Дисперсійні наноструктури для генерації і трансформації ультракоротких світлових імпульсів

Першим успішним застосуванням високо дисперсійних дзеркал HDM стало їх використання для генерації спектрально обмежених імпульсів в двох типах високоенергетичних фемтосекундних лазерів, що базуються на дисковому лазері Yb:YAG з спектром до 1,5 нм (півширина), центрованим на 1030 нм, і лазері на Ti:Sa з спектром до 40 нм, центрованим на 800 нм. Реалізовані в обох випадках GDD мають найбільші значення, досягнуті на сьогодні за допомогою багатошарових дзеркал.

Другим яскравим прикладом перспективності HDM стала демонстрація стиснення після підсилення розширених імпульсів тривалістю 9,1 пс з енергією 1,4 мДж до практично можливої межі спектрально обмеженого імпульсу тривалістю 19,1 фс з чудовим просторовим профілем і майже повним збереженням енергії (> 90%). Виготовлені високодисперсійні дзеркала характеризуються максимально досяжною спектральною шириною в твердотільних СРА системах і високою GDD (-500 фс2) при одному відбиванні. Це відкриває шлях до створення простих і компактних фемтосекундних лазерних систем з енергією 0,1 ТВт без призм і дифракційних граток.

У восьмому розділі розділі представлена нова техніка визначення GD і GDD дисперсійних дзеркал. Метод інтерферометрії білого світла (WLI) є одним з основних методів вимірювання спектральних характеристик групової затримки і дисперсії групової затримки дисперсійних дзеркал. Довгий час робочий діапазон таких вимірювань обмежувався областю від 450 до 1050 нм. Однак сьогоднішні потреби розвитку фемтосекундних технологій вимагають як розширення цього діапазону, так і збільшення точності вимірювань. Обидві проблеми успішно вирішені. Оптичні системи можуть містити серію різних дисперсійних оптичних елементів, таких як дзеркала, поляризатори, світлоподілювачі, лінзи. Ультракороткий світловий імпульс поширюючись через такі дисперсійні елементи може суттєво змінитися, оскільки різні спектральні компоненти імпульсу акумулюють різні фази. Сучасна лазерна техніка, включаючи фемтосекундні лазери і зовнішні резонатори підсилення, потребують точності визначення GDD в кілька фс2, що практично недосяжне з існуючими методами. В методі WLI використовується інтерферометр Майкельсона з широкосмуговими джерелами світла. Типова схема вимірювання полягає в наступному. Досліджуваний оптичний елемент вміщується в плече зразка інтерферометра, а опорне дзеркало з відомою дисперсією в опорне плече. В процесі вимірювань опорне дзеркало переміщується за допомогою крокового двигуна, змінюючи довжину опорного плеча. При переміщенні опорного дзеркала контролюється і записується спектральний розподіл інтенсивності (спектральне сканування) для кожного кроку двигуна. Після запису усіх спектральних розподілів можна отримати розподіл інтенсивності по довжинам хвиль. Часовий розподіл інтенсивності, що відповідає певній довжині хвилі називається інтерферограмою. GD для кожної довжини хвилі отримується як час, що відповідає центральному положенню інтерферограми. Очевидною перевагою такої схеми вимірювань є можливість отримувати GD одночасно для усіх довжин хвиль, генерованих джерелом білого світла. На величину інтенсивності в виміряних інтерферографах впливає нестабільність джерела світла і детектора. Очевидно, що визначення центральних положень з шумових інтерферограм є складною задачею. Проблема визначення GD з інтерферометричних вимірювань розглядалася в багатьох роботах. Найчастіше використовується техніка Фур'є перетворень. Однак, результати, отримані за допомогою техніки Фур'є перетворень, суттєво залежать від стабільності інтерферометричних даних. В випадку нерівномірного руху крокового двигуна, застосування техніки Фур'є перетворень може бути повністю неможливим. Процес корегування даних вимагає використання попередніх процедур накопичення, які суттєво зменшують роздільну здатність по довжині хвилі отриманих спектральних залежностей GD і GDD.

В роботі пропонується модифікація WLI для отримання інтерферометричних даних і новий алгоритм, який дозволяє отримувати точно визначені GD і GDD дисперсійних дзеркал. Детально розглядається інтерферометр і процедура обробки інтерферометричних даних, а також нова модель опису інтерферограми та новий алгоритм обробки інтерферометричних даних. Метою моделі і алгоритму є запобігання нестабільності процесу обробки інтерферометричних даних в випадку нестабільності вимірювальних даних. Спеціальна частина алгоритму розв'язує проблеми, спричинені нерівномірним рухом крокового двигуна. Застосування нового алгоритму дозволяє визначати GD і GDD з високою точністю в спектральному діапазоні від 600 до 1100 нм. Цей діапазон визначається не самим алгоритмом, а характеристиками елементів експериментальної установки: джерел світла, детекторів і світлоподілювача. Порівняння отриманих результатів з результатами, отриманими з застосуванням техніки Фур'є перетворень, показало високу роздільну здатність по довжині хвилі розвинутого методу.

