Нестационарные оптические поля и процессы их взаимодействия с конденсированным веществом тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

На правах рукопису

, , , .“Для службового користування” екз. N ¿ґь

ОВЕЧКО ВОЛОДИМИР СЕРГІЙОВИЧ,

Індекс УДК 535.3

НЕСТАЦІОНАРНІ ОПТИЧНІ ПОЛЯ ТА ПРОЦЕСИ !х ВЗАЄМОДІЇ З

• КОНДЕНСОВАНОЮ РЕЧОВИНОЮ

01.04.05 -оптика, лазерна фізика

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня доктора фізико-матемагичних наук

Київ-1998

Дисертацією е рукопис

Робота виконана в Київському університеті імені Тараса Шевченка

доктор, фізикатмагематичних наук, -- . . - ... Степанович

професор Київського університету

Офіційні опоненти:

доктор фізико-математичних наук, Кочелап Вячеслав

Інститут фізики напівпровідників Олександрович

НАН України, завідувач відділенням, професор

доктор фізико-математичних наук, Павлик Борис

НТЦ “Сонар” НАН України, Дмитрович

провідний науковий співробітник

доктор фізико-математичних наук, Тихонов Євген

Інститут фізики НАН України, Олександрович

провідний науковий співробітник, професор *

Провідна установа: Інститут фізичної оптики Міністерства освіти України.

Захист відбудеться 199 и р. о ^годині на засіданні

спеціалізованої вченої радаД2б!ооТ.24

при Київському університеті імені Тараса Шевченка за адресою:

252650 МСП, Київ-22, проспект Академіка Глушкова.6.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського університету імені Тараса Шевченка .

Автореферат розісланий “Д<$~ ' .

Науковий консультант: академік НАН України,

Горбань Іван

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

Охрименко Б.А.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Експериментальні методи досліджень нестаціонарних властивостей об’єктів у фізиці, хімії, біології і т.і. спираються на дві основі методики. Одна з яких полягає у дослідженні реакції об’єктів на дію квазімонохроматичного випромінювання, частота якого повільно змінюється у часі (оптична спектроскопія) і іншої, у якої вивчається взаємодія об’єкта з імпульсним оптичним випромінюванням (нестаціонарна спектроскопія). Обидві методики, якщо їх застосовують до лінійних процесів, дають однакові результати. Проте саме остання дає змогу визначити часові релаксаційні сталі прямим методом.

Методи нестаціонарної спектроскопії грунтуються на застосуванні імпульсних лазерів. Розвиток імпульсної лазерної техніки в останні десятиріччя поступово охопив наносекундний (10‘7- ІО'10) с, пікосекундний (10'10-Ю'13) с, і нарешті фемтосекундний (10'13... Ю"15) с часові діапазони. Це відбувалося на протязі 60/70 -х , 70/80-х, 80/90-х років відповідно. Лазери наносекундних імпульсів були використані для вимірювання часу життя збуджених електронних станів атомів і молекул газів, молекулярних та напівпровідникових кристалів, деяких барвників, і т.і. Винахід лазерів з синхронізованими модами поклав початок етапу освоювання пікосекундного часового діапазону. В свою чергу, це призвело до розвитку нестаціонарної спектроскопії коливальних станів молекул у рідині і твердому тілі, зокрема, нелінійної спектроскопії. Останній етап розвитку засобів генерування оптичних імпульсів надкороткої тривалості, який подолав межу, що відділяла квазіхроматичну оптику від надширокосмугової, припадає на кінець 80-х -початок 90-х років. Саме тоді були експериментально досліджені схеми лазерів з синхронізованими модами і імпульсами, які зіштовхуються в нелінійному середовищі, а також інші нелінійно-оптичні схеми для формування фемтосекундних оптичних імпульсів. Тривалість таких імпульсів достатня для вимірювання часу внутрішньозонній релаксації у напівпровідниках, дослідження проміжних продуктів хімічних реакцій і т.і. Нові перспективи з’явилися і у традиційних областях: лазерній мікротехнології, оптичному записі та зчитуванні інформації, зв’язку і т.і. Прикладне значення лазерних імпульсних джерел надкороткої тривалості в сучасних технологіях і техніці є відомим і не потребує особливих доказів.

Експериментальне освоєння фемтосекундного часового діапазону викликало перехід від класичної квазімонохроматичної оптики до надширокосмугової, для якої наближення, коли амплітуди оптичних сигналів змінюються повільно, вже не виконується. Крім того, оптичний імпульс не можна подати у вигляді добутку амплітуди, яка повільно залежить від часу, і

швидко осцшпоючого множника, аргументом якого є фаза оптичного сигналу. Треба було запропонувати доцільний метод теоретичного представлення надширокосмугових оптичних сигналів (HOC), навести приклади його застосування.

Інша проблема, яку треба було розв’язати, пов’язана з виробленням критерію існування класичного HOC, коли його можна описати в термінах класичної оптики - залежності амплітуди від часу - в загальному вигляді цю проблему розв’язує співвідношення невизначеностей Гейзенберга. Але воно не враховує форму оптичного імпульсу, тим більше якщо цей імпульс -надширокосмуговий. Такті чином, треба було поширити ці співвідношення на конкретні об’ екти оптики - HOC. •*

». З часу винайдення лазера, зокрема імпульсного, було виявлено і досліджено велику кількість явищ, які виникають в процесі поширення потужного лазерного випромінювання в конденсованій речовині. Проте майже в усіх прозорих речовинах під дією потужних лазерних імпульсів піко- та фемтосекундної тривалості виникає широкосмугове вторинне випромінювання, так званий “пікосекундний спектральний континуум”. Щодо природи цього явища, існували різні точки зору. Але це не заважало широко застосувати його в нестаціонарній спектроскопії як джерела зондуючого випромінювання. Треба було розробити загальний механізм цього явшца, дія якого б незначною мірою залежала від властивостей конденсованої речовини.

Для дослідження поведінки нерівноважних носіїв заряду у більшості напівпровідниках достатньо використовувати лазери наносекундних імпульсів. Саме лазерні методи збудження і зондування напівпровідників є, по-перше, неруйнівнимн, а по-друге, оперативними. Тому вони є найбільш придатними для діагностування якості матеріалів для мікро- та оптоелектроніки.

Отже актуальність роботи зумовлена необхідністю внести ясність в обгрунтування і розвиток оптики надширокосмугових сигналів для її подальшого розвитку як складової частини лазерної фізики та застосуванню в технології та діагностичній техніці.

