2015: Квантово-механическая теория генерации терагерцового излучения протяженными газовыми средами

Учеными физфака МГУ исследовано частотно-угловое распределение THz излучения, полученного в результате облучения протяженных газовых сред двухчастотными лазерными полями в доионизационном режиме взаимодействия.

С использование уникального непертурбативного квантово-механического подхода к описанию взаимодействия произвольно поляризованного излучения с одиночным атомом была исследована эффективность генерации терагерцового (ТГц) излучения атомами Ar и Ne, взаимодействующими с двухчастотными ω+2ω лазерными импульсами Ti:Sa и Cr:F лазеров, при изменении временной задержки между импульсами с аттосекундным разрешением. Показано, что независимо от типа атома, относительной поляризации компонент поля и длин волн падающего излучения, эта зависимость имеет осциллирующий характер с периодом, равным половине периода осцилляций поля второй гармоники (2ω). Учитывая дисперсию газовой среды, осцилляторная зависимость от времени может быть преобразована в зависимость от координаты положения атома в среде. В предположении, что все атомы среды излучают независимо, а также учитывая пространственное распределение интенсивности лазерного поля, мы рассчитали частотно-угловое распределение ТГц излучения, генерируемого ансамблем невзаимодействующих атомов, для различных длин и ширин газовой среды. Исследования показали, что пространственное распределение имеет коническую структуру для сравнительно небольших ТГц частот (~1ТГц), излучение на частотах ~10 ТГц помимо конической структуры содержит дополнительные поперечные максимумы. Вид пространственного распределения зависит от геометрических размеров газовой среды. Отметим, что наличие конической структуры распределения ТГц поля в доионизационном режиме взаимодействия (когда интенсивностей лазерных полей недостаточно для образования плазменного канала), позволяет предложить новый способ объяснения такого распределения поля и в случае генерации его при распространении филаментов, поскольку в последнем случае считалось, что коническая структура пространственного распределения ТГц излучения связана со специфическими условиями фазового синхронизма при наличии керровских и плазменных нелинейностей.

Результаты этой работы были опубликованы в статье: S.Yu. Stremoukhov and A.V. Andreev, “Spatial variations of the intensity of THz radiation emitted by extended media in two-color laser fields”, Laser Phys. Lett. 12, 015402 (2015).