ИСТИНА

Генерация гармоник высокого порядка в газовых средах является одним из ключевых явлений оптической физики сильных полей, лежащим в основе технологии генерации аттосекундных импульсов. С появлением источников сверхкоротких лазерных импульсов среднего инфракрасного диапазона все больший интерес вызывает явление генерация гармоник в твердых телах. В ходе реализации проекта будут изучены различные физические сценарии, приводящие к генерации оптических гармоник высокого порядка при облучении интенсивными сверхкороткими ИК импульсами твердых тел, обладающие различными оптическими свойствами и параметрами кристаллической решетки. Эксперименты будут реализованы на лазерных системах, генерирующие излучение во всем ближнем и среднем ИК диапазоне от 1 до 10 мкм с длительностью до нескольких периодов поля и субгигаваттной пиковой мощностью. Наблюдаемые в экспериментах явления будут проанализированы с помощью квантово-механической модели на основе системы уравнений Максвелла-Блоха для полупроводников. Ожидается, что будут выявлены различные пути формирования гармоник в зависимости от центральной длины волны и пиковой мощности излучения накачки, ширины запрещенной зоны, наличия легко ионизирующихся примесей, выбора кристаллической структуры твердого тела и других параметров. В качестве результатов исследований мы ожидаем возникновение абсолютно новых подходов к оптическому зондированию электронно-дырочной подсистемы твердых тел с высоким временным разрешением. Использование оптического излучения позволяет проводить исследования внутри объема твердых тел или на внутренних границах многослойных структур. Высокая нелинейность отклика позволяет достигать высокой пространственной локальности зондирования свойств композитного материала.

Generation of high-order harmonics in gas media is one of the key phenomena of optical physics of strong fields, which is the basis of the technology of generating attosecond pulses. With the advent of sources of ultrashort laser pulses of the middle infrared range, the generation of harmonics in solids is of increasing interest. In the course of the project implementation, various physical scenarios will be studied that lead to the generation of high-order optical harmonics upon irradiation with intense ultra-short IR pulses of solids having different optical properties and crystal lattice parameters. The experiments will be implemented on laser systems that generate radiation in the entire near and middle IR range from 1 to 10 μm with a duration of up to several field periods and a subhygawatt peak power. The phenomena observed in the experiments will be analyzed using a quantum mechanical model based on the system of Maxwell-Bloch equations for semiconductors. It is expected that different ways of harmonics formation will be revealed depending on the central wavelength and the peak power of pumping radiation, the width of the forbidden band, the presence of easily ionizable impurities, the choice of the crystal structure of the solid, and other parameters. As research results, we expect the emergence of completely new approaches to optical probing of the electron-hole subsystem of solids with a high temporal resolution. The use of optical radiation makes it possible to carry out investigations within the volume of solids or on the inner boundaries of multilayer structures. High nonlinearity of the response makes it possible to achieve high spatial locality of probing the properties of the composite material.

В качестве результатов исследований мы ожидаем возникновение абсолютно новых подходов к оптическому зондированию электронно-дырочной подсистемы твердых тел с высоким временным разрешением. Использование оптического излучения позволяет проводить исследования внутри объема твердых тел или на внутренних границах многослойных структур. Высокая нелинейность отклика позволяет достигать высокой пространственной локальности зондирования свойств композитного материала. В ходе развития проекта будут исследованы физические сценарии, приводящие к генерации оптических гармоник высокого порядка. Ожидаются различные пути формирования гармоник в зависимости от центральной длины волны и пиковой мощности излучения накачки, ширины запрещенной зоны, наличия легко ионизирующихся примесей, выбора кристаллической структуры твердого тела и других параметров.

Имеющийся у коллектива задел по предлагаемому проекту включает следующие научные результаты, разработанные теоретические и экспериментальные методик: - развита и реализована методика генерации перестраиваемых по длине волны от 3 до 10 мкм сверхкоротких импульсов с длительностью от 80 до 250 фс; - продемонстрированы пути генерации импульсов длительностью около одного периода поля в широком окне среднего ИК диапазона на длинах волн от 5.2 до 7.9 мкм; - выявлены физические сценарии и продемонстрировано в эксперименте формирование импульса длительностью менее одного периода поля на длине волны 6.8 мкм; - разработана методика спектрально-временной характеризации импульсов всего среднего ИК диапазона в процессе регистрации сигнала с разрешением по частоте четырехволнового смешения исследуемого импульса с эталонным в газе;

Разработана векторная аналитическая модель генерации четных и нечетных оптических гармоник при бигармонической накачке сверхкороткими лазерными импульсами на основе квазибаллистического движения носителей заряда по энергетической зоне Проведены эксперименты по генерации оптических гармоник из монокристаллов полупроводников ZnSe и ZnS