Мета дослідження полягала:

- у встановленні фундаментальних засад оптики надширокосмугових сигналів;

- в з’ясуванні механізму виникнення надширокосмугового світіння, яке виникає у конденсованій речовині під дією потужного лазерного випромінювання пікосекундної тривалості;

з

- в розробці нестаціонарних неруйнівних лазерних методів діагностики напівпровідникових матеріалів.

Наукова новизна роботи полягає в наступному:

• вперше запропоновано теоретичну методику представлення оптичних надширокосмугових імпульсів і застосовано для розв’язку типових задач класичної оптики;

• вперше запропоновано квантовий критерій подання оптичних імпульсних сигналів у термінах класичної оптики;

• виявлено загальний гальмівний механізм генерації вторинного випромінювання, яке виникає під дією потужного лазерного імпульсу надкороткої тривалості на деякі конденсовані речовини;

• запропоновано новий метод формування цугу імпульсів надкороткої тривалості , який полягає у параметричній генерації когерентних ВКР-компонентів та їх інтерференції;

• запропоновано удосконалену інтерференційну нестаціонарну методику дослідження напівпровідникових матеріалів на основі лазерного збудження і зондування нерівноважних носіїв заряду.

Практична цінність роботи. Запропоновано:

- методику теоретичного опису надширокосмугових оптичних сигналів, яка є необхідною для інтерпретації експериментів з фемтосекунднимн оптичними імпульсами;

- нові нелінійно-оптичні методи формування оптичних імпульсів надкороткої тривалості;

- вдосконалену нелінійну кореляційну методику дослідження оптичних імпульсів надкороткої тривалості;

- неруйнівний лазерний інтерференційний метод дослідження дифузії та часу релаксації нерівноважних носіїв заряду у напівпровідниках;

- вдосконалену лазерну методику дослідження розподілу оптичних сталих на поверхні твердого тіла;

Практична цінність підтверджена 8 винаходами за темою дисертаційної роботи.

Апробація роботи. Основні результати, викладені в дисертації доповідались на конференціях: IV, V, VI Всесоюзные конференции

«Оптика лазеров», Ленинград, 1984, 1985, 1990, V Всесоюзная конференция “Фотометрия и ее метрологическое обеспечение», Москва 1984, 111

Всесоюзный симпозиум «Световое эхо и когерентная спектроскопия», Харьков, 1985, Ш, IV Всесоюзные конференции по комбинационному рассеянию света Душанбе, Ужгород, 1986, 1989, Международная

конференция по физике плазмы, Киев, 1987, Международный симпозиум

«Сверхбыстрые процессы в спектроскопии» Вильнюс, 1987, IX Вавиловская конференция по нелинейной оптике, Новосибирск, 1987, V1,V111 Всесоюзные конференции по взаимодействию оптического излучения с веществом, Ленинград, 1988, 1990, XX Всесоюзный съезд по спектроскопии, Киев, 1988, XI11, XIV Международные конференции по когерентной и нелинейной оптике, Минск, Ленинград, 1988,1991, Міжнародна конференція "Голография, когерентная оптика и регистрирующие среды”, Черновцы, 1993. “MRS Meeting 1995”, San Francisco, USA, “CLEO-96”, Hamburg, FRG, SP1E Meetings OPTDIM'95'97, Київ, 1995, 1997, X-Xlll Республіканські школи-семінари “Спектроскопія молекул та кристалів”, Суми, Кам’янець-Подільський, Ніжин 1991,1993,1995,1997.

Публікації: основні результати дисертаційної роботи опубліковані в 26 статтях у наукових виданнях, матеріалах (тезах) 17 конференцій, описах 8 винаходів.

Структура та обсяг дисертаиії. Дисертація складається з вступу, п’яти розділів, заключения, п’яти додатків, списку цитованої літератури з 235 джерел. Робота викладена на 255 сторінках (разом з рисунками та цитованою літературою), містить 55 рисунків.

Особистий внесок здобувана:

- запропоновано теоретичну модель надширокосмугових оптичних імпульсів;

- запропоновано критерій класнчності надширокосмугових оптичних імпульсів;

- запропоновано методи формування оптичних імпульсів надкороткої тривалості;

- запропоновано нові модифіковані методи лазерного зондування конденсованої речовини;

- автору належить провідна роль в написанні статей та винаходів;

- разом із співробітниками брав участь у постановці та виконанні всіх експериментів, їх обробці, обговоренні;

- особисто доповідав на наукових зібраннях основні результати.

Результати досліджень, зокрема, викладені в розділах 3,4, опубліковані в наукових працях разом зі співавторами. Особистий внесок полягав в постановці експериментальних досліджень і теоретичних розрахунків для обгрунтування механізму гальмівного випромінювання електронів плазми лазерного пробою. В розділі 4 - це кореляційна методика дослідження

фемтосекундних імпульсів, розрахунок розподілу амплітуд спектральних мод та їх інтерференції.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність теми дисертації, визначена новизна і практична цінність роботи, мета досліджень, приведено інформацію про апробацію роботи та особистий внесок автора, викладено короткий зміст роботи.

У першому роздт поданий аналітичний огляд методів генерації та дослідження оптичних імпульсів надкороткої тривалості, а також деяких процесів їх взаємодії з речовиною. Зокрема, визначено поняття нестаціонарності оптичних полів, яке може бути зв’язане як з параметрами взаємодії з речовиною, так і шириною смуги частот оптичного сигналу. Майже всі дослідження до середини 80-х років виконані для оптичних сигналів у квазімонохроматкчному наближенні. Можна виділити лише теоретичну роботу Зомерфельда А. і Бріллюена Л. на початку сторіччя , де вони розв’язали не зовсім реалістичну задачу поширення стрибка амплітуди у диспергуючому середовищі. Майже вся класична оптика (і квантова електроніка) грунтується на квазімонохроматичному наближенні. Першими це наближення спробували порушити спеціалісти в області надширокосмугових радіолокаційних систем. В НВЧ діапазоні вважається, що надширокосмуговими є електромагнітні поля, смуга частот яких досягає 25% від несучої частоти. Для сантиметрового діапазону довжин хвиль - це імпульсні поля тривалістю 10'9с, для оптики - 10‘14с. Такі поля вже не можна подати у звичайному вигляді як добуток амплітуди, яка змінюється повільно, на множник, що швидко осцилює. Спроби зберегти цю форму запису для надширокосмугових полів (НШП) не були успішнішії. Треба було розробити інші форми теоретичного представлення НШП. Слід зазначити, що експериментальні роботи з генерації та формування оптичних імпульсів фемтосекундного діапазону тривалостей наприкінці 80-х початку 90-х років випереджали теоретичні дослідження в цій галузі.

