zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-1698Research ArticleНЕЛИНЕЙНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯNONLINEAR SPECTROSCOPYНемонотонная зависимость порога вынужденного комбинационного рассеяния 240-фс импульсов вблизи поверхности воздух–ПММАNon-monotonic dependence of the 240-fs pulses stimulated Raman scattering threshold near the AIR–PMMA surfaceПершинС. М.PershinS. M.

Москва

Moscow

pershin@kapella.gpi.ruГришинМ. Я.GrishinM. Ya.

Москва

Moscow

ЗавозинВ. А.ZavozinV. A.

Москва

Moscow

ЛедневВ. Н.LednevV. N.

Москва

Moscow

ПонаринаМ. В.PonarinaM. V.

Москва

Moscow

БолдинГ. А.BoldinG. A.

Москва

Moscow

ХодасевичИ. А.KhodasevichI. A.

Минск

Minsk

ОрловичВ. А.OrlovichV. A.

Минск

Minsk

v.orlovich@ifanbel.bas-net.byИнститут общей физики им. А. М. Прохорова РАНProkhorov General Physics Institute of the Russian Academy of SciencesИнститут физики НАН БеларусиB. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences of Belarus202415112024916799803Copyright © Першин С.М., Гришин М.Я., Завозин В.А., Леднев В.Н., Понарина М.В., Болдин Г.А., Ходасевич И.А., Орлович В.А., 20242024Першин С.М., Гришин М.Я., Завозин В.А., Леднев В.Н., Понарина М.В., Болдин Г.А., Ходасевич И.А., Орлович В.А.Pershin S.M., Grishin M.Y., Zavozin V.A., Lednev V.N., Ponarina M.V., Boldin G.A., Khodasevich I.A., Orlovich V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/1698

Обнаружена немонотонная зависимость порога вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР) 240-фс импульсов второй гармоники волоконного иттербиевого лазера (515 нм, 3 Гц, до 11 мкДж/импульс) в органическом стекле (полиметилметакрилат, ПММА) на валентных колебаниях С-Н при перемещении перетяжки фокусированного пучка (линза F = 16 мм) из воздуха в объем образца. Первый минимум порога (~2 мкДж) выявлен при совмещении перетяжки с поверхностью. При этом максимальная интенсивность и максимальный нелинейный показатель преломления (нелинейной линзы) поддерживают каналирование накачки в среде на максимальной длине экспоненциального усиления ВКР с учетом того, что половина каустики пучка в воздухе. Второй минимум достигается при перемещении всей каустики пучка, растянутой по оси пучка из-за сферической аберрации в слое ~1.8 мм у поверхности образца. Последующее перемещение перетяжки сопровождалось пятикратным ростом порога ВКР из-за преобразования части энергии импульса накачки (515 нм) в стоксову компоненту (605 нм), импульс которой смещается вперед из-за дисперсии показателя преломления и групповых скоростей. Запаздывание импульса накачки разрушает синергетический фактор воздействия, что снижает вероятность пробоя при пятикратном росте энергии накачки. На толщине образца ПММА 10 мм запаздывание достигает ~480 фс. Пробой наблюдался при флуктуации накачки в окрестности минимального порога (2 мкДж) у входной поверхности образца ПММА.

For the first time to our knowledge, a non-monotonic dependence of the stimulated Raman scattering threshold of 240-fs second-harmonic pulses of an ytterbium fiber laser (515 nm, 3 Hz, up to 11 μJ/pulse) in organic glass (polymethylmethacrylate, PMMA) on the stretching C-H vibrations has been discovered when moving the waist of the focused beam (lens F = 16 mm) from air into the sample volume. The first minimum of the threshold (~2 μJ) is found when the waist combines with the surface. Here, the maximum intensity and the maximum value of the nonlinear refractive index (nonlinear lens) supports channeling of the pump in the medium at the maximum length of the Raman exponential gain, taking into account that half of the beam caustic is in air. The second minimum is achieved by moving the entire beam caustic, stretched along the beam axis due to spherical aberration in a layer of ~1.8 mm near the sample surface. The subsequent movement of the waist is accompanied by a 5-fold increase in the Raman threshold due to conversion of a part of the pump pulse energy (515 nm) into the Stokes component (605 nm), the pulse of which is shifted forward due to the dispersion of the refractive index and group velocities. This delay of the pump pulse destroys the synergetic factor of action, which reduces the probability of a breakdown with a 5-fold increase in pump energy. At the PMMA sample thickness (10 mm), the delay reaches a value of ~480 fs. Note that the breakdown is observed with pump fluctuations in the vicinity of the minimum threshold (2 μJ) at the input surface of the PMMA sample.

вынужденное комбинационное рассеяниефемтосекундный импульсснижение порога ВКРфокусировка вблизи поверхности образцадисперсия групповых скоростейstimulated Raman scatteringfemtosecond pulsesRaman threshold decreasingfocusing near the sample surfacegroup velocity dispersionРабота выполнена в рамках совместных белорусско-российских исследований Российского научного фонда (грант № 23-42-10019) и Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (проект № Ф23РНФ-040).ReferencesG. M. Krochik, Yu. G. Khronopulo. Sov. J. Quantum Electron., 5 (1975) 917—921G. M. Krochik, Yu. G. Khronopulo. Sov. J. Quantum Electron., 5 (1975) 917—921Y. Ganot, I. Bar. Appl. Phys. Lett., 107, N 13 (2015) 131108Y. Ganot, I. Bar. Appl. Phys. Lett., 107, N 13 (2015) 131108M. Yoshizawa, M. Kurosawa. Phys. Rev. A, 61, N 1 (1999) 013808M. Yoshizawa, M. Kurosawa. Phys. Rev. A, 61, N 1 (1999) 013808C. W. Freudiger, W. Min, B. G. Saar, S. Lu, G. R. Holtom, C. He, J. C. Tsai, J. X. Kang, X. S. Xie. Science, 322 (2008) 1857—1861C. W. Freudiger, W. Min, B. G. Saar, S. Lu, G. R. Holtom, C. He, J. C. Tsai, J. X. Kang, X. S. Xie. Science, 322 (2008) 1857—1861C. H. Camp, M. T. Cicerone. Nat. Photonics, 9 N 5 (2015) 295—305C. H. Camp, M. T. Cicerone. Nat. Photonics, 9 N 5 (2015) 295—305S. M. Pershin, M. Ya. Grishin, V. N. Lednev, P. A. Chizhov, V. A. Orlovich. Opt. Lett., 44 (2019) 5045—5048S. M. Pershin, M. Ya. Grishin, V. N. Lednev, P. A. Chizhov, V. A. Orlovich. Opt. Lett., 44 (2019) 5045—5048S. M. Pershin, M. Ya. Grishin, V. N. Lednev, P. A. Chizhov. JETP Lett., 109, N 7 (2019) 437—440S. M. Pershin, M. Ya. Grishin, V. N. Lednev, P. A. Chizhov. JETP Lett., 109, N 7 (2019) 437—440S. M. Pershin, A. I. Vodchits, I. A. Khodasevich, M. Ya. Grishin, V. N. Lednev, V. A. Orlovich, P. A. Chizhov. Opt. Lett., 45, N 19 (2020) 5624—5627S. M. Pershin, A. I. Vodchits, I. A. Khodasevich, M. Ya. Grishin, V. N. Lednev, V. A. Orlovich, P. A. