, можно сформулировать цель настоящей диссертационной работы как разработку новых эффективных волоконно-оптических компонент на основе микроструктурированных волокон для генерации перестраиваемых по частоте лазерных импульсов и реализации волоконно-оптического зондирования.

Основными задачами диссертационной работы являются:

2.Оптимизация структуры микроструктурированных волокон для эффективного управления режимами нелинейно-оптического преобразования излучения и, в частности, свойствами суперконтинуума и оптических солитонов.

Научная новизна результатов, полученных в диссертации:

1. Предложена и экспериментально реализована методика на основе интерферометрии когерентного антистоксова рассеяния света (КАРС) для измерения вклада оболочки в общую нелинейность волноводных мод полых фотонно-кристаллических волокон.

2. Экспериментально показана возможность использования параметрического четырехволнового взаимодействия для исследования 7 пространственного строения микро- и наноразмерных каналов микроструктурированных волноводных структур. Спектр сигнала четырехволнового смешения, определяемый профилем дисперсии волноводных каналов, позволяет определить их поперечные размеры и зарегистрировать наномасштабные изменения их пространственной структуры.

4. Экспериментально определены режимы наиболее эффективного преобразования наносекундных лазерных импульсов в излучение суперконтинуума.

5. Реализована новая методика формирования перестраиваемых по частоте мегаваттных фемтосекундных импульсов инфракрасного диапазона на основе генерации излучения суперконтинуума в многосолитонном режиме.

6. Продемонстрирована методика спектрального уширения импульсов фемтосекундной длительности в полностью твердотельном кварцевом фотонно-кристаллическом световоде с большой площадью моды в режиме нормальной дисперсии. Спектр уширенного импульса с длительностью порядка 200 фемтосекунд, пиковой мощностью 3 МВт и центральной длиной волны 1140 нм позволил сжать его до длительности 20 фс с соответствующей пиковой мощностью 20 МВт.

7. Продемонстрирована генерация высокоэнергетичных (до 3 нДж) перестраиваемых по частоте солитонов в диапазоне от 1300 до 1800 нм с пиковой мощностью до 83 кВт, длительностью менее 100 фс и частотой повторения 18 МГц в специально сконструированных микроструктурированных волокнах со сплошной сердцевиной и эффективной площадью моды 20 мкм .

8. Продемонстрировано, что сдвинутые по частоте солитоны на выходе из высоконелинейного МС волокна приводят к образованию в выходном спектре интерференционных полос высокой видности, что указывает на гладкий спектральный профиль каждого отдельного солитона и позволяет реализовать методику когерентного сложения и синтеза импульсов длительностью в несколько циклов поля в полностью волоконном формате.

9. Экспериментально продемонстрирована сильная (до 6,5 раз) спектральная компрессия ультракоротких лазерных импульсов в МС волокнах, обусловленная солитонным самосдвигом частоты.

11. Показано, что микроструктурированные волокна могут значительно (до двух порядков) увеличить эффективность возбуждения и сбора сигнала двухфотонной люминесценции при возбуждении органических красителей и биомаркеров, заполняющих полые отверстия микроструктурированных волокон, по сравнению с режимом объемного возбуждения двухфотонной люминесценции.

На защиту выносятся следующие положения:

II. Параметрическое четырехволновое взаимодействие позволяет исследовать строение микроструктурированных волноводов. Спектр сигнала четырехволнового смешения, определяемый профилем волноводной дисперсии, позволяет определить поперечные размеры волноводной моды в микро- и наноразмерных световодных каналах, а также зарегистрировать наномасштабные изменения их пространственной структуры.

IV. Дисперсия и модовый состав излучения в сердцевине полностью твердотельных фотонно-кристаллических волокон с большой площадью моды (100 - 1000 мкм ) позволяют реализовывать эффективное спектральное уширение сверхкоротких импульсов ближнего ИК-диапазона с мегаваттной мощностью и их последующую временную компрессию до длительностей порядка нескольких циклов поля.

V. Солитонный самосдвиг частоты в микроструктурированных волокнах с увеличенным диаметром сердцевины (порядка 4-6 микрометров) обеспечивает генерацию высокоэнергетичных перестраиваемых спектрально-ограниченных солитоноподобных импульсов в широком спектральном диапазоне (1.25 - 1.8 мкм) с уровнями мощностей до сотен киловатт при оптической накачке непосредственно от генератора фемтосекундных импульсов на кристалле хром- \ форстерита. Спектральная ширина и длительность солитонных импульсов может контролируемым образом меняться при варьировании профиля дисперсии микроструктурированных волокон.

Диссертация построена по следующему принципу. Работа состоит из введения, содержащего защищаемые положения, четырех оригинальных глав, заключения и списка литературы.

Заключение диссертации по теме "Лазерная физика"

Выводы к главе

1. Реализована новая методика формирования перестраиваемых по частоте мегаваттных фемтосекундных импульсов инфракрасного диапазона на основе генерации излучения суперконтинуума в многосолитонном режиме.

2. Продемонстрировано эффективное спектральное уширение импульсов фемтосекундной длительности в полностью твердотельном кварцевом фотонно-кристаллическом световоде с большой площадью моды в режиме нормальной дисперсии. Полученное спектральное уширение импульса с длительностью порядка 200 фемтосекунд, пиковой мощностью 3 МВт и центральной длиной волны 1140 нм позволило сжать его до длительности 20 фс с соответствующей пиковой мощностью 20 МВт.

3. Впервые продемонстрирована генерация высокоэнергетичных (до 3 нДж) перестраиваемых по частоте солитонов в диапазоне от 1300 до 1800 нм с пиковой мощностью до 83 кВт, длительностью менее 100 фс и частотой повторения 18 МГц в специально сконструированных микроструктурированных волокнах со сплошной сердцевиной и эффективной площадью моды 20 мкм .