Тільки на початку 90-х років з’явились перші роботи Беленова Е. і Назаркіна А., в яких розглянуто взаємодію оптичного імпульсу з дворівневою системою поза наближенням амплітуд, що змінюються повільно. Далі проаналізовано роботи про взаємодію надкоротких оптичних імпульсів з речовиною, які виконані у 90-х роках.

б

Інша проблема — це експериментальна розробка лазерних джерел когерентних оптичних НШП: від методів синхронізації мод в лазерах до нелінійно-оптичних схем формування такого роду імпульсів. Ці роботи тривають

і зараз. Наступна проблема - це дослідження форми і тривалості надкоротких оптичних імпульсів. Аналіз робіт цього напрямку свідчить, що корреляційні нелінійно-оптичні методи є найбільш придатними для реєстрації НШП.

Далі зроблено аналітичний огляд результатів дослідження явища “пікосекундного спектрального континуума”. Показано, що жоден з запропонованих механізмів не є достатньо універсальним, щоб пояснити існування ефекту в різних за властивостями речовинах.

Імпульсні лазерні джерела широко застосовуються в дослідженнях властивостей речовини методами “збудження-зондування”, зокрема, напівпровідників. Але більшість методик не забезпечували достатньої чутливості і швидкодії вимірів одночасно.

Другий роздиі присвячений розгляду нестаціонарних оптичних полів поза квазімонохроматичного наближення. У граничному випадку, коли ширина спектру імпульсу досягає його центральної (“несучої”) частоти, можна говорити про оптичний відеоімпульс (ОВ).

Перш за все, треба було відповісти на запитання: яким вимогам повинні задовольняти параметри ОВ для того, щоб він міг бути визначений у термінах класичної оптики? Загальний підхід до цього питання відомий. Кількість фотонів в одній моді повинна значно перевищувати одиницю. Треба було зв’язати цей параметр з енергією V/, тривалістю т і формою ОВ ^). Це зроблено для певної форми імпульсу у другому розділі і для довільної форми ОВ у додатку Б. Обмеження накладаються на “параметр невизначеності” ті- /Г1 тЖ

7>44 + і0Хл'пт>^--------

(і)

де ^ - індекс найбільшої частоти сотах = (4 + 4/0)— > ЯКУ треба

т

враховувати для відтворення форми ОВ,

_ кщькість фотонів в моді, яка забезпечує необхідну точність відтворення фази коливання.

°1 + 4у - Д2 + 4_Г‘ амплітуди Фур’є ОВ.

Якщо покласти j0=2, {N mm ) =50, то отримаємо умову ті>1,8-10\ Так,

якщо т=10'|5с, то ,8-10і-/г /т2 = 1,8 Вт. Таким чином, перехід до більш коротких тривалосте» вимагатиме все більших потужностей та енергій ОВ.

Вихід за межі квазімонохроматичного наближення призводить до необхідності пошуку нової форми теоретичного опису нестаціонарних оптичних сигналів (одномірних) і полів (багатовимірних). Це, в першу чергу, стосується фемтосекундних імпульсів в оптиці, які відповідають терміну оптичні відеоімпульси. Якщо і вимірювати в фемтосекундах (10'15) с, то довжина імпульсу Ь (в мікронах) дорівнює: Ь=0,3-т. Вже для ОВ тривалістю 2 фс його поздовжній розмір дорівнює червоній довжині хвилі гелій-неонового лазера (1=0,63 мкм). В роботі запропонована нова методика. Вона випливає з фізичних вимог до ОВ і є необхідною у математичному значенні. Нехай класичний (не квантовий) ОВ поданий у вигляді:

де 1(1) - форма імпульсу.

Якщо треба зважити на поширення ОВ у просторі, то (2) використовують як початкову умову для розв’язання хвильового рівняння. Функція 1(1) повинна задовольняти наступним вимогам:

1. ОД - неперевна функція.

2.)\гЩь < оо - абсолютно інтегрована функція.

Фізичний зміст першого пункту - відсутність стрибків амплітуди поля у часі. Стрибки поля вимагають великої (до нескінченної) потужності джерела випромінювання. Другий пункт означає скінченнісгь енергії ОВ. З фізичного змісту ОВ випливають і наступні два пункти. Третій пункт означає фінітність ОВ. Цих трьох умов достатньо для представлення функції f(t) у вигляді тригонометричного ряду. Четвертий пункт виходить із вимоги відсутності стрибка в розподілі дифрагованого поля, тому що він пропорційний часовій похідній поля на випромінюючій апертурі. Останній пункт є характерним для оптичних та радіоімпульсів і означає відсутність нульової частоти у спектрі ОВ. З класичної теорії електродипольного

(2)

о

3. f(0)=f(t)=0.

4. f(0)=f(t)=0.

(3)

о

випромінювання випливає відсутність сталої складової електричного поля у хвильовій зоні. Якщо до цих п’ятьох умов додати умову ортогональності, то остаточно можна подати загальний вираз для оптичних імпульсів (додаток А у дисертації):

де а - площа перерізу пучка.

З (4) випливає, що оптичне випромінювання складається з пар протифазних гармонічних сигналів з рівними амплітудами, частоти яких рознесені на 20.=2п/і.

Варто зазначити, що можливий розклад поля (ОВ) по компонентах, рознесених на 40 і т.і. Але вираз (4) є найпростішим і достатнім. В роботі наведені приклади його застосування для опису лазерних імпульсів з синхронізованими модами, квазімонохроматичних, парних і непарних ОВ тощо. На рис.1 подано форму найпростіших ОВ нульового порядку (¡=0) - непарних (1) та парних (2), атакож спектрів (рис.2:1-М=2,2-М=3)

£(і)=£о І {а1+4Дсо5((і + 4у)а/)-со5((3 + 4і)а/)]+

+ а2+4у [соз((2 + 4 j)pt)-соі ((4 + 4/)0/)]},

2 7

де ак = — ] 0. = п!х.

Ео о

Амплітуда поля Е0 визначається загальною енергією ОВ

1/2

-1/2

(5)

Е(0,в.о. 1': 1

2

в о.