Процедура оцінювання містить два основних кроки: вимірювання інтерферометричних даних і обробка цих даних. Експериментальні дані отримуються за допомогою інтерферометру білого світла (WLI). Обробка даних виконується з використанням запропонованого нового алгоритму. Запропонований новий алгоритм аналізує усі наявні експериментальні дані і, завдяки цьому, дозволяє надійно визначати спектральні залежності GD і GDD в випадку нестабільних експериментальних даних і нерівномірного руху двигуна. Оцінка точності результатів базується на обробці імітованих даних. Показано, що очікувана похибка визначення GD і GDD складає приблизно 0,3% і 4%, відповідно. Такої точності достатньо в більшості застосувань з використанням фемтосекундної дисперсійної оптики. Майбутні експерименти з фемтосекундними підсилювачами вимагатимуть ще вищої точності визначення GDD (похибка менше 1%). Такий рівень точності може бути досягнутий подальшим покращенням крокового двигуна і системи реєстрації вимірювальної установки. У дев'ятому розділі наведено приклади застосування чирпованих дзеркал в різноманітних лазерних схемах. Розглядається використання високодисперсійних дзеркал з низькими осциляціями в лазерах на Ti:Sa. Продемонстровано чирповані багатошарові діелектричні дзеркала з контрольованим відбиванням і дисперсією в діапазоні довжин хвиль від 760 до 840 нм. Відбивання дзеркал було більше 99,9%, а середнє значення дисперсії групової затримки (GDD) дорівнювало -30 фс2 при теоретичному рівні осциляцій GDD менше 0,5 фс2 в усьому робочому спектральному діапазоні. Відхилення експериментальних значень GDD від теоретичних не перевищували ± 3 фс2. Шляхом моделювання було показано, що дисперсійна лінія затримки, в якій відбувається 120 відбивань від чирпованих дзеркал (СМ) практично не спотворює імпульс і зберігає його контраст. Дзеркала виявилися ідеальним засобом для точного внутрішньо і зовнішньо резонаторного дисперсійного контролю в діапазоні кількох тисяч фс2, особливо в випадках генерації імпульсів з високим контрастом. Запропонована в роботі концепція створення СМ може бути використана при виготовленні дисперсійних дзеркал з низькими втратами і низькими осциляціями GDD для імпульсів з тривалістю 20 фс і нижче. Одним з успішних проектів з використанням чирпованих дзеркал є отримання в ближньому інфрачервоному (БІЧ) діапазоні імпульси з тривалістю менше 4 фс і енергією менше 1 мДж. Імпульси мали контрольовану хвильову форму, що включала приблизно 1,5 оптичного циклу в межах півширини їх часового профілю інтенсивності. Була також показана придатність цих імпульсів для отримання континууму гармонік вищих порядків безпрецедентної ширини в діапазоні фотонних енергій біля 100 еВ. Ультра широкосмуговий когерентний континуум простягався від 90 еВ до більш, ніж 130 еВ з гладким спектральним розподілом інтенсивності, що дозволило генерувати лазерні імпульси з унікальними характеристиками. Результати роботи підтвердили можливість генерації імпульсів з тривалістю менше 100 аттосекунд в рентгенівському ультрафіолеті для аттосекундної спектроскопії в діапазоні 100 еВ.

Приведено огляд сучасного стану світлохвильової електроніки, революційні досягнення якої в значній мірі пов'язанні з успіхами в синтезі і виготовленні дисперсійних дзеркал. З рухом електронів пов'язане випромінювання світла, електричний струм, утворення міжатомних зв'язків в молекулах і твердому тілі. Розуміння і керування їх руху в атомному масштабі є ключем до розуміння функціонування біологічних систем, створення ефективних джерел рентгенівського випромінювання та розвитку електроніки. Спостереження і керування електронного руху потребує аттосекундної роздільної здатності і контролю, відповідно (1 аттосекунда = 10_18 секунд). Недавня революція в технології відкриває такі можливості: контрольовані світлові хвилі можуть керувати рухом електронів як всередині, так і зовні атомів, засвідчуючи народження світлохвильової електроніки. Окремі аттосекундні імпульси, добре відтворювані і повністю охарактеризовані, демонструють потужність нової технології. Аттосекундні імпульси тривалістю в кілька циклів світлових хвиль керовані та синхронізовані, є основним робочим інструментом цієї технології.

Наступним прикладом застосування чирпованих дзеркал є їх використання для створення ультра широкосмугового оптичного параметричного підсилювача чирпованих імпульсів (OPCPA - optical parametric chirped-pulse amplification) з вихідною енергією імпульсу 250 мкДж при накачці короткими імпульсами тривалістю 100 фс на довжині хвилі 395 нм. Такий OPCPA з накачкою короткими імпульсами представляє перспективний шлях для генерації ультра високо потужних імпульсів в кілька періодному режимі. По-перше, здатність імпульсу розширюватися і стискатися, а також його контраст збільшуються завдяки використанню коротких імпульсів накачки. По-друге, вищі потужності накачки дозволяють використовувати тонші кристали підсилювача, і таким чином, збільшують ширину смуги підсилення, що підтримує навіть коротші по тривалості імпульси. В роботі представлено експериментальні результати, в яких збільшення ефективної спектральної ширини смуги вхідних імпульсів в процесі підсилення в OPCPA приводить до зменшення тривалості спектрально обмеженого імпульсу на доданок до енергетичного підсилення. Підсиленні в OPCPA імпульси стискаються до суб-10-фс за допомогою чирпованих дзеркал. Масштабування техніки OPCPA з накачкою короткими імпульсами для генерації кілька періодних імпульсів з найвищими рівнями енергії (ТераВат - ПетаВат) можливе і зараз активно досліджується.

Дисперсійні дзеркала відіграють важливу роль в системах генерації високочастотних гребінок (ГВГ), які є ключовими елементами в спектроскопії високої роздільної здатності. В роботі продемонстровано генерацію серії вищих гармонік в струмені газу ксенону всередині резонатору, викликану імпульсами Ti:sapphire лазеру з частотою повторення 10,8 МГц. Було отримано гармоніки до 19 порядку на довжині хвилі 43 нм з енергією плато гармонік на рівні мкВт. Схема досконалої компенсації дисперсії і використання помірної частоти повторення дозволили суттєво підвищити вихідну потужність плато гармонік (на 4 порядки по амплітуді порівняно з попередніми результатами). При такому рівні енергії і частоті повторення стає досяжною спектроскопія високої роздільної здатності в області рентгенівського ультрафіолету (РУФ). Одним з цікавих об'єктів дослідження можуть бути переходи 1S-2S в водневоподібному гелії (He) на довжині хвилі 60 нм. Наприклад, захоплений іон He може бути збуджений в 2S стан при двофотонному поглинанні, використовуючи 13-ту гармоніку на 60,8 нм. Третій фотон може далі іонізувати до He2+, які можна накопичити в іонній пастці і реєструвати з одиничною ефективністю. Якщо генеровані 0,84 мкВт сфокусувати на іон He з розміром перетяжки 0,5 мкм, можна отримати швидкість іонізації біля 1 Гц. Доставка РУФ потоку від камери ГВГ до захопленого іону з високим пропусканням вимагатиме спеціальної уваги. Можна сподіватися, що прецизійна спектроскопія цілком реальна з швидкостями нижче 1 Гц. Нові дослідницькі засоби дозволяють вченим дати відповіді на питання, які за їх відсутності ніколи не були б отримані. Принципові питання слугують компасом для визначення напрямків досліджень, що обіцяють найбільш екстенсивну віддачу.