4. Сдвинутые по частоте солитоны на выходе из высоконелинейного волокна приводят к образованию в выходном спектре интерференционных полос высокой видности, что указывает на гладкий спектральный профиль каждого отдельного солитона и позволяет реализовать методику когерентного сложения и синтеза импульсов длительностью в несколько циклов поля в полностью волоконном формате.

5. Впервые экспериментально продемонстрирована спектральная компрессия ультракоротких лазерных импульсов, обусловленная солитонным самосдвигом частоты. Она позволяет сужать спектр сверхкоротких импульсов и одновременно перестраивать их по частоте, оптимизируя спектральную ширину лазерного импульса и его центральную частоту для целей нелинейной спектроскопии, в частности, спектроскопии когерентного антистоксова рассеяния света.

6. Продемонстрирована возможность высокоэффективного сбора флуоресцентного отклика кремниевых наночастиц, импрегнированных в микро- и наносветоводные волоконные структуры. Высокая эффективность оптического возбуждения аналита обеспечивается за счет усиления эванесцентной части поля мод наносветоводных каналов.

7. Показано, что микроструктурированные волокна могут значительно (до двух порядков) увеличить эффективность возбуждения и сбора сигнала двухфотонной люминесценции при возбуждении органических красителей и биомаркеров, заполняющих полые отверстия микроструктурированных волокон, по сравнению режимом объемного возбуждения двухфотонной люминесценции.

Заключение.

Основными результатами и выводами настоящей работы являются:

8. Показано, что сдвинутые по частоте солитоны на выходе из высоконелинейного волокна приводят к образованию в выходном спектре интерференционных полос высокой видности, что говорит о гладком спектральном профиле каждого отдельного солитона и позволяет реализовать методику когерентного сложения и синтеза импульсов длительностью в несколько циклов поля в полностью волоконном формате.

11. Показано, что микроструктурированные волокна могут значительно (до двух порядков) увеличить эффективность возбуждения и сбора сигнала двухфотонной люминесценции при возбуждении органических красителей и биомаркеров, заполняющих полые отверстия микроструктурированных волокон, по сравнению режимом объемного возбуждения двухфотонной люминесценции.

Автору хочется выразить глубокую признательность своему научному руководителю доценту А.Б.Федотову за плодотворное сотрудничество и неоценимую помощь на всех этапах работы. Также автор благодарен профессору A.M. Желтикову за постоянную поддержку и внимание, что обеспечило высокий научный потенциал проводимых исследований. Кроме того, автор признателен Е.Е. Серебрянникову, В.П. Митрохину, А.Д. Савину, A.A. Воронину, JI.B. Амитоновой, A.A. Ланину, П.А. Жохову, К.А. Кудинову, P.P. Мусину, У.И. Алексеевой и А.Ю. Тащилиной за плодотворные обсуждения и помощь в работе.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Федотов, Илья Валерьевич, Москва

1. Udem Th., Holzwarth R., and Hansch T.W. Optical frequency metrology// Nature. 2002. V. 416. P. 233-237.

2. Ахманов С.А., Коротеев Н.И. Методы нелинейной оптики в спектроскопии рассеяния света// М. Наука. 1981.

3. Wilt B.A., Burns L.D., Wei Но E.T., Ghosh K.K., Mukamel E.A., Schnitzer M.J. , Advances in light microscopy for neuroscience//Annu Rev Neurosci. 2009. V. 32. P. 435-506.

4. Kim N.S., Review of the high-power pulse fiber laser technology and their industrial microelectronic applications// The Review of Laser Engineering. 2008. V. 36. P. 1115-1118.

5. Желтиков A.M. Оптика микроструктурированных волокон// M. :Наука. 2004. 281 с.

6. Ferrando A., Silvestre Е., Miret J.J., Andres P. Nearly zero ultraflattened dispersion in photonic crystal fibers// Optics Letters. 2000. V. 25. P. 790-792.

7. Benabid F. Hollow-core photonic bandgap fibre: new light guidance for new science and technology// Phil. Trans. R. Soc. A. 2006. V. 364. № 1849. P. 34393462.

8. Желтиков A.M., Микроструктурированные световоды для нового поколенияволоконно-оптических источников и преобразователей световых импульсов //УФН. 2007. Т. 177. №7. С. 737-762.

9. Monro Т.М., Belardi W., Furusawa К., Baggett J.C., Broderick N.G.R. and Richardson D.J. Sensing with microstructured optical fibers // Meas. Sci. Technol. 2001. V. 12. P. 854-858.

10. Федотов А.Б., Белоглазов В.И., Желтиков A.M. Структурно интегрируемые системы полых световодов и сенсорные устройства на их основе// Российские Нанотехнологии. 2008. Т. 3. № 1-2. С. 61-67.

11. Flusberg В.А., Cocker E.D., Piyawattanametha W., Jung J.С., Cheung E.L.M. and Schnitzer M.J. Fiber-optic fluorescence imaging // Nature Methods. 2005. V. 2. № 12. P. 941-943.

12. Russell P.St.J. Photonic crystal fibers// Science. 2003. V. 299. P. 358-362.

13. Knight J.C. Photonic crystal fibres// Nature. 2003. V. 424. P. 847-851.

14. Birks T.A., Knight J. C., and Russell P.St.J. Endlessly single-mode photonic crystal fiber// Optics Letters. 1997. V. 22. P. 961-963.

15. Benabid F., Knight J.C., Antonopoulos G., and Russell P.St.J. Stimulated Raman scattering in hydrogen-filled hollow-core photonic crystal fiber// Science. 2002. V. 298. P. 399-402.

16. Kaiser P. and Astle H.W. Low-loss single material fibers made from pure fused silica//Bell Syst. Tech. 1974. V. 53. P. 1021-1039.

17. Knight J.C., Birks T.A., Russell P.St.J., and Atkin D.M. All-silica singlemode optical fiber with photonic crystal cladding// Opt. Lett. 1996. V. 21. P. 15471549.