О

Рис. 1.

Рис. 2.

Квантові обмеження на параметри ОВ (1) також виведені з застосуванням формул (4,5) (див. додаток Б). Розглянуто задачі поширення ОВ найнижчого порядку (¡=0) у диспергуючому середовищі, дифракції на щілині. Аналітичні вирази для дифрагованого поля одержані в наближенні Фраунгофера. Цікаво те, що критерій Фраунгофера має ту саму форми, що і для квазімонохроматичного сигналу, але замість довжини хвилі X входить величина с-т. На відміну від квазімонохроматичного сигналу, часові і просторові змінні у формулі для дифрагованого поля не розділяються. Для ОВ маємо складний просторово-часовий розподіл. Форма залежить від точки спостереження і, навпаки, розподіл дифрагованого поля змінюється у часі. Розподіл інтенсивності дифрагованого на щілині ОВ Е = ІІт) після

усереднення за час значно більший за його тривалість дорівнює < /(*)>=/0|л/ +1)2 м'пс2[(М + 1>2(*)]+ (м ~ О2 5іпс2[(л/ - 1>2(х)]}/2(м2 +1) (6)

де ср2 (х) = XXД / Г£Г0,

2 А - ширина щілини, г0 - відстань до розподілу поля.

На рис. З подано розподіл (6) для М=2. Якщо М»1, то (6) переходить у звичайне квазімонохроматичне наближення.

Рис.З

Задача поширення ОВ у диспергуючому середовищі розв’язується достатньо просто завдяки її лінійності і можливості застосування перетворення Фур'є.

Наведені вище задачі належать до лінійної оптики відеоімпульсів. В цьому розділі також досліджено поширення стаціонарного оптичного

імпульсу в нелінійному квадратичному середовищі з дисперсією поляритонного типу. Розв’язок одержано без застосування наближення повільно змінюваних амплітуд.

Розглянуто систему трьох рівнянь: хвильового для оптичного поля Е, коливального для амплітуди механічного збудження ті, алгебраїчного для поляризації Р з урахуванням нелінійної складової. Винайдено стаціонарний імпульсний розв’язок - ОВ-солітон

де

£(#)=£<, 5ес/г2(П^ О

(7)

П = -

IV

£0-с2/Vі

с2 IV2 ~£а

1/2

£ї1 - фононна частота,

V - швидкість ОВ - солітону,

є0, £„ -статична і оптична діелектричні проникненості. Умовою існування такого розв’язку є £,оІП <У/с<Є^12 Тривалість імпульсу на піввисоті дорівнює

1І/2

^0 ~єоо

Де

_ 3,52 Г=

Р = — \Х и З я’

(2)

Е,

о >

/?«І

Для кристалу вюрцита гп8: є0=8,3, е,х=5,07, й1=5,71-10ьрад-с'1,

(8)

(9)

=4,5ТО'8 ед. СГСЕ. Для поля Ю3ед.СГСЕ т =5,7 1012с.

Якщо в виразі для поляризації врахувати кубічний член розкладу по полю, то розв’язок так само може бути знайдений. При цьому форма імпульсу (6) змінюється незначною мірою. Одержані.вище результати описують солітонний режим поширення надкоротких імпульсів 14- діапазону у твердих тілах без центра інверсії.

Третій розділ присвячений експериментальним та теоретичним дослідженням взаємодії потужних лазерних імпульсів пікосекундної тривалості з рідиною. Зокрема, починаючи з відомих робіт Альфано Ф. та Шапіро С. 1970 року, коли вони вперше зафіксували надвелике спектральне розширення лазерних імпульсів, проблемі так званого “пікосекувдного спектрального континууму” присвячено багато десятків робіт. Нами у 1986 році був запропонований загальний механізм утворення надширокосмугового

вторинного випромінювання. Він полягає у лазерному оптичному пробої конденсованої речовини (рідини, скла і т.і.), утворенні нерівноважної лазерної плазми і генерації вимушеного широкосмугового випромінювання. Таким чином, основний механізм вторинного випромінювання полягає у вимушеному гальмівному випромінюванні електронів плазми лазерного пробою. Експериментальні дослідження властивостей пікосскундного континууму ( кутової спрямованості, поляризації, тривалості) вказують на всі ознаки однопрохідного лазерного випромінювання. Для прямої перевірки цього твердження були виконані експерименти по вимірюванню нестаціонарного коефіцієнта підсилення. Для спектральної області (500-600) нм, збудженні імпульсами ІАГ:Ш3+- лазера з синхронізованими модами тривалістю (20...30)-10'І2с, рідини - чотирьоххлористого вуглецю він склав g=(4...5) см'1. Оцінки за формулою для однопрохідної суперлюмінесценції дають значення енергії Е=10'4...10‘6 Дж, що задовільно відповідає результатам експерименту. Аналіз виразу для коефіцієнта підсилення (поглинання) вказує на те, що підсилення можливе за умови надквадратичного ((5=2) зростання функції розподілу електронів за швидкостями. Тоді

Для частоти зіткнень у^Ю^с'1, ю=1015с'', коефіцієнт підсилення %

то § =7,2см'1. Цього достатньо для виникнення однопрохідної лазерної генерації.

Взагалі вимірювання нестаціонарного коефіцієнта підсилення є достатньо складним завданням. Але його розв’язання можливе саме завдяки нестаціонарності. Кювета з СС14 збуджувалась цугом пікосекундних імпульсів. Період їх прямування визначався базою резонатора лазера і складав ~ 8-10'9с. Як пробний використовувався пучок вторинного випромінювання, яке фільтрувалось скляним фільтром серії СЗС, відбивалось дзеркалом і знову спрямовувалось у кювету. Після кювети і напівпрозорого дзеркала воно реєструвалось за допомогою фотодетектора, далі досліджувалась залежність сигналу фотодетектора від часу затримки пробного випромінювання х3. Його тривалість співпадала з лазерною тл і складала 20'10'І2с. Таким чином, якщо зондуючий імпульс перетинав фокальну область в кюветі в той момент часу, що і імпульс накачки, спостерігалось збільшення сигналу фотодетектора. При цьому однопрохіде підсилення К розраховувалось за формулою

2

(10)

=7,2-Ю'17N6, Не -концентрація нерівноважних електронів. Якщо =10п см'3,

К{г3 )-

п{г з)

1 + а

(П)

де т](т3)- нормований сигнал фотодетектора,

- значення ті при т3 >>тл, а - коефіцієнт перекриття пучків.