Висновки

В дисертаційній роботі узагальнено результати дослідження багато-шарових інтерференційних наноструктур для дисперсійного контролю ультракоротких світлових імпульсів, розробки і розвитку методів синтезу таких структур. Вперше розроблено методи синтезу та виготовлено унікальні дисперсійні дзеркала, що суттєво розширюють можливості систем генерації фемто і аттосекундних імпульсів. Основні результати, що визначають наукову і практичну цінність, наступні.

Показано, що висока дисперсія досягається внаслідок поєднання двох ефектів, залежних від довжини хвилі, проникнення вглиб та резонанс-ного. Згладжування осциляцій досягається оптимізацією сумарної дії обох ефектів. При цьому положення областей умовних резонаторів визначається будовою структури і може бути визначено експериментально по екстремумам осциляції дисперсії. Резонатор, як правило, складається з кількох шарів і не обмежується інтерфейсами шарів. Знак дисперсії групової затримки визначається порядком розташування резонаторів, а величина їх кількістю.

Запропоновано нову концепцію синтезу дисперсійних наноструктур, придатних для стиснення імпульсів з тривалістю менше 5 фс, яка базується на часовому підході до оптимізації структури і новій оптимізаційній мішені, що містить кінцеві вимоги до властивостей вихідного імпульсу в часовому масштабі. Продемонстровано переваги нового підходу: дизайн дисперсійних дзеркал вимагає менше часу, містить суттєво меншу кількість шарів, характеризується високим відбиванням завдяки більш ефективній концентрації енергії в імпульсі. Дисперсійні дзеркала, оптимізовані за часовим підходом простіше виготовляти і вони виявляють значно вищу стабільність при нестабільності вхідного спектру.

Запропоновано метод синтезу дисперсійних дзеркал з двома робочими кутами, що вирішує проблему ефективного подавлення залишкових осциляцій дисперсії групової затримки. Основною перевагою методу є підвищення стійкості до помилок нанесення шарів в порівнянні з традиційним підходом до створення комплементарної пари. Запропоновано для більш ефективного подавлення залишкових осциляцій GDD або збереження їх на тому ж рівні при збільшенні спектрального діапазону використовувати дисперсійні дзеркала з більш, ніж двома робочими кутами. Можливий також альтернативний шлях покращення характеристик компресорів на дисперсійних дзеркалах, оснований на поєднанні підходів дисперсійних дзеркал з двома робочими кутами і часової оптимізації. Запропонована концепція сприятиме розвитку компресії оптичних імпульсів до їх фізичної межі при суттєвому спрощенні і здешевленні таких пристроїв.

Запропоновано два різних підходи до синтезу ультра широких дисперсійних дзеркал. Показано, що в випадку оптимізації структури дисперсійних дзеркал в наближенні з мішенню, яка характеризується дисперсією групової затримки, основний недолік полягає в флуктуаціях усередненої величини дисперсії. В часовому масштабі це означає, що значна кількість енергії передається від імпульсу його сателітам вже після одного відбивання. Використання групової затримки в якості мішені для оптимізації дозволяє уникнути флуктуацій усередненої величини GDD. В результаті відбитий імпульс ширший лише на 6% за той, що падає, навіть при 10 відбиваннях і зберігає ~50% початкової енергії.

Доведено реальність розв'язання оберненої спектральної задачі синтезу структур, здатних стискувати оптичні імпульси до тривалості менше 3 фс в спектральному діапазоні 400-1200 нм та до тривалості менше 2 фс в спектральному діапазоні 300-900 нм.

Показано досяжність дисперсії до 105 фс2 за допомогою створених високо дисперсійних чирпованих багатошарових діелектричних дзеркал. Це відкриває шлях до створення простих і компактних фемтосекундних лазерних систем з енергією в 0,1 ТВт без призм і дифракційних граток.

Вперше продемонстовано стиснення ультракоротких світлових імпульсів тривалістю 19 фс після іх підсилення з попереднім розширенням до практично попедеднього рівня тривалості і вихідної енергії більше 90% за допомогою компресору, який складається виключно з дисперсійних дзеркал з унікальними характеристиками (робочий спектральний діапазон 735-845 нм, GDD < - 500 фс2, відбивання > 99,8%). Нові високодисперсійні дзеркала виключають найбільш слабкі місця компресорів на базі призм і дифракційних граток в системах підсилення чирпованих імпульсів. Застосування високо-дисперсійних дзеркал практично вільне від кутового чирпу, ефектів похилого хвильового фронту і фазової самомодуляції. Їх можна синтезувати для забезпечення негативної і позитивної GDD, що робить їх найбільш привабливими для ближнього ІЧ діапазону, де дисперсія багатьох матеріалів змінює знак.

Показано недосконалість емпіричної моделі для оцінювання пара-метрів багатошарової структури з заданою часовою і просторовою дисперсією, яка дає суттєво занижені максимальні значення досяжних групової затримки і просторового зсуву.