18. Ranka J.K., Windeler R.S., and Stentz A.J. Visible continuum generation in air-silica micro structure optical fibers with anomalous dispersion at 800 nm// Optics Letters. 2000. V. 25. P. 25-27.

19. Knight J.C.; Birks, T.A.; Cregan, R.F.; Russell, P.S.J.; de Sandro, P.D. Large mode area photonic crystal fibre// Electronics Letters. 1998. V. 34. № 13. P. 13471348.

20. Fedotov A.B., Serebryannikov E.E., Ivanov A,A., and Zheltikov A.M. Spectral transformation of femtosecond Cr.forsterite laser pulses in a flint-glass photonic-crystal fiber// Applied Optics. 2006. V. 45. P. 6823-6830.

21. Skryabin D.V., Luan F., Knight J.C., Russell P.St.J. Soliton Self-Frequency Shift Cancellation in Photonic Crystal Fibers// Science. 2003. V. 301. P. 17051708.

22. Zheltikov A M. Multimode guided-wave non-3omega third-harmonic generation by ultrashort laser pulses// J. Opt. Soc. Am. B. 2005. V. 22. P. 22632269.

23. Harvey J.D., Leonhardt R., Coen S., Wong G.K.L., Knight J.C., Wadsworth W.J., Russell P.St.J. Scalar modulation instability in the normal dispersion regime by use of a photonic crystal fiber// Optics Letters. 2003. V. 28. P. 2225-2227.

24. Musin R.R., and Zheltikov A.M. Designing dispersion-compensating photonic-crystal fibers using a genetic algorithm// Optics Communications. 2008. V. 281. №4. P. 567-572.

25. Steel M.J., Osgood J.R.M. Elliptical-hole photonic crystal fibers// Optics Letters. 2001. V. 26. P. 229-231.

26. Hu M.L., Wang Ch.-Y., Chai L., Zheltikov A.M., Frequency-tunable anti-Stokes line emission by eigenmodes of a biréfringent microstructure fiber// Optics Express. 2004. V. 12. P. 1932-1937.

27. Hu M., Wang Ch., Li Y., Chai L., Zheltikov A M. Polarization-demultiplexed two-color frequency conversion of femtosecond pulses in birefringent photonic-crystal fibers// Optics Express. 2005. P. 13. V. 5947-5952.

28. Broderick N.G.R., Monro T.M., Bennett P.J., and Richardson D.J. Nonlinearity in holey optical fibers: Measurement and future opportunities //Optics Letters. 1999. V. 24. P. 1395-1397.

29. Coen S., Chau A.H.L., Leonhardt R., Harvey J.D., Knight J.C., Wadsworth W.J., and Russell P.St.J. Whitelight supercontinuum generation with 60-ps pump pulses in a photonic crystal fiber// Optics Letters. 2001. V. 26. P. 1356-1358.

30. Avdokhin A.V., Popov S.V., and Taylor J.R. Continuous-wave, high-power, Raman continuum generation in holey fibers// Optics Letters. 2003. V. 28. P. 13531355.

31. Wadsworth W.J., Joly N.Y., Knight J.C., Birks T.A., Biancalana F., and Russell P.St.J. Supercontinuum and four-wave mixing with Q-switched pulses in endlessly singlemode photonic crystal fibres// Optics Express. 2004. V. 12. P. 299309.

32. Oh Y., Doty S.L., Haus J.W., Fork, R.L. Robust operation of a dual-core fiber ring laser// Journal of the Optical Society of America B: Optical Physics. 1995. V. 12. P. 2502-2507.

33. Myaing M.T., Ye J.Y., Norris T.B., Thomas T., Baker Jr. J.R., Wadsworth W.J., Bouwmans G., Knight J.C., and Russell P.St.J. Enhanced two-photon biosensing with double-clad photonic crystal fibers// Optics Letters. 2003. P. 28. V. 1224-1256.

34. Cregan R.F., Mangan B.J., Knight J.C., Birks T.A., Russell P.St.J., Roberts P. J., Allan D.C. Single-mode photonic band gap guidance of light in air // Science. 1999. V. 285. P. 1537-1539.

35. Stillinger F.H., Herrick D.R. Bound states in the continuum// Phys. Rev. A. 1975. V. 11. P. 446-454.

36. Im S.-J., Husakou A., and Herrmann J. Guiding properties and dispersion control of kagome lattice hollow-core photonic crystal fibers// Optics Express. 2009. V. 17. № 15. P. 13050-13058.

37. Skibina J.S., Iliew R., Bethge J., Bock M., Fischer D., Beloglasov V.I., Wedell R., and Steinmeyer G. A chirped photonic crystal fibre// Nat. Photonics. 2008. V. 2. № 11. P. 679-683.

38. Gobel W., Nimmerjahn A., and Helmchen F. Distortion-free delivery of nanojoule femtosecond pulses from a Ti:sapphire laser through a hollow-core photonic crystal fiber // Optics Letters. 2004. V. 29. P. 1285-1287.

39. Tauer J., Orban F., Kofler H., Fedotov A.B., Fedotov I.V., Mitrokhin V.P., Zheltikov A.M., Wintner E. High-throughput of single high-power laser pulses by hollow photonic band gap fibers//Laser Physics Letters. 2007. V. 4. P. 444-448.

40. Ouzounov D.G., Ahmad F.R., Miiller D., Venkataraman N., Gallagher M.T., Thomas M.G., Silcox J., Koch K.W., and Gaeta A.L. Generation of Megawatt Optical Solitons in Hollow-Core Photonic Band-Gap Fibers // Science. 2003. V. 301. P. 1702-1704.

41. Ouzounov D.G., Hensley C.J., Gaeta A.L., Venkateraman N., Gallagher M.T., Koch K.W. Soliton pulse compression in photonic band-gap fibers// Optics Express. 2005. V. 13. P. 6153-3159.