а

Максимальне значення К= 10,3 для х]Іг\т = 2,9; а = 0,2. Коефіцієнт підсилення •¿ті 1 /Ь) ІпК для Ь=0,5 см дорівнював 4,6 см'1. Для області взаємодії довжиною 2... З см цього достатньо для виникнення вимушеного ВйПрОМ ІКЮВШіНЯ.

Додатковий експеримент, який підтверджує існування в лазерній плазмі вільних електронів з енергією більшою за 3 еВ, полягав в наступному. В кювету з ССЦ додавався Ю. За рахунок зіткнень з електронами молекули ССІ4 дисоціювали з виділенням атомарного СІ. Останній витісняв йод з КІ. Внаслідок цього розчин набував забарвлення. Кількісно цей ефект реєструвався за поглинанням на довжині хвилі 520нм. Енергія розриву зв’язку ССІ3-СІ складає 3,18 еВ. Коефіцієнт поглинання майже лінійно збільшувався з кількістю лазерних імпульсів, що вказувало на існування електронів відповідної енергії.

В роботі проаналізований загальний вираз для коефіцієнта підсилення (поглинання), виявлені умови існування від’ємного коефіцієнта поглинання. Більш детально це питання розглянуто на основі чисельного розв’язку кінетичного рівняння для сферичної частини функції розподілу електронів з врахуванням пружних зіткнень з молекулами, залежності їх частоти від швидкості, багатофотонної іонізації як джерела електронів. Початкова функція розподілу електронів відповідала рівноважній максвеловській. Граничні умови відповідали нескінченному стоку електронів, які досягали енергії іонізації (для ССЦ потенціал іонізації і 1,47 еВ). Мета обчислювального експерименту полягала в дослідженні зміни функції розподілу електронів за енергіями, відповідної поведінки у часі коефіцієнта підсилення і повної кількості електронів. Найбільш характерною безумовно є зміна коефіцієнта поглинання. Спочатку він збільшується із збільшенням кількості вільних (квазівільних) електронів, потім із зміною функції розподілу зменшується і в деякий момент змінює знак - починається підсилення (рис.4). Після закінчення дії лазерного імпульсу, кількість електронів стабілізується, а підсилення поступово спадає (рис. 5).

Слід зауважити , що в розрахунках не враховувалась випромінювальна релаксація. Мета, як відмічено вище, полягала в досліджені можливості досягнення інверсного стану в цій системі, що і було підтверджено в натурному і чисельному експериментах.

В четвертому розділі продовжено розгляд процесів взаємодії потужних пікосекундних лазерних імпульсів з конденсованою речовиною. Експерименти з рідиною ССІ4 свідчать, що на фоні суцільного спектрального континуума спостерігається багатокомпонентне вимушене раманівське розсіювання. Кількість компонентів досягає 12... 14 у антистоксовій і 6...7 у стоксовій ділянках спектра. До того, швидкість їх спадання значно менша за очікувану для вимушених каскадних процесів.

Для пояснення цього явища треба врахувати, що багатокомпонентне ВКР уявляє собою сукупність комбінаційно-параметричних процесів. В роботах Хронопуло Ю. та співавторів виявлено явище “захоплення фаз”. Воно розгортається на відстані обернено пропорційні коефіцієнту ВКР - підсилення. Для потужних пікосекундних імпульсів (10і2... 1013) Вт/см2 і рідини ССІ4 ця відстань значно менша довжини кювети. Тоді, залишивши тільки параметричні процеси, система рівнянь спрощується, її можна розв’язати аналітично. Показано, що амплітуди вищих ВКР - компонентів зменшуються згідно до геометричної Професії.

Інша властивість цього явища - взаємна когерентність вищих ВКР -компонентів. Труднощі експериментальної перевірки цього висновку полягали у тому, що треба було вимірювати когерентність оптичних хвиль, частоти яких відрізняються на О. = 459см'1 (1,38-Ю13 Гц). Досліджувались 1-а, 2-а і 3-а стоксові частоти. В кристалі ІлГО3 на квадратичній нелінійності генерувалась подвоєна частота 2-го стокса та сумарна частота 1-го і 3-го

стоксів. В результаті отримано оптичні хвилі ( X = 589,5 нм), які поширювались під кутом 5'...6'. Потім за допомогою біопризмн Френеля ці пучки суміщались і спостерігалась їх інтерференція.

Аналогічно до лазера з синхронізованими модами, виші ВКР-компоненти інтерферують і утворюють цуг фемтосекундних імпульсів. Для знаходження часової структури була винайдена інтерференційна сума амплітудно модульованих спектральних компонентів. Для випадку, коли рм/2« | ; Р- множник прогресії, М - кількість мод, формули для тривалості імпульсу х і контрасту т] значно спрощуються

Для CCI,: М =15, Р = 0,8, т = 5,1фс. Період прямування імпульсів Т = 27i/ô(û = 70 фс.

Для реєстрації часової структури цугу фемтосекундних імпульсів застосовувалась кореляційна методика. Для забезпечення достатньої роздільної здатності і чутливості як нелінійний елемент використовувався ФЕП, який працював в режимі двофотонної емісії. Роздільна здатність, яка визначалась кутом сходження векторної схеми і розміром щілини на вході ФЕП, складала ~15 фс. Була зареєстрована часова структура випромінювання з періодом 65 ±15 фс, що задовільно корелює з теоретичним значенням (70 фс) (рис.6).

Зменшення котраста автокореляційної функції пов’язане з частковою когерентністю ВКР-компонентів, які збуджуються цугом пікосекундних лазерних імпульсів, параметри яких на протязі цуга не є стабільними.

. 2(1 -Р) 1

_р1/2 доз ’

(12)

(13)

0 5.

І 0

------ 15 фс

О

50

150

250

Із, м км

Рис. 6.

Докладно кореляційну нелінійно-оптичну методику дослідження параметрів лазерного випромінювання розглянуто у додатку Г. У додатку В подано розв’язок нестаціонарного кінетичного рівняння для електронів слабоіонізованої плазми в полі електромагнітної хвилі з урахуванням пружних зіткнень.

В п’ятому роздті теоретично і експериментально досліджено кінетику релаксації нерівноважних носіїв заряду в напівпровідниках. Експериментальну методику побудовано за принципом лазерне збудження - зондування. Вона є неконтактною і неруішівною, тому забезпечує кращу точність і часову роздільну здатність порівняно до контактних методів.