Створено новий алгоритм і удосконалено техніку вимірювання дисперсійних характеристик багатошарових структур (групова затримка і дисперсія групової затримки) за допомогю інтерферометру білого світла. Точність визначення групової затримки і дисперсії групової затримки складає приблизно 0,3% і 4%, відповідно. Такої точності достатньо в більшості застосувань з використанням фемтосекундної дисперсійної оптики. Майбутні експерименти з фемтосекундними підсилювачами вимагатимуть ще вищої точності визначення GDD (похибка менше 1%). Запропонований алгоритм дозволяє досягти такого рівня точності при подальшому удосконалені крокового двигуна і системи реєстрації вимірювальної установки.

Показано теороетично, реалізовано і перевірено експериментально в лазерних системах на Ti:Sa можливість створення чирпованих дзеркал з низьким рівнем осциляції дисперсії і їх здатність компенсувати дисперсію реальних оптичних матеріалів. Зокрема, показано, що залишкові флуктуації GDD, накопичені при 120 відбиваннях від новостворених дисперсійних дзеркал, не приводять до суттєвої деградації форми, пікової амплітуди і тривалості імпульсів Гауссової форми тривалістю 60 фс. Створені чирповані дзеркала з низькими осциляціями GDD і низькими втратами успішно використовуються для розвитку резонаторів високоенергетичних фемтосекундних лазерів з покращеними характеристиками. Запропоновані концепції створення дисперсійних дзеркал можуть бути використані при виготовленні дисперсійних дзеркал з низькими втратами і низькими осциляціями GDD для імпульсів з тривалістю 20 фс і нижче.

Створено новий гібридний компресор, що містить як призми, так і чирповані дзеркала. Гібридний компресор є значним кроком вперед для генерації інтенсивних майже одно періодних лазерних імпульсів в ближній інфрачервоній області спектру простими і надійними лазерними системами. Попередні експерименти по генерації вищих гармонік виявили суттєву залежність когерентної рентгенівської емісії від точної форми лазерних хвильових пакетів. Ці результати демонструють потенційну здатність інтенсивних, близьких до одно періодних, лазерних полів до генерації ізольованих суб-100 аттосекундних рентгеновських імпульсів, достатньо потужних для аттосекундної спектроскопії.

Продемонстровані ультра широкосмугові підсилювачі чирпованих імпульсів з вихідною енергією на рівні 100 мкДж, накачка яких здійснюється короткими імпульсами (~ 100 фс), і компресія підсилених імпульсів до суб 10-фс кілька періодного режиму. Проведені експерименти представляють перші кроки до створення систем підсилення для отримання багатотераватних кілька періодних ультракоротких світлових імпульсів. Для масштабування таких коротко імпульсних підсилювачів до значно вищих вихідних енергій необхідні високо потужні лазери накачки, які здатні генерувати імпульси з дуже високою просторовою однорідністю потоку. Вирішення цих проблем дозволить опанувати петаватний діапазон потужностей імпульсів в кілька періодному режимі.

Отримано мкВт рівень середньої вихідної потужності ультра-коротких імпульсів в області рентгенівського ультрафіолету. З таким рівнем потужності вперше стає можливою точна спектроскопія в цій області. Показана можливість прецизійної спектроскопії з швидкостями нижче 1 Гц.

Розроблені методи синтезу дисперсійних дзеркал використовуються при створенні унікальних систем генерації і трансформації ультракоротких світлових імпульсів з тривалостями до ~ 100 аттосекунд. Це відкриває шлях до створення принципово нових методів дослідження в фундаментальній науці і технологіях.

Список опублікованих праць

1. Первак В.Ю. Дисперсійні наноструктури для систем генерації і трансформації ультракоротких світлових імпульсів - К.: ІМФ НАНУ. - 2009. - 250с.

2. Шпак А. П. Фотонні кристали. Фізика та застосування / А. П. Шпак, В. Ю. Первак, Ю. О. Первак, Ю. О. Куницький - К:. Академперіодика. - 2006. - 120с.

3. Первак В. Ю. Фізика фотонних кристалів / В. Ю. Первак, А. П. Шпак, Ю. О. Первак, Л. Ю. Куницька - К:. Академперіодика. - 2007. - 304с.

4. Pervak V. Chirped-pulse amplification of laser pulses with dispersive mirrors / V. Pervak, I. Ahmad, S. A. Trushin, Zs. Major, A. Apolonski, S. Karsch, F. Krausz // Opt. Express. - 2009. - Vol. 17, - N. 21. - P. 19031-19039.

5. Herrmann D. Generation of sub-three-cycle, 16-TW light pulses using noncollinear optical parametric chirped-pulse amplification / D. Herrmann, L. Veisz, R. Tautz, F. Tavella, K. Schmid, V. Pervak, F. Krausz // Opt. Lett. - 2009. - Vol. 34. - N.16. - P. 2459-2461.

6. Pervak V. Double-angle multilayer mirrors with smooth dispersion characteristics / V. Pervak, I. Ahmad, M. K. Trubetskov, A. V. Tikhonravov, F. Krausz // Opt. Express. - 2009. - Vol. 17. - N. 10. - P. 7943-7951.

7. Pervak V. Comparison of dispersive mirrors based on the time-domain and conventional approaches, for sub-5-fs pulses / V. Pervak, I. Ahmad, J. Fulop, M. K. Trubetskov, A. V. Tikhonravov // Opt. Express. - 2009. - Vol. 17. - N. 4. - P. 2207-2217.

8. Amotchkina T. V. Measurement of group delay of dispersive mirrors with white-light interferometer / T. V. Amotchkina, A. V. Tikhonravov, M. K. Trubetskov, D. Grupe, A. Apolonski, V. Pervak // Appl. Opt. - 2009. - Vol. 48. - N. 5. - P. 949-956.