42. RuffZ., Shemuly D., Peng X., Shapira O., Wang Z. and Fink Y. Polymer-composite fibers for transmitting high peak power pulses at 1.55 microns// Optics Express. 2010. V. 18. № 15 P. 15697-15703.

43. Fedotov A.B., Konorov S.O., Mitrokhin V.P., Serebryannikov E.E., Zheltikov A.M. Coherent anti-Stokes Raman scattering in isolated air-guided modes of a hollow-core photonic-crystal fiber// Phys. Rev. A. 2004. V. 70. P. 045802(1)-045802(4).

44. Marty P.T., Morel J., Feurer T. All-Fiber Multi-Purpose Gas Cells and Their Applications in Spectroscopy// Journal of Lightwave Technology. 2010. V. 28. № 8. P. 1236-1240.

45. Konorov S.O., Fedotov A.B., Zheltikov A.M. Enhanced four-wave mixing in a hollow-core photonic-crystal fiber// Optics Letters. 2003. V. 28. P. 1448-1450.

46. Konorov S.O., Serebryannikov E.E., Fedotov A.B., Miles R.B., Zheltikov A.M. Phase-matched waveguide four-wave mixing scaled to higher peak powers with large-core-area hollow photonic-crystal fibers// Phys.Rev. E. 2005. V. 71. P. 057603(l)-057603(4).

47. Couny F., Benabid F., Roberts P.J., Light P.S., Raymer M.G. Generation and Photonic Guidance of Multi-Octave Optical-Frequency Combs// Science. 2007. V. 318. P. 1118-1121.

48. Benabid F., Light P.S., Couny F. and Russell P.S.J. Electromagnetically-induced transparency grid in acetylene-filled hollow-core PCF.// Optics Express. 2005. V. 13. P. 5694-5703.

49. Wang Y., Couny F., Light P.S., Mangan B.J., and Benabid F. Compact and Portable Multiline UV and Visible Raman Lasers in Hydrogen-filled HC-PCF // Conference on Lasers and Electro-Optics, OS A Technical Digest. 2010. paper CTuM2.

50. Benabid F., Knight J.C. and Russell P.S.J. Particle levitation and guidance in hollow-core photonic crystal fiber// Optics Express. 2002. V. 10. P. 1195-1203.

51. Dudley J.M., Genty G., Coen S. Supercontinuum generation in photonic crystal fiber// Rev. Mod. Phys. 2006. V. 78. P. 1135-1184.

52. 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.

53. Yu W., Alfano R.R., Sam C.L., Seymour R.J. Spectral broadening of picosecond 1.06 p. pulse in KBr// Optics Communication. 1975. V. 14. P. 344-347.

54. Werncke W., Lau A., Pfeiffer M., Lenz K., Weigmann H-J., Thuy C.D. An anomalous frequency broadening in water//Optics Communications. 1972. V. 4. P. 413-415.

55. Corkum P.B., Rolland C., Srinivasan-Rao T. Supercontinuum Generation in Gases//Phys. Rev. Lett. 1986. V. 57. P. 2268-2271.

56. Lin C., Stolen R.H. New nanosecond continuum for excited-state spectroscopy//Appl. Phys. Lett. 1976. V. 28. P. 216-218.

57. 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.

58. Yang C., Shen Y.R. Spectral broadening of ultrashort pulses in a nonlinear medium// Optics Letters. 1984. V. 9. P. 510-512.

59. Becker P.C., Fragnito H.L., Fork R.L., Beisser F. A., Shank С. V. Generation of tunable 9 femtosecond optical pulses in the near infrared// Applied Physics Letters. 1989. V. 54. P. 411-412.

60. Schoenlein R.W., Bigot J.-Y., Portella M.T., Shank C.V. Generation of blue-green 10 fs pulses using an excimer pumped dye amplifier// Applied Physics Letters. 1991. V. 58. P. 801-803.

61. Morioka T., Mori K., Saruwatari M. More than 100-wavelength-channel picosecond optical pulse generation from single laser source using supercontinuum in optical fibres// Electron. Lett. 1993. V. 29. P. 862-864.

62. Alfano R.R. (Ed.) The Supercontinuum Laser Source (New York: Springer-Verlag,1989)

63. Желтиков A M Оптика микроструктурированных волокон (Москва: Наука, 2004)

64. Bjarklev A., Broeng J., Bjarklev A.S. Photonic Crystal Fibres (Boston: Kluwer Academic Publishers, 2003)

65. Apolonski A., Povazay В., Unterhuber A., Drexler W., Wadsworth W.J., Knight J.C., Russell P.St.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. 2165-2170.

66. Hu M.L., Wang C.-Y., Chai L., Zheltikov A.M. Frequency-tunable anti-Stokes line emission by eigenmodes of a biréfringent microstructure fiber// Optics Express. 2004. V. 12. P. 1932-1937.

67. Hu M.L., Wang C.-Y., Li Y. Chai L., Zheltikov A.M. Polarization-demultiplexed two-color frequency conversion of femtosecond pulses in birefringent photonic-crystal fibers// Opics. Express. 2005. V. 13. P. 5947-5952.

68. Zheltikov A.M. (Ed.) Supercontinuum Generation// Special issue of Applied Physics B. 2003. V. 77. nos. 2/3.

69. Дианов Е.М., Карасик А.Я., Мамышев П.В., Прохоров A.M., Серкин В.Н., Стельмах М.Ф., Фомичев АЛ. ВКР-преобразование многосолитонных импульсов в кварцевых волоконных световодах// Письма в ЖЭТФ. 1985. Т. 41, С. 242-244.

70. Mitschke F.M., Mollenauer L.F. Discovery of the soliton self-frequency shift// Optics Letters. 1986. V. 11. № 10. P. 659-661.

