Generace extrémně krátkých laserových pulzů v nelineárním prostředí s negativní disperzí grupových rychlostí

• Název práce v češtině: Generace extrémně krátkých laserových pulzů v nelineárním prostředí s negativní disperzí grupových rychlostí
• Název v anglickém jazyce: Generation of of extremely short laser pulses in nonlinear media with negative group velocity dispersion
• Klíčová slova: Ultrakrátké pulzy|nelineární optika|charakterizace ultrakrátkých pulzů|generace vysokých harmonických frekvencí
• Klíčová slova anglicky: Ultrashort pulses|nonlinear optics|characterization of ultrashort pulses|high harmonic generation
• Akademický rok vypsání: 2022/2023
• Typ práce: diplomová práce
• Ústav: Katedra chemické fyziky a optiky (32-KCHFO)
• Vedoucí / školitel: doc. RNDr. Martin Kozák, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 01.01.2023
• Datum zadání: 06.01.2023
• Datum potvrzení stud. oddělením: 21.04.2023

Zásady pro vypracování

Rozvoj laserové technologie umožnil v nedávné době generaci optických pulzů, které obsahují pouze několik kmitů elektromagnetického pole. Generaci takto krátkých pulzů je možné dosáhnout několika způsoby. Ten nejrozšířenější je založený na rozšíření spektra krátkého pulzu pomocí optických nelineárních jevů, zejména automodulace fáze, a následné stlačení pulzu v časové oblasti pomocí kompenzace disperze speciálními dielektrickými zrcadly či kombinací mřížkových a hranolových kompresorů. Existuje ovšem také režim, při kterém se krátké laserové pulzy při nelineárním šíření materiálem dále zkracují a v krajním případě mohou dosáhnout délky jedné oscilace elektromagnetického pole. Tento režim vyžaduje, aby disperze grupových rychlostí v použitém materiálu měla záporné znaménko. Tato podmínka je splněna pro většinu transparentních optických materiálů v blízké až střední infračervené oblasti. Cílem této práce bude studovat samostlačování ultrakrátkých infračervených pulzů, výsledné pulzy charakterizovat a použít v experimentálním zkoumání generace vysokých harmonických frekvencí.
Uchazeč se nejprve seznámí s principy generace a samostlačení ultrakrátkých laserových pulzů se stabilní fází vůči obálce v nelineárním prostředí s negativní disperzí grupových rychlostí. V experimentální části práce bude využito uspořádání generující pulzy ve střední infračervené oblasti pomocí nekolineární parametrické generace a generace rozdílové frekvence v nelineárních krystalech, které je čerpané pevnolátkovým femtosekundovým laserem s ytterbiem-dopovaným aktivním prostředím. Ultrakrátké pulzy vystupující z tohoto uspořádání budou stlačovány k limitu jednoho kmitu elektromagnetického pole v rámci intenzitní obálky pulzu a charakterizovány pomocí frekvenčně-rozlišeného optického spínání (FROG, z angl. frequency-resolved optical gating) či pomocí metody disperzního skenování (D-scan). Nelineární šíření pulzu v materiálu bude numericky simulováno pomocí řešení 1D zobecněné Schrödingerovy rovnice. Stlačené pulzy budou použity ke generaci vysokých harmonických frekvencí, kde budeme zejména studovat závislost generovaných spekter na fázi pole pulzu vůči obálce.

Seznam odborné literatury

R. Boyd, Nonlinear Optics, Academic Press 2003.
F. X. Kärtner: Few-Cycle Laser Pulse Generation and Its Applications, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2004.
Rullière, Claude (Ed.): Femtosecond Laser Pulses: Principles and Experiments, Springer-Verlag, Berlin, 2005.
J.-C. Diels, W. Rudolph: Ultrashort laser pulse phenomena, Elsevier, Heidelberg, 2006.
C. D. Lin, Anh-Thu Le, Cheng Jin, Hui Wei: Attosecond and Strong-Field Physics: Principles and Applications, Cambridge University Press, Cambridge, 2018.
J. Shah: Ultrafast Spectroscopy of Semiconductors and Semiconductor Nanostructures, Springer, Berlin, 1996.