9. Gu X. Generation of carrier-envelope-phase-stable 2-cycle 740-мJ pulses at 2.1-мm carrier wavelength // X. Gu, G. Marcus, Y. Deng, T. Metzger, C. Teisset, N. Ishii, T. Fuji, A. Baltuska, R. Butkus, V. Pervak, H. Ishizuki, T. Taira, T. Kobayashi, R. Kienberger, F. Krausz // Opt. Express. - 2009. - Vol. 17, - N. 1. - P. 62-69.

10. Major Z. Basic Concepts and Current Status of the Petawatt Field Synthesizer.A New Approach to Ultrahigh Field Generation / Z. Major, S. A. Trushin, I. Ahmad, M. Siebold, C. Wandt, S. Klingebiel, T.-J. Wang, J. A. Fьlцp, A. Henig, S. Kruber, R. Weingartner, A. Popp, J. Osterhoff, R. Hцrlein, J. Hein, V. Pervak, A. Apolonski, F. Krausz, S. Karsch // Review Laser Engineering. - 2009. - Vol. 37. - N. 6. - P. 431-436.

11. Teisset C. Y. 700 nJ Broadband MHz Optical Parametric Amplifier / C. Y. Teisset, H. Fattahi, A. Sugita, L. Turi, X. Gu, O. Pronin, V. Pervak, F. Krausz, and A. Apolonski // in Conference on UtraFast Optics (UFO VII) and High Field Short Wavelength (HFSW XIII), Arcachon (France), Abstract (135_Teisset.pdf) - 2009. - P. 1-3.

12. Dombi P. Dispersion management in femtosecond laser oscillators with highly dispersive mirrors / P. Dombi, P. Rбcz, M. Lenner, V. Pervak, F. Krausz // Opt. Express. - 2009. - Vol. 17. - N. 22. - P. 20598-20304.

13. Trubetskov M., Tikhonravov A., Pervak V. Time-domain approach for designing dispersive mirrors based on the needle optimization technique. Theory. // Opt. Express. - 2008. - Vol. 16. - N. 25. - P. 20637-20647.

14. Pervak V., Krausz F., Apolonski A. 1.5 octave dispersive dielectric multilayers for pulse compression // Proc. SPIE. - 2008. - Vol. 7101. - P. 710116p1-7.

15. Pervak V.Yu., Telyatnikov V.O., Pervak Yu.O. Starting designs for broad-band chirped mirrors // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. - 2008. - Vol. 11. - N. 2. - P. 154-158.

16. Pervak Yu.O., Onitchuk V.M., Pervak V.Yu. Features of the super prism effect in multilayer dielectric coatings // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. - 2008. - Vol. 11. - N. 4. - P. 345-351.

17. Первак Ю.О., Первак В.Ю. Синтез багатошарових дзеркал з максимально високою дисперсією // Вісник Київського університету, серія фіз.-мат. наук. - 2008. - № 4. - C. 226-229.

18. Первак Ю.А., Первак В.Ю. Многослойные наноструктуры с высокой временной и пространственной дисперсией // Наносссистемы, наноматериалы, нанотехнологии. - 2008. - Т. 6. - № 3. - C. 1001-1008.

19. Pervak V. High-dispersive mirrors for femtosecond lasers / V. Pervak, C. Teisset, A. Sugita, S. Naumov, F. Krausz, A. Apolonski // Optics Express. - 2008. - Vol. 16. - N. 14. - P. 10220-10233.

20. Ozawa A. High Harmonic Frequency Combs for High Resolution Spectroscopy / A. Ozawa, J. Rauschenberger, Ch. Gohle, M. Herrmann, D. R. Walker, V. Pervak, A. Fernandez, R. Graf, A. Apolonski, R. Holzwarth, F. Krausz, T.W. Hдnsch, Th. Udem // Phys.Rev.Lett. - 2008. - Vol. 100. - P. 253901-1-4.

21. Fьlцp J A. Short pulse optical parametric chirped-pulse amplification for the gene-ration of high-power few-cycle pulses / J A. Fьlцp, Zs. Major, A. Henig, S. Kruber, R. Weingartner, T. Clausnitzer, E.-B. Kley, A. Tьnnermann, V. Pervak, A. Apolonski, J. Osterhoff, R. Hцrlein, F. Krausz, S. Karsch // New J. Phys. - 2007. - Vol. 9. - Issue. 12. - P. 438-1-438-11.

22. Pervak V. Chirped mirrors with low dispersion ripple / V. Pervak, S. Naumov, F. Krausz, A. Apolonski // Opt. Express. - 2007. - Vol. 15. - N. 21. - P. 13768-13772.

23. Goulielmakis E. Attosecond control and measurement: lightwave electronics / E. Goulielmakis, V. S. Yakovlev, A. L. Cavalieri, M. Uiberacker, V. Pervak, A. Apolonski, R. Kienberger, U. Kleineberg, F. Krausz // Science. - 2007. - Vol. 317. - Issue. 5839. - P. 769-775.

24. Cavalieri A. L. Intense 1.5-cycle near infrared laser waveforms and their use for the generation of ultrabroad-band soft-X-ray harmonic continua / A. L. Cavalieri, E. Goulielmakis, B. Horvath, W. Helm, M. Schultze, M. FieЯ, V. Pervak, L. Veisz, V. S. Yakovlev, M. Uiberacker, A. Apolonski, F. Krausz, R. Kienberger // New J. Phys. - 2007. - Vol. 9. - Issue. 7. - P. 242-1-242-12.

25. Tavella F. Dispersion management for a sub-10-fs, 10-TW optical parametric chirped-pulse amplifier / F. Tavella, Y. Nomura, L.Veisz, V. Pervak, A.Marcinkevicius, F. Krausz // Opt. Lett. - 2007. - Vol. 32. - N. 15. - P. 2227-2229.

26. Fernбndez A. Generation of 60-nJ sub-40-fs pulses at 70 MHz repetition rate from a Ti:sapphire chirped pulse-oscillator / A. Fernбndez, A. Verhoef, V.Pervak, G. Lermann, F. Krausz, A. Apolonski // Appl. Phys. B. - 2007. - Vol. 87. - N. 3. - P. 395-398.