71. Wai P.A., Chen H.H., Lee Y.C. Radiations by "solitons" at the zero group-dispersion wavelength of single-mode optical fibers// Phys. Rev. A. 1990. V. 41. P. 426-439.

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

73. Zheltikov A.M. Multimode guided-wave non-3omega third-harmonic generation by ultrashort laser pulses// J. Opt. Soc. Am. B. 2005. V. 22. P. 22632269.

74. Skryabin D.V., Luan F., Knight J.C., Russell P.St.J. Soliton Self-Frequency Shift Cancellation in Photonic Crystal Fibers// Science. 2003. V. 301. P. 17051708.

75. Hasegawa A., Matsumoto M. Optical Solitons in Fibers// Springer, Berlin, 2003.

76. Agrawal G P Nonlinear Fiber Optics, 3rd ed. (San Diego, CA: Academic, 2001)

77. Liu X., Xu C., Knox W.H., Chandalia J.K., Eggleton В .J., Kosinski S.G., Windeler R.S. Soliton self-frequency shift in a short tapered air-silica microstructure fiber//Optics Letters. 2001. V. 26. P. 358-360.

78. Serebryannikov E.E., Zheltikov A.M., Ishii N., Teisset C.Y., K'hler S., Fuji Т., Metzger Т., Krausz F., Baltuoka A. Soliton self-frequency shift of 6-fs pulses in photonic-crystal fibers// Applied Physics B. 2005. V. 81. P. 585-588.

79. Teisset C.Y., Ishii N., Fuji Т., Metzger Т., IChler S., Holzwarth R„ Baltuoka A., Zheltikov A.M., Krausz F. Soliton-based pump-seed synchronization for few-cycle OPCPA// Optics Express. 2005. V. 13. P. 6550-6557.

80. Gordon J.P. Theory of the soliton self-frequency shift// Optics Letters. 1986. V. 11. P. 662-664.

81. Серебрянников E.E., Xy M., Ли Я., Ванг Ч., Ванг Ж., Чай Л., Желтиков A.M. Ускорение солитонного сдвига частоты в режиме предельно коротких световых импульсов// Письма ЖЭТФ. 2005. V. 81. Р. 605-609.

82. Serebryannikov Е.Е., Zheltikov A.M. Diffraction-arrested soliton self-frequency shift of few cycle laser pulses in a photonic-crystal fiber // Physical Review E. 2006. V. 73. № 6. P. 066617(1)-066617(4).

83. Mamyshev P.V., Chernikov S.V. Ultrashort-pulse propagation in optical fibers//Optics Letters. 1990. V. 15. P. 1076-1078.

84. Kibler В., Dudley J.M., Coen S. Supercontinuum generation and nonlinear pulse propagation in photonic crystal fiber: influence of the frequency-dependent effective mode area// Applied Physics B. 2005. V. 81. P. 337-342.

85. Santhanama J., Agrawal G.P. Raman-induced spectral shifts in optical fibers: general theory based on the moment method// Optics Communications. 2003. V. 222. P. 413-420.

86. Черенков П.А. Видимое свечение чистых жидкостей под действием g-радиации, //Докл. АН СССР. 1934.Т. 2. С.451-457.

87. Вавилов С.И. О возможных причинах синего 1-свечения жидкостей //Докл. АН СССР. 1934. Т. 2. С.457-461.

88. Pollock C.R. Fundamentals of optoelectronics// (Richard D Irwin, 1994)

89. Желтиков A.M. Дырчатые волноводы// Успехи Физических Наук. 2000. Т. 170, №11, С. 1203-1215.

90. Konorov S.O., Zheltikov A., Scalora М. Photonic-crystal fiber as a multifunctional optical sensor and sample collcctor//Optics Express. 2005. V. 13. P. 3454-3459.

91. Shahraam A.V., Ruan Y., Warren-Smith S.C., Monro T.M. Enhanced fluorescence sensing using microstructured optical fibers: a comparison of forward and backward collection modes// Optics Letters. 2008. V. 33. P. 1473-1475.

92. Villatoro J., Minkovich V.P., Pruneri V., and Badenes G. Simple all-microstructured-optical-fiber interferometer build via fusion splicing// Optics Express. 2007. V.15. P. 1491-1496.

93. Желтиков A.M. Развитие технологии фотонно-кристаллических световодов в России// Российские нанотехнологии. 2007. Т. 2. № 1. С. 70-78.

94. Раутиан С.Г. Физическая оптика фотонных кристаллов// Оптика и спектроскопия. 2008. Т. 104. №1. С. 122-130.

95. BirksT.A., LuanF., Pearce G.J., Wang A., Knight J.С., and Bird D.M. Bend loss in all-solid bandgap fibres //Optics Express. 2006. V. 14. №12. P. 56885698.

96. Varshney S.K. and Sinha R.K. Spectral Response of Bend Loss Photonic Crystal Fibers//Laser Physics. 2004. V.14. № 5. P. 756-759.

97. Olszewski J., Szpulak M., Urbanczyk W. Effect of coupling between fundamrntal and cladding modes on bending losses photonic crystal fibers// Optics Express. 2005. V. 13. №.16. P. 6015-6022.

98. Villatoro J. and Monzon-Hernandez D. Fast detection of hydrogen with nano-fiber tapers coated with ultra thin palladium layers// Optics Express. 2005. V. 13. P. 5087-5092.

99. Fini J.M. Microstructure fibers for optical sensing in gases and liguids// Meas.Sci.Technol. 2004. V. 15. P. 1120-1128.

100. Jung Y., Brambilla G., and Richardson D.J. Comparative study of the effective single mode operational bandwidth in sub-wavelenght optical wires and conventional single-mode fibers// Optics Express. 2009. V. 17. №19. P. 1661916624.

101. Saitoh K., Tsuchida Y., Koshida M. and Mortensen N.A. Ehdlessly singlemode holey fibers: the influence of core design// Optics Express. 2005. V.13.1. P. 10833-10839.