Процеси релаксації та дифузії носіїв заряду значною мірою визначають роботу напівпровідникових приладів, особливо при великих рівнях потужності та на надвисоких частотах. Час життя нерівноважних носіїв заряду залежить від концентрації домішок та дефектів технологій виготовлення і обробки матеріалів і варіюється для напівпровідників в межах 10"9...10'3с.

Для опису процесів збудження Імпульсним оптичним випромінюванням та релаксації вільних носіїв заряду треба взяти до уваги: 1) міжзонне поглинання енергії випромінювання накачки, 2) процеси лінійної та нелінійної релаксації, 3) дифузію носіїв заряду із зони збудження, 4) нагрів та дифузію тепла. Однак для цілей діагностики треба намагатись виключити дію супутніх ефектів чи послідовно їх враховувати. Так, невелика концентрація електронів Ме<1018 см'3 для; напівпровідників з домішковою провідністю дає змогу обмежитись експоненційним законом релаксації. Для того, щоб дифузія не спотворювала релаксаційні залежності достатньо, щоб 0-т/а2«1, де О -

коефіцієнт дифузії. Для кремнію Б = 17 см2-с'!, т~10' 6 с, а» 4-10'3см.

Беручи до уваги те, що кремній непрямозонний напівпровідник, треба врахувати пряме перетворення енергії лазерного випромінювання у тепло та знехтувати випромінювальними процесами. Тоді формула для зміни показника заломлення у часі у випадку миттєвого збудження набуває вигляду

а4)=^До){(і-/5)^^'/г'+~-^!д + (і-41-^'/Г‘1''/Гг}1 (14)

_ 4 + Ві 1?а Т §Ві ат ’

де р- частина енергії, яка втрачається на прямий нагрів зразка,

V час релаксації електронів, с- теплоємність, р - густина,

Ві - число Біо для теплообміну,

От - коефіцієнт температуропровідності,

La- характерний розмір області нагріву.

Таким чином, треба було реєструвати зміну показника заломлення (12). Найбільшу чутливість мають інтерференційні оптичні методи. Було досліджено дві схеми: 1) імпульсне джерело збудження, неперервне джерело пробного випромінювання, швидкодіючий детектор, запам’ятовуючий осцилограф; 2) імпульсне джерело збудження, імпульсне джерело пробного випромінювання з затримкою, багатоелементний панорамний детектор. В першому випадку за один спалах лазера накачки реєструвалась релаксаційна крива. Друга схема дозволяла досліджувати також процеси дифузії. Результати вимірів задовільно відповідають відомим експериментальним даним. Так, для зразка c-Si:te = ЮЛ:, х т =2- 10~2с. Це все стосується об’ємних властивостей напівпровідників.

Вимірювання оптичних сталих на поверхні напівпровідників с важливим як для технології мікроелекгроніки, так і з точки зору поглиблення знань про реальні кристали. Але завдяки тому, що довжина взаємодії пробного пучка з кристалом не перевищує ?Уп, ефективність оптичних, методик зменшується. Ми запропонували диференційну методику, яка полягає у вимірюванні різниці фаз двох пучків, які відбиваються від сусідніх ділянок поверхні. Показано, що для Р -поляризації і оптимального кута падіння cporrr= arccos (І/n), коефіцієнт відбиття дорівнює

1+і—], (15)

к J

де Av= Дл+iAk - зміна оптичних сталих на поверхні зразка.

Тоді чутливість методу до вимірювання зміни показників заломлення на поверхні напівпровідника дорівнює Sn = kA6, де к = 0,02 для c-Si. Якщо точність вимірювання різниці фаз AS = 10'2 рад, то 5п = 2-Ю-4. Експеримент виконаний з використанням гелій-неонового лазера (/.=632,8 им). Два пучка формувались за допомогою біпризми Френеля і короткофокусного об’єктива. Різниця фаз між відбитими пучками вимірювалась на основі аналізу положення інтерференційного розподілу за допомогою багатоелементного приймача. Вимірювалась залежність різниці фаз від положення пучків на поверхні. Після цього вона перераховувалась у розподіл показника заломлення. Максимальна варіація показника заломлення на поверхні c-Si склала (4±0,2)-10"

У висновках сформульовані основні результати дисертації:

• Поле Е(0 оптичного відеоімпульсу тривалістю т може бути подане у вигляді суми добутків ортогональних на інтервалі [ 0,т ] функцій, що

випливає з умови } £'(/)& = 0. Дифракція такого імпульсу викликає появу о

залежності його часової форми від точки спостереження та, з іншого боку, зміну просторового розподілу дифракційного поля в часі.

• Необхідною умовою формування надширокосмугового оптичного імпульсу (відеоімпульсу) та його представлення в термінах класичної оптики є відповідність його енергії V/ та тривалості т співвідношенню \\^ т //г >И, де N пропорційне кількості фотонів <1М> в моді з визначеною фазою, та залежить від форми оптичного відеоімпульсу.

• Умовою існування стабільних оптичних відеоімпульсів-солітонів в кристалах з нелінійністю другого порядку '¿Х) та дисперсією поляритонного типа є малість нелінійного внеску х'2іЕ порівняно до різниці між статичною Хо(1) та о ггт ич н ою Х-л(; л і н і Гін и м и діелектричними сприйнятливостями.

• Одним з основних процесів, відповідальних за виникнення випромінювання шігрокосмугового спектрального континууму під дією фокусованих в конденсовану речовину потужних піко- та фемтосекундних лазерних імпульсів, є вимушене гальмівне випромінювання електронів плазми оптичного пробою.

• Вищі осьові компоненти вимушеного комбінаційного розсіювання формуються при параметричних процесах, є когерентними і утворюють за рахунок інтерференції цуг оптичних відеоімпульсів.

• Запропоновано модифіковану інтерференційну лазерну імпульсну методику дослідження оптичних сталих в обємі та на поверхні напівпровідників.

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ АВТОРА ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Овечко B.C. Обращение волнового фронта при ВРМБ как процесс восстановления волнового фронта методом фазового контраста. // УФЖ.-1983. -28, N11. -с.1677-1681.

2. Овечко B.C., Амеров А.К. Солитоны в квадратичной нелинейной среде с дисперсией поляритонного типа. IÍYФЖ. -1985 -30, N3. - с.340-343.