27. Tempea G. Undistorted delivery of sub-15-fs pulses via high-numerical-aperture microscope objectives / G. Tempea, B. Povaћay, A. Assion, A. Iserman, W. Pervak, M. Kempe, A. Stingl, W. Drexler // Proc. SPIE. - 2007. - Vol. 6442. - 64420P.

28. Pervak V., Krausz F., Apolonski A. Dispersion control over the UV-VIS-NIR spectral range with HfO2/SiO2 chirped dielectric multilayers // Opt. Lett. - 2007. - Vol. 32. - N. 9. - P. 1183-1185.

29. Pervak V. Band filter: 2-material technology versus rugate / V. Pervak, A. V. Tikhonravov, M. K. Trubetskov, J. Pistner, F. Krausz, A. Apolonski // Appl. Opt. - 2007. - Vol. 46. - N. 8. - P. 1190-1194.

30. Pervak V., Krausz F., Apolonski A. Hafnium oxide films made by magnetron sputtering system // Thin Solid Films. - 2007. - Vol. 515. - P. 7984-7989.

31. Pervak V. 1.5-octave chirped mirror for pulse compression down to sub-3 fs / V. Pervak, A.V. Tikhonravov, M.K. Trubetskov, S. Naumov, F. Krausz, A. Apolonski // Appl. Phys. B. - 2007. - Vol. 87. - N. 1. - P. 5-12.

32. Pervak V. Synthesis and manufacturing the mirrors for ultrafast optics / V. Pervak, S. Naumov, G. Tempea, V. Yakovlev, F. Krausz, A. Apolonski // Proc. SPIE. - 2005. - Vol. 5963. - P. 490-499.

33. Ahmad I. Implementation of all-dispersive-mirror compressor for mJ-scale sub-20-fs chirped pulse amplifier / I. Ahmad, V. Pervak, S. A. Trushin, Zs. Major, S. Karsch, F. Krausz // in Conference on UtraFast Optics (UFO VII) and High Field Short Wavelength (HFSW XIII), Arcachon (France), Abstract (053Ahmad.pdf) - 2009. - P. 1-2.

34. Herrmann D. Generation of Three-cycle, 16 TW Light Pulses by use of Optical Parametric Chirped Pulse Amplification / D. Herrmann, L. Veisz, R. Tautz, A. Buck, F. Tavella, K. Schmid, V. Pervak, M. Scharrer, P. Russell, F. Krausz // in European Conference on Laser and Electrooptics and the European Quantum Electronics Conference (CLEO/Europe-EQEC), Conference Digest (CD). - 2009. - paper CG1.3Mon.

35. Ahmad I. Hybrid Pulse Compressor for 1.5 mJ, sub-23 fs CPA System / I. Ahmad, S. A. Trushin, V. Pervak, C. Wandt, S. Klingebiel, Z. Major, M. Siebold, F. Krausz, S. Karsch // in European Conference on Laser and Electrooptics and the European Quantum Electronics Conference (CLEO/Europe-EQEC), Conference Digest (CD). - 2009. - paper CF3.5Wed.

36. Dombi P. Dispersion management in femtosecond laser oscillators with highly dispersive mirrors / P. Dombi, P. Rбcz, M. Lenner, V. Pervak, F. Krausz // in European Conference on Laser and Electrooptics and the European Quantum Electronics Conference (CLEO/Europe-EQEC), Conference Digest (CD). - 2009. - paper CF1.4Wed.

37. Veisz L. A Multi-TW Few-Cycle Optical Parametric Chirped Pulse Amplifier / L. Veisz, D. Herrmann, R. Tautz, F. Tavella, A. Buck, K. Schmid, V. Pervak, M. Scharrer, P. Russell, F. Krausz // in Conference on Lasers and Electro-Optics/International Quantum Electronics Conference, OSA Technical Digest (CD) (Optical Society of America). - 2009. - paper JWB3.

38. Herrmann D. Generation of 8 fs, 125 mJ Pulses through Optical Parametric Chirped Pulse Amplification / D. Herrmann, L. Veisz, F. Tavella, K. Schmid, R. Tautz, A. Buck, V. Pervak, F. Krausz // in Advanced Solid-State Photonics, OSA Technical Digest Series (CD) (Optical Society of America). - 2009. - paper WA3.

39. Ahmad I. Optically Synchronized Frontend for High-Power Short-Pulse OPCPA System / I. Ahmad, S. Trushin, Z. Major, C. Wandt, S. Klingebiel, V. Pervak, A. Popp, T. Wang, M. Siebold, A. Apolonskiy, F. Krausz, S. Karsch // in Advanced Solid-State Photonics, OSA Technical Digest Series (CD) (Optical Society of America). - 2009. - paper TuB8.

40. Major Z. OPA Development on the Petawatt Field Synthesizer / Z. Major, T. Wang, I. Ahmad, S. Trushin, J. A. Fьlцp, A. Henig, S. Kruber, R. Weingartner, M. Siebold, J. Hein, C. Wandt, S. Klingebiel, A. Popp, J. Osterhoff, R. Hцrlein, V. Pervak, A. Apolonskiy, F. Krausz, S. Karsch // in Advanced Solid-State Photonics, OSA Technical Digest Series (CD) (Optical Society of America). - 2009. - paper MB5.

41. Pervak V., Goulielmakis E.. Design considerations for high damage threshold VUV mirrors // SPIE Euorope Optics+Optoelectronics,Prague, Advance Technical Programme. - 2009. - P. 24

42. Pervak V. All dispersive mirrors compressor for femtosecond lasers / V. Pervak, C. Teisset, A. Sugita, F. Krausz, A. Apolonski // in XVI International Conference on Ultrafast Phenomena. Conference Digest (CD). - 2008. - paper MONId.14.