102. Fedotov I.V., Fedotov А.В., and Zheltikov A.M. Raman-resonance-enhanced composite nonlinearity of air-guided modes in hollow photonic-crystal fibers Optics Letters. 2006. V. 31. №17. P. 2604-2606.

103. Laegsgaard J., Mortensen N.A., Riishede J., and Bjarklev A. Material effects in air-guiding photonic bandgap fibers// J. Opt. Soc. Am. B. 2003. V. 20. P. 20462051.

104. Eesley G.L. Coherent Raman Spectroscopy (Pergamon, 1981).

105. Miles R.B., Laufer G., Bjorklund G.C. Coherent anti-Stokes Raman scattering in a hollow dielectric waveguide// Appl. Phys.Lett. 1977. V. 30. P. 417-419.

106. Федотов И.В., Федотов А.Б., Кондратьев Ю.Н., Шевандин B.C., Дукельский К.В., Хохлов А.В., Желтиков A.M. Нелинейно-оптическая спектронаноскопия световодных микроструктур// Российские нанотехнологии. 2007. Т. 2. № 1-2. С. 140-144.

107. Duan X., Huang Y., Cui Y., Wang J., and Lieber C.M. Indium phosphide nanowires as building blocks for nanoscale electronic and optoelectronic devices// Nature. 2001. V. 409. P. 66-69.

108. Huang M.H., Mao S., Feick H., Yan H., Wu Y., Kind H., Weber E., Russo R., and Yang P. Room-Temperature Ultraviolet Nanowire Nanolasers// Science. 2001. V. 292. P. 1897-1899.

109. Johnson J.C., Yan H.Q., Schaller R.D., Petersen P.B., Yang P.D., and Saykally R.J. Near-Field Imaging of Nonlinear Optical Mixing in Single Zinc Oxide Nanowires//Nano Lett. 2002. V. 2. P. 279-283.

110. Foster M.A., Gaeta A.L., Cao Q., and Trebino R. Soliton-effect compression of supercontinuum to few-cycle durations in photonic nanowires// Optics Express. 2005. V. 13. P. 6848-6855.

111. Shen Y.R. The Principles of Nonlinear Optics (Wiley, 1984).

112. Shen Y.R. and Bloembergen N. Theory of Stimulated Brillouin and Raman Scattering//Phys. Rev. 1965. V. 137. P. A1787-A1805.

113. Boskovic A., Chernikov S.V., Taylor J.R., Gruner-Nielsen L., and Levring O.A. Direct continuous-wave measurement of n2 in various types of telecommunication fiber at 1.55 цт// Optics Letters. 1996. V. 21. P. 1966-1968.

114. Федотов И.В., Федотов А.Б., Желтиков A.M. Нелинейно-оптическое преобразование наносекундных лазерных импульсов и управляемая генерация суперконтинуума в микроструктурированных световодах //ЖЭТФ. 2007. Т. 132. № 5. С. 1017-1025.

115. Janata J. Principles of Chemical Sensors (New York, Plenum, 1989).

116. Menzel E.R. Laser Spectroscopy: Techniques and Applications (New York, Marcel Dekker, 1995).

117. Petrov K.P., Curl R.F. and Tittel F.K. Compact laser difference-frequency spectrometer for multicomponent trace gas detection// Appl. Phys. B. 1998. V. 66. P. 531-538.

118. Risby Т.Н. and Solga S.F. Current status of clinical breath analysis// Appl. Phys. B. 2006. V. 85. P. 421-426.

119. Thorpe M.J., Balslev-Clausen D., Kirchner M.S., and Ye J. Cavity-enhanced optical frequency comb spectroscopy: application to human breath analysis// Optics Express. 2008. V. 16. P. 2387-2397.

120. Prasad P.N. Introduction to Biophotonics (Hoboken, New Jersey, Wiley, 2003).

121. Ligler F.S. and Rawe-Taitt C.A. Optical Biosensors: Present and Future (Amsterdam, Elsevier, 2008)

122. Tajima T. and Mourou G. Zettawatt-exawatt lasers and their applications in ultrastrong-field physics// Phys. Rev. ST Accel. Beams. 2002. V. 5. P. 031301(1)-031301(9).

123. Furusawa K., Malinowski A., Price J., Monro Т., Sahu J., Nilsson J., and Richardson D. Cladding pumped Ytterbium-doped fiber laser with holey inner and outer cladding// Optics Express. 2001. V. 9. P. 714-720.

124. Roser F., Eidam Т., Rothhardt J., Schmidt O., Schimpf D.N., Limpert J., and Tunnermann A. Millijoule pulse energy high repetition rate femtosecond fiber chirped-pulse amplification system// Optics Letters. 2007. V. 32. P. 3495-3497.

125. Genty G., Ritari Т., Ludvigsen H. Supercontinuum generation in large mode-area microstructured fibers// Optics Express.2005. V. 13. № 21. P.8625-8633.

126. Dudovich N., Oron D., and Silberberg Y. Single-pulse coherently controlled nonlinear Raman spectroscopy and microscopy// Nature. 2002. V. 418. P. 512-514.

127. Hell S.W. Toward fluorescence nanoscopy// Nature Biotech. 2003. V. 21. P. 1347-1355.

128. Ахманов С.А., Коротеев Н.И. Методы нелинейной оптики в спектроскопии рассеяния света (Наука, Москва, 1981).

129. Krishnamachari V.V. and Potma Е.О. Detecting lateral interfaces with focus-engineered coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy// J. Raman Spectroscopy. 2008. V. 39. P. 593-598.

130. Schulz E., Binhammer T., Steingrube D.S., Rausch S., Kovacev M. and Morgner U. Intense few-cycle laser pulses from self-compression in a self-guiding filament // Applied Physics B: Lasers and Optics. 2009. V. 95. № 2. P. 269-272.