3. Амеров А.К., Невпряга Е.Г., Овечко B.C. О корреляционной методике измерения параметров лазерного излучения. // УФЖ. -1985.-30.-С.212-216.

4. Amerov А.К., Ovechko V.S., Strizhevsky V.L. Stimulated bremsstruhlung of electrons in laser produced plasma in condensed media.//’ Proceedings Contributed Papers of the Intern. Conf. on Plasma Physics. Kiev. April 1987. v. 1,254-256.

5. Галушко E.M., Довгий Б.П., Кисленко В.И., Овечко B.C., Стрижевский В.Л. Зондирование гшіерзвуковой волны при ВРМБ с ОВФ В сб.: Обращение волнового фронта лазерного излучения в нелинейных средах ( под ред. проф.

А. Рубанова)-Минск, 1987,-с. 194-200.

6. Кисленко В.И., Овечко B.C., Стрижевский В.Л. Зондирование коллективных возбуждений, возникающих при вынужденных рассеяниях с ОВФ. Известия АН СССР, сер. Физическая, -19S7. -51. -с.362-366.

7. Амеров А.К., Овечко B.C., Стрижевский В.Л. О механизме генерации спектрального континуума пикосекундной длительности при возбуждении жидкого CCL4 сверхкороткими лазерными импульсами // Сб. Квантовая электроника. - Киев, 1987, N33. -с. 21-27.

8. Антонов В.А., Безручко В.М., Овечко B.C., Стрижевский В.Л. Усиление ИК

- излучения R-центрами окраски в кристалле КС1. // Журнал Прикл. спектр. -

1987. -46, NL-C. 148-150.

9. Амеров А.К., Овечко B.C., Стрижевський В.Л. Вимушене гальмівне випромінювання в плазмі пробою конденсованих середовищ пікосекундними лазерними імпульсами. // Доповіді АН УССР, сер.”А”. -1988. N2. - с. 40-42.

10. Галайчук Ю.И., Дьяков В.А., Лихолит Н.И., Овечко B.C., Петренко P.A., Рождественская Т.В. Исследование характеристик кристалла КТР как преобразователя оптических частот // Известия АН СССР, сер. Физическая. -

1988. -52, N3.-C.560-563.

11. Амеров А.К., Овечко B.C., Стрижевский В.Л. Плазма оптического пробоя в жидкостях в поле сверхкоротких импульсов как лазерно активная среда. // Известия АН сер. Физичес. -1989. -53, N4. -с. 714-717.

12. Белов А.И., Исаенко Л.И., Лихолит Н.И., Овечко B.C., Петренко Р.А., Стрнжевский В.Л., Хильчевский А.И. Нелинейные органические кристаллы для высокоэффективного преобразования оптических частот.// Электронная техника, сер. 11 Лазерная техника и оптоэлектроника. —1989, 49 N1,-с. 4-22.

13. Овечко B.C. Квантовое соотношение неопределенности для оптических видеоимпульсов. // Квантовая електроника.-1990.-17, N5. -с.651- 652.

14. Амеров А.К., Овечко B.C., Стрижевский В.Л. Лазерная активность плазмы оптического пробоя в поле сверхкоротких лазерных импульсов и некоторые ее приложения.//Известия АН СССР, сер. Физическая -1990.-54, N12. -с.2420-2424.

15. Белов А.И., Исаенко Л.И., Лихолит Н.И., Мигашко В.П., Овечко B.C., Петренко Р.А., Стрижевский В.Л., Хильчевский А.И. Генерация второй гармоники в молекулярных кристаллах с высокой нелинейностью второго и третьего порядков. //УФЖ. -1992.-37, N5.-C.660-663.

16. Amerov А.К., Ovechko V.S., Petrosian Р.Т., Strizhevsky V.L.Correlation technique of investigatinof nonstationary laser emission. // SPIE trans. 1993. -2108. -c.253-260.

17. Амеров A.K., Петросян П.Т., Овечко B.C., Стрижевский В.Л. Самосинхронизация комбинационных мод при многокомпонентном осевом ВКР света. //Известия АН СССР. сер. Физичес. 1992. -56, N8. -с. 82-86.

18. Михеева М.П., Виноградов В.М., Овечко B.C., Слинкин С.М., Лихолит Н.И., Петренко Р.А. Нелинейный оптический преобразователь частоты. // ЖПС. 1992. - 56, N5-6. - с. 864-865.

19. Овечко B.C. Поширення та дифракція на діафрагмі оптичних відеоімпульсів. IfУФЖ - 1995 -40, N6. -с. 544-549.

20. Ovechko V.S., Dmitruk A.M. Nonlinear and mterfermetric optical methods of diagnostics of semiconductors.// SPIE Trans, on OPTDIM'95, 1996, v.2648. -240-245.

21. Makara V,A, Steblenko L.P., Pasechnuy V.A., Ovechko V.S., Petrosian P.T., Dmytruk A.M. Laser radiation action on c-Si with dislocation and their diagnostics.// Abstracts Intern. Confer, on OPTDIM, May 1997, Kiev, p.33.

22. Овечко B.C. Співвідношення невизначеностей для оптичних відеоімпульсів. // Доповіді АН України.- 1998, N 3, -с.93-96.

23. Овечко B.C. Диференційний інтерференційний метод вимірювання розподілу оптичних сталих на поверхні напівпровідників // Металофізика і новітні технології. -1998. -20, -N3,- с.77-80.

24. Амеров А.К., Галушко Е.М., Овечко B.C., Стрижевский В.Л. Природа и закономерности многокомпонентного ВКР в конденсированной среде при возбуждении сверхкороткими лазерными импульсами. // В сб. Оптическая спектроскопия. - Киев, 1991.- с. 206-211.

25. Петренко P.A., Овечко B.C., Стрижевский В.Л., Хильчевский А.И. Аналитический обзор «Физика и техника генерации оптических гармоник в нелинейных средах». // Изд. ЦНИИ информации. -М. 1984. N3541.-150c..

26. Галушко Е.М., Мигашко В.П., Овечко B.C. Панорамный растровый метод спектрометрии протяжных источников. // В сб. Оптическая спектроскопия. -Киев, 1991.-с. 401-405.

27. Амеров А.К., Овечко B.C., Стрижевский В.Л. ВКР на фоне спектрального континуума в ССЦ при пикосекундном возбуждении.// Тезисы 111 Всес. конференция по КPC, октябрь. -Душанбе, 1986. -с. -52-53.