43. Ozawa A. High Harmonic Frequency Combs for High Resolution Spectroscopy / A. Ozawa, J. Rauschenberger, Ch. Gohle, M. Herrmann, D. R. Walker, V. Pervak, A. Fernandez, A. Apolonski, R. Holzwarth, Th. Udem, F. Krausz, T. W. Hдnsch // in XVI International Conference on Ultrafast Phenomena. Conference Digest (CD). - 2008. - paper WED2a4.

44. Ishii N. Development of a Few-Cycle Infrared OPCPA System and Its Use in High Harmonic Generation / N. Ishii, X. Gu, T. Fuji, M. Schultze, V. Pervak, R. Holzwarth, R. Butkus, H. Ishizuki, T. Taira, R. Hartmann, S. Roither, M. Kitzler, A. Baltuska, A. Piskarskas, F. Krausz // in Conference on Lasers and Electro-Optics/Quantum Electronics and Laser Science Confe-rence and Photonic Applications Systems Technologies, OSA Technical Digest Series (CD) (Optical Society of America). - 2007. - paper CMK2.

45. Pervak V., Krausz F., Apolonski A. Advanced femtosecond optics for the UV-VIS-IR range // in CLEO/Europe and IQEC 2007 Conference Digest, (Optical Society of America). - 2007. - paper CF9_4.

46. Pervak V. Highly dispersive mirrors for Ti:sapphire laser compressors / V. Pervak, S. Naumov, A. Cavalieri, X. Gu, F. Krausz, A. Apolonski // in CLEO/Europe and IQEC 2007 Conference Digest, (Optical Society of America). - 2007. - paper CF_14.

47. Kleineberg U. Chirped Multilayer Soft X-Ray Mirrors for Attosecond Soft X-Ray Pulses / U. Kleineberg, M. Hofstetter, A. Apolonskiy, V. Pervak, E. Goulielmakis, M. Schultze, M. Uiberacker, V. Yakovlev, and F. Krausz // in Frontiers in Optics, OSA Technical Digest (CD) (Optical Society of America). - 2007. - paper FTuF4.

48. Tempea G. F. Optical Interference Coatings for Femtosecond Nonlinear Microscopy / G. F. Tempea, B. Povaћay, A. Assion, A. Isemann, W. Pervak, M. Kempe, A. Stingl, W. Drexler // in Optical Interference Coatings, OSA Technical Digest (CD) (Optical Society of America). - 2007. - paper ThC7.

49. Pervak V. Advanced Dispersive Optics for the VIS-IR Range / V. Pervak, S. Naumov, A. Cavalieri, X. Gu, M. K. Trubetskov, A. V. Tikhonravov, F. Krausz, A. Apolonski // in Optical Interference Coatings, OSA Technical Digest (CD) (Optical Society of America). - 2007. - paper WA9.

50. Tikhonravov A. V. Design, Fabrication and Reverse Engineering of Broad Band Chirped Mirrors / A. V. Tikhonravov, M. K. Trubetskov, V. Pervak, F. Krausz, A. Apolonski // in Optical Interference Coatings. OSA Technical Digest (CD) (Optical Society of America). - 2007. - paper: WB4.

51. Tempea G. F. All-Chirped-Mirror Pulse Compressor for Nonlinear Microscopy / G. F. Tempea, B. Povaћay, A. Assion, A. Isemann, W. Pervak, M. Kempe, A. Stingl, W. Drexler // in Biomedical Optics, Technical Digest (CD) (Optical Society of America). - 2006. - paper WF2.

52. Tempea G. F. All-Chirped-Mirror Pulse Compressor for Nonlinear Microscopy/ G. F. Tempea, B. Povaћay, A. Assion, A. Isemann, W. Pervak, M. Kempe, M. Kempe, A. Stingl, W. Drexler // in Conference on Lasers and Electro-Optics/Quantum Electronics and Laser Science Conference and Photonic Applications Systems Technologies, Technical Digest (CD) (Optical Society of America). - 2006. - paper CMMM3.

53. Pervak V. Synthesis and manufacturing the mirrors for ultrafast optics / V. Pervak, S. Naumov, G. Tempea, V. Yakovlev, F. Krausz, A. Apolonski // in Optical system design Abstracts, Advances in Optical Thin Films II, Jena, Germany. - 2005. - 59631P.

54. Veisz L. A few-cycle 16 TW optical parametric chirped pulse amplification system and its application to electron acceleration / L. Veisz, D. Herrmann, R. Tautz, K. Schmid, A. Buck, C. Sears, F. Tavella, V. Pervak, J. Mikhailova, S. Benavides, B. Hidding, U. Schramm, M. Geissler, J. Meyer-ter-Vehn, D. Habs, F. Krausz. // in Conference on UtraFast Optics (UFO VII) and High Field Short Wavelength (HFSW XIII), Arcachon (France), Abstract (121_Veisz.pdf) - 2009. - P. 1-3.

55. Pervak V. All dispersive mirror compressor // in The International conference on optical thin film and coating technology “FOC 2009. Frontiers of optical coatings”, Conference Program (WD-3), XiAn, China. - 2009. - P.27.

Первак В.Ю. Дисперсійні наноструктури для генерації і трансформації ультракоротких світлових імпульсів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.05 - оптика, лазерна фізика. - Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2010.