131. Eidam T., Roser F., Schmidt O., Limpert J., Tunnermann A. 57W, 27 fs pulses from a fiber laser system using nonlinear compression// Appl. Phys. B. 2008. V. 92. P. 9-12.

132. Luan F., George A.K., Hedley T.D., Pearce G.J., Bird D.M., Knight J.C., Russell P.StJ. All-solid photonic bandgap fiber// Optics Letters. 2004. V. 29. P. 2369-2371.

133. Zheltikov A.M. Phase-matched four-wave mixing of guided and leaky modes in an optical fiber// Optics Letters. 2008. V. 33. P. 839-384.

134. Fedotov A.B., Voronin A.A., Fedotov I.V., Ivanov A.A., and Zheltikov A.M. Powerful wavelength-tunable ultrashort solitons in a solid-core photonic-crystal fiber// Optics Letters. 2009. V. 34. № 6. P. 851-853.

135. Kane D. and Trebino R. Characterization of arbitrary femtosecond pulses using frequency-resolved optical gating// IEEE J. Quantum Electron. 1993. V. 29. №2. P. 571-579.

136. Voronin A.A., Fedotov I.V., Fedotov A.B., and Zheltikov A.M. Spectral interference of frequency-shifted solitons in a photonic-crystal fiber //Optics Letters. 2009. V. 34. № 5. P. 569-571.

137. Brabec T. and Krausz F. Intense few-cycle laser fields: Frontiers of nonlinear optics// Rev. Mod. Phys. 2000. V. 72. P. 545-591.

138. Zhavoronkov N. and Korn G. Generation of Single Intense Short Optical Pulses by Ultrafast Molecular Phase Modulation// Phys. Rev. Lett. 2002. V. 88. P. 203901(1)- 203901(4).

139. Berge L., Skupin S., Nuter R., Kasparian J., and Wolf J.-P. Ultrashort filaments of light in weakly ionized, optically transparent media // Rep. Prog. Phys. 2007. V. 70. P. 1633-1713.

140. Dudley J.M., Genty G., and Coen S. Supercontinuum generation in photonic crystal fiber// Rev. Mod. Phys. 2006. V. 78. P. 1135-1184.

141. Schenkel В., Paschotta R., and Keller U. Pulse compression with supercontinuum generation in microstructure fibers// J. Opt. Soc.Am. B. 2005. V. 22. P. 687-693.

142. Желтиков A.M. Да будет белый свет: генерация суперконтинуума сверхкороткими лазерными импульсами// УФН. 2006. V. 176. Р. 623-649.

143. Ivanov A.A., Podshivalov A.A., and Zheltikov A.M. Frequency-shifted megawatt soliton output of a hollow photonic-crystal fiber for time-resolvedcoherent anti-Stokes Raman scattering microspectroscopy//Optics Letters. 2006. V. 31. P. 3318-3320.

144. Benabid F., Biancalana F., Light,P. S., Couny F., Luiten A., Roberts P.J., Peng J. and Sokolov A.V. 2008. Fourth-order dispersion mediated solitonic radiations in HC-PCF cladding// Optics Letters. 2008. V. 33 P. 2680-2682.

145. Fedotov A.B., Voronin A.A., Fedotov I.V., Ivanov A.A., and Zheltikov A.M. Spectral compression of frequency-shifting solitons in a photonic-crystal fiber// Optics Letters. 2009. V. 34. P. 662-664.

146. Evans C.L. and Xie X.S. Coherent Anti-Stokes Raman Scattering Microscopy: Chemical Imaging for Biology and Medicine// Annu. Rev. Anal. Chem. 2008. V. l.P. 883-909.

147. Andresen E.R., Birkedal V., Thogersen J., and Keiding S.R. Tunable light source for coherent anti-Stokes Raman scattering microspectroscopy based on the soliton self-frequency shift// Optics Letters. 2006. V. 31. P. 1328-1330.

148. Sidorov-Biryukov D.A., Serebryannikov E.E., and Zheltikov A.M. Time-resolved coherent anti-Stokes Raman scattering with a femtosecond soliton output of a photonic-crystal fiber// Optics Letters. 2006. V. 31. P. 2323-2325.

149. Limpert J., Gabler T., Liem A., Zellmer H., and Tiinnermann A. SPM-induced spectral compression of picosecond pulses in a single-mode Yb-doped fiber amplifier// Appl. Phys. B. 2002. V. 74. P. 191-195.

150. Cundiff S.T., Collings B.C., Boivin L., Nuss M.C., Bergman K., Knox W.H., and Evangelides S.G. Propagation of Highly Chirped Pulses in Fiber-Optic Communications Systems//J. Lightwave Technol. 1999. V. 17. P. 811-816.

151. Oberthaler M. and Hopfel R.A. Special narrowing of ultrashort laser pulses by self-phase modulation in optical fibers// Appl. Phys. Lett. 1993. V. 63. P. 10171019.

152. Planas S.A., Pires Mansur N.L., Brito Cruz C.H., and Fragnito H.L. Spectral narrowing in the propagation of chirped pulses in single-mode fibers// Optics Letters. 1993. V. 18. P. 699-701.

153. Washburn B.R, Buck J.A, Ralph S.E. Transform-limited spectral compression due to self-phase modulation in fibers// Optics Letters. 2000. V. 25. P. 445-447.

154. Andresen E.R., Thngersen J., and Keiding S.R., Spectral compression of femtosecond pulses in photonic crystal fibers// Optics Letters. 2005. V. 30. P. 20252027.

155. Rusu M. and Okhotnikov O.G. All-fiber picosecond laser source based on nonlinear spectral compression// Appl. Phys. Lett. 2006. V. 89. P. 091118(1)-091118(3).

156. Voronin A.A. and Zheltikov A.M. Soliton self-frequency shift decelerated by self-steepening// Optics Letters. 2008. V: 33. P. 1723-1725.