28. Амеров А.К., Овечко B.C., Стрижевский В.Л. Лазерная активность плазмы оптического пробоя. // Тезисы Х111 Международн. конф. по когерентной и нелинейной оптике. - Минск, сентябрь 1988. ч.11. -с.278-279.

29. Овечко B.C. Спектроскопія фемтосекундних оптичних імпульсів // Тези доповідей XI Української школи-семінару. “Спектроскопія молекул та кристалів” 10-16 травня 1993. - с. 193.

30. A.C. 757089. Оптический квантовый генератор с управляемым режимом генерации/ Овечко B.C.- N1899433; Заявл. 30.03.73; Зарегистр. 21.04.80.

31. A.C. 1094542. Лазер с удвоением частоты / Овечко B.C., Петренко P.A.,

Стрижевский В.Л., Хильчевский А.й. - N 3458095; Заявл. 24.06.82;

Зарегистр. 22.01.84.

32. A.C. 1344182. Лазер с удвоением частоты / Овечко B.C., Петренко P.A.,

Стрижевский В.Л., Хильчевский А.й. - N 3805442; Заявл. 26.10.84;

Зарегистр. 8.07.87.

33. A.C. 1308130. Способ управления добротностью резонатора лазера и лазер с управляемой добротностью/ Овечко B.C., Петренко P.A., Стрижевский В.Л., Хильчевский А.И.-N 3806668; Заявл. 30.10.84; Зарегистр 3.01.87;

34. A.C. 1424528. Оптический преобразователь частота / Овечко B.C., Мигашко В.П., Нелипа В.A. -N 4097637; Заявл. 23.07.86; Зарегистр. 15.05.88.

35. A.C. 1816180. Способ генерации цуга фемтосекундных импульсов / Овечко

B.C., Амеров А.К., Стрижевский В.Л. - N 4757253; Заявл.09.11.89; Зарегистр. 20.08.91.

36. A.C. 1655264А1. Лазер с синхроной накачкой / Овечко B.C., Амеров А.К., Стрижевский В.Л.-N 4748165; Заявл. 11.10.89; Зарегистр. 20.04.90.

37 .A.C. 1804215. Оптический дальномер/ Овечко B.C., Мигашко В. П-N4740080; Заявл. 21.09.89; Зарегистр. 09.10.92.

АНОТАЦІЯ

Овечко B.C. “ Нестаціонарні оптичні поля та процеси їх взаємодії з конденсованою речовиною”. -Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.05 - оптика, лазерна фізика. -Київський університет імені Тараса Шевченка, м. Київ, 1998р.

В дисертації розроблено основи оптики надширокосмугових лазерних попів (ШІП): встановлений квантовий критерій подання НЛП у термінах класичної оптики, розроблено методику їх теоретичного опису, розв’язані деякі типові задачі класичної лінійної та нелінійної оптики. На основі аналізу результатів експериментальних та теоретичних досліджень виявлений універсальний механізм виникнення широкосмугового вторинного випромінювання під дією на конденсовану речовину потужній надкоротких лазерних імпульсів. З застосуванням вдосконаленої інтерференційної методики імпульсного лазерного зондування і розрахунків з'ясовано вплив теплових та нетеплових процесів на кінетику нерівноважних носіїв заряду у напівпровідниках. Запропоновані схеми та методики дослідження нестаціонарних оптичних полів та середовищ є базою для їх практичного використання у нестаціонарній спектроскопії, лазерній мікротехнології, діагностичній техніці, тощо.

Ключові слова: оптичні відеоімпульси, квантове співвідношення невизначеностей, оптичні поля поза квазімонохроматичного наближення, солітони, пікосекундний спектральний континуум, синхронізація мод, корелятор, релаксація носіїв заряду, напівпровідники.

АННОТАЦИЯ

Овечко B.C. «Нестационарные оптические поля и процессы их взаимодействия с конденсированным веществом». — Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физикоматематических наук по специальности 01.04.05 - оптика, лазерная физика.-Киевский университет имени Тараса Шевченко, г. Киев, 1998г.

В диссертации разработаны основы оптики сверхширокополосных лазерных полей (СЛЩ: установлен квантовый критсрий_представления CJIH-B терминах классической оптики, разработана методика их теоретического описания, решены некоторые типовые задачи классической линейной и нелинейной оптики. На основе анализа результатов экспериментальных и теоретических исследований установлен универсальный механизм возникновения широкополосного вторичного излучения при действии на конденсированные вещества мощных сверхкоротких лазерных импульсов. С применением усовершенствованной интерференционной методики

импульсного лазерного зондирования и расчетов выяснено влияние тепловых и нетепловых процессов на кинетику неравновесных носителей заряда в полупроводниках. Предложенные схемы и методики исследования нестационарных оптических полей и сред являются основой для их практического применения в нестационарной спектроскопии, лазерной микротехнологии, диагностической технике и т.д.

Ключевые слова: оптические видеоимпульсы, квантовое соотношение неопределенностей, оптические поля вне квазимонохроматического приближения, солитоны, пикосекундный спектральный континуум, синхронизация мод, коррелятор, релаксация носителей заряда, полупроводники.

SUMMARY

Ovechko V.S. “Nonstationary optical fields and their interactions with the condensed matter.”- Manuscript.

Thesis for a doctor’s degree by speciality 01.04.05 -optics, laser physics.-Taras Schevchenko Kyiv University, Kyiv, 1998.

In thesis has been developed the basis of ultrawide spectrum laser fields (ULF) optics. It consists of quantum criterian of representation of ULF in therms of classical optics, development of method of their theoretical description, solving of some type problems of classical linear and nonlinear optics. On the basis of analyses of results of experimental and theoretical investigations there is established the main cause of wideband secondary light emission under the action of powerful ultrashort laser impulses on the condense matter. The scope of updated interferometric technique of impulse laser probing it has been established the role of thermal and nonthermal effects in kinetics of nonequilibrium charge carriers in semiconductors. Proposed schemes and techniques of investigations of nonstationary optical fields and mediums are the basis for their practical scope for nonstationary spectroscopy, microtechnology, diagnostic instruments etc.

Key words: optical videoimpulse, quantum uncertainty relationship, optical fields out of quasimonochromatic approximation, soliton, picosecond spectral continuum, modes synchronization, correlator, charge carrier relaxation, semiconductor.