Узагальнено результати дослідження багатошарових інтерференційних наноструктур для дисперсійного контролю ультракоротких світлових імпульсів, розробки і розвитку методів синтезу таких структур. Вперше розроблено методи синтезу та виготовлено унікальні дисперсійні дзеркала, що суттєво розширюють можливості систем генерації фемто і аттосекундних імпульсів. Запропоновано нову концепцію синтезу дисперсійних наноструктур, придатних для стиснення імпульсів з тривалістю менше 5 фс. Створено метод синтезу дисперсійних дзеркал з двома робочими кутами, що вирішуе проблему ефективного подавлення залишкових осциляцій дисперсії групової затримки. Доведено реальність розв'язання оберненої спектральної задачі для синтезу структур, здатних стискувати оптичні імпульси до тривалості менше 3 фс в спектральному діапазоні 400-1200 нм та до тривалості менше 2 фс в спектральному діапазоні 300-900 нм. Показано досяжність дисперсії до 105 фс2 за допомогою високо дисперсійних чирпованих багатошарових діелектричних дзеркал, що відкриває шлях до створення простих і компактних фемтосекундних лазерних систем з єнергією в 0,1 ТВт без призм і дифракційних граток. Вперше продемонстовано стиснення ультракоротких світлових імпульсів тривалістю 19 фс після їх підсилення з попереднім розширенням до практично попереднього рівня тривалості і вихідної енергії більше 90% за допомогою компресору, який складається виключно з дисперсійних дзеркал. Створено новий алгоритм і удосконалено техніку вимірювання дисперсійних характеристик багатошарових структур (групова затримка і дисперсія групової затримки) за допомогою інтерферометру білого світла. Точність визначення групової затримки і дисперсії групової затримки складає приблизно 0,3% і 4%, відповідно. Показано теоретично, реалізовано і перевірено експериментально в лазерних системах на Ti:Sa можливість створення чирпованих дзеркал з низьким рівнем осциляції дисперсії і їх здатність компенсувати дисперсію реальних оптичних матеріалів. Розглянуто різноманітні схеми лазерних систем з застосуванням чирпованих дзеркал.

Ключові слова: чирповане дзеркало, дисперсійне дзеркало, ультракороткий світловий імпульс.

Pervak V. Ju. Dispersive nanostructures for generation and a trans-formation of ultrashort light impulses. - Manuscript.

Thesis for the scientific degree of doctor of physical and mathematical sciences, speciality 01.04.05 - optics, laser physics. - Taras Schevchenko Kiev National University, Kyiv, 2010. The results, developments and future visions of the synthesis methods of multilayer interference nanostructure for dispersive control ultrashort light pulses are summarized. For the first time, methods of synthesis are developed and unique dispersive mirrors are fabricated, they significantly improve performance of generation of femto- and atto- seconds pulses. New synthesis approach of dispersive nanostructures for compression of pulse down to sub-5-fs is suggested. Double-angle dispersive mirrors design approach is developed; this approach solves a problem suppression of the group delay dispersion residual oscillations. For the first time, the solution of the inverse spectral problem for a synthesis of multilayer structures is demonstrated, results in compression of optical pulse down to sub-3-fs in wavelength range of 400-1200 nm and down to sub-2-fs in wavelength region of 300-900 nm. The level of dispersion up to 105 fs2 with high dispersive multilayer dielectric mirrors becomes available. One opens a way to create simple and compact femtosecond laser system with 0.1 TW scale without a prism and grating. For the first time, a compression of ultrashort pulse with duration of 19 fs after its amplification with prior stretching down to almost initial pulse duration and with a throughput >90% is demonstrated by compressor contains of only dispersive mirrors. A new evaluation algorithm and improvement in a measurement technique of dispersion characteristic (group delay and group delay dispersion) of multilayer structures is developed by using of white light interferometer. The precision of determination of the group delay and group delay dispersion is 0.3 % and 4%, respectively. The chirped mirrors for Ti:Sa laser system with low level of dispersion oscillations and its feasibility to compensate real optical materials is theoretically and experimentally demonstrated. A different laser system with using chirped mirrors are considered.

Keywords: a chirped mirror, a dispersive mirror, an ultrashort light pulse.

Первак В.Ю. Дисперсионные наноструктуры для генерации и трансформации ультракоротких световых импульсов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.05 - оптика, лазерная физика. - Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев, 2010.

Обобщены результаты исследования многослойных интерференционных наноструктур для дисперсионного контроля ультракоротких световых импульсов, разработки и развития методов синтеза таких структур. Впервые разработаны методы синтеза и изготовлены уникальные дисперсионные зеркала, которые существенно расширяют возможности систем генерации фемто и аттосекундних импульсов. Предложена новая концепция синтеза дисперсионных наноструктур, пригодных для сжатия импульсов с длитель-ностью менее 5 фс. Создан метод синтеза дисперсионных зеркал с двумя рабочими углами, что решает проблему эффективного подавлення остаточных осцилляций дисперсии групповой задержки. Доказана реальность решения обратной спектральной задачи при синтезе структур, способных сжимать оптические импульсы до длительности менее 3 фс в спектральном диапазоне 400-1200 нм и до длительности менее 2 фс в спектральном диапазоне 300-900 нм. Показана досягаемость дисперсии до 105 фс2 с помощью высоко дисперсионных чирпованих многослойных диэлектрических зеркал, что открывает путь к созданию простых и компактных фемтосекундних лазерных систем с енергией в 0,1 ТВт без призм и дифракционных решеток. Впервые продемонстрировано сжатие ультракоротких световых импульсов длительностью 19 фс после их усиления с предварительным расширением до практически первоначального уровня длительности и исходной энергии больше 90% с помощью компрессора, который состоит исключительно из дисперсионных зеркал. Создан новый алгоритм и усовершенствовано технику измерения дисперсионных характеристик многослойных структур (групповая задержка и дисперсия групповой задержки) с помощью интерферометра белого света. Точность определения групповой задержки и дисперсии групповой задержки составляет приблизительно 0,3% и 4%, соответственно. Показано теоретически, реализовано и проверено экспериментально в лазерных системах на Ti:sa возможность создания чирпованих зеркал с низким уровнем осцилляции дисперсии и их способность компенсировать дисперсию реальных оптических материалов. Рассмотрены разнообразные схемы лазерных систем с применением чирпованих зеркал.

Ключевые слова: чирпованное зеркало, дисперсионное зеркало, ультракороткий световой импульс.

Размещено на Allbest.ru