157. Lucek J.K. and Blow K.J. Soliton self-frequency shift in telecommunications fiber// Phys. Rev. A. 1992. V. 45. P. 6666-6674.

158. Ahmad I., Trushin S.A., Major Z., Wandt C„ Klingebiel S„ Wang T.-J., Pervak V., Popp A., Siebold M., Krausz F., Karsch S. Frontend light source for short-pulse pumped OPCPA system// Applied Physics B: Lasers and Optics. 2009. V. 97. P. 529-536.

159. Ligler F.S. and Rawe-Taitt С.А. Optical Biosensors: Present and Future (Amsterdam, Elsevier, 2008)

160. Иванов A.A., Алфимов M.B., Желтиков A.M. Фемтосекундные импульсы в нанофотонике// УФН. 2004. Т. 174. С. 743-763.

161. Желтиков A.M. Микроструктурированные световоды в оптических технологиях (Москва, Наука, 2008).

162. Monro T.M., Richardson D.J., and Bennett P.J. Developing holey fibres for evanescent field devices// Electron. Lett. 1999. V. 35. P. 1188-1189.

163. Rindorf L., Jensen J.B., Dufva M., Pedersen L.H., Hoiby P.E., and Bang O. Microstructured-core optical fibre for evanescent sensing applications// Optics Express. 2006. V. 14. P. 8224-8231.

164. Cordeiro C.M.B., Franco M.A.R., Chesini G., Barretto E.C.S., Lwin R., Brito Cruz C.H., and Large M.C.J. Optics Express. 2006. V. 14. P. 13056-13066.

165. Jensen J., Hoiby P., Emiliyanov G., Bang O., Pedersen L., and Bjarklev A. Selective detection of antibodies in microstructured polymer optical fibers// Optics Express. 2005. V. 13. P. 5883-5889.

166. Hoo Y.L., Jin W., Ho H.L., Wang D.N., and Windeler R.S. Evanescent-wave gas sensing using microstructure fiber// Opt. Eng. 2002. V. 41. P. 8-9.

167. Hoo Y.L., Jin W., Shi C., Ho H.L., Wang D.N., and Ruan S.C. Design and Modeling of a Photonic Crystal Fiber Gas Sensor// Applied Optics. V. 42. P. 35093515.

168. Pickrell G., Peng W., and Wang A. Random-hole optical fiber evanescent-wave gas sensing// Optics Letters. 2004. V. 29. P. 1476-1478.

169. Eggleton B., Kerbage C., Westbrook P., Windeler R., and Hale A. Microstructured optical fiber devices// Optics Express. 2001. V. 9. P. 698-713.

170. Litchinitser N.M. and Poliakov E. Antiresonant guiding microstructured optical fibers for sensing applications// Appl. Phys. B. 2005. V. 81. P. 347-351.

171. Ritari T., Tuominen J., Ludvigsen H., Petersen J., Sorensen T., Hansen T., and Simonsen H. Gas sensing using air-guiding photonic bandgap fibers// Optics Express. 2004. V. 12. P. 4080-4087.

172. Zheltikov A.M. Ray-optic analysis of the (bio)sensing ability of ring-cladding hollow waveguides// Applied Optics. 2008. V. 47. P. 474-479.

173. Alfimov M.V., Zheltikov A.M. The figure of merit of a photonic-crystal fiber beam delivery and response-signal collection for nanoparticle-assisted sensor arrays//Laser Phys. Lett. 2007. V. 4. P. 363-367.

174. Желтиков A.M. Цвета тонких пленок, антирезонансные явления в оптических системах и предельные потери собственных мод полых световодов//Успехи физических наук. 2008. V. 178. Р. 619-629.

175. Fedotov А.В., Konorov S.O., Mitrokhin V.P., Serebryannikov E.E., and Zheltikov A.M. Coherent anti-Stokes Raman scattering in isolated air-guided modes of a hollow-core photonic-crystal fiber// Phys. Rev. A. 2004. V. 70. P. 045802(l)-045802(4).

176. Snyder A.W. and Love J.D. Optical Waveguide Theory (London, U.K.: Chapman Hall, 1983).

177. Zheltikov A.M. Gaussian-mode analysis of waveguide-enhanced Kerr-type nonlinearity of optical fibers and photonic wires// J. Opt. Soc. Am. B. 2005. V. 22. P. 1100-1104.

178. Walrafen G.E. and Stone J. Intensification of Spontaneous Raman Spectra by Use of Liquid Core Optical Fibers// Applied Spectroscopy. 1972. V. 26. P. 585589.

179. Fedotov I.V., Fedotov A.B., Doronina L.V., and Zheltikov A.M. Enhancement of guided-wave two-photon-excited luminescence response with a photonic-crystal fiber// Applied Optics. 2009. V. 48. № 28. P. 5274-5279.

180. Zipfel W.R., Williams R.M., and Webb W.W. Nonlinear magic: multiphoton microscopy in biosciences//Nature Biotechnol. 2003. V. 21. P. 1369-1377.

181. Bhawalkar J.D., Kumar N.D., Zhao C.-F., and Prasad P.N. Two-photon photodynamic therapy// J. Clin. Lasers Med. Surg. 1997. V. 15. P. 201-204.

182. Fisher W.G., Partridge W.P. Jr., Dees C., and Wachter E.A. Simultaneous two-photon activation of type-I photodynamic therapy agents// Photochem. Photobiol. 1997. V. 66. P. 141-155.

183. Ye J.Y., Myaing M.T., Norris T.B., Thomas T. and Baker J. Jr. Biosensing based on two-photon fluorescence measurements through optical fibers// Optics Letters. 2002. V. 27. P. 1412-1414.

184. Chalfie M., Tu Y., Euskirchen G., Ward W.W., and Prasher D.C. Green fluorescent protein as a marker for gene expression// Science. 1994. V. 263. P. 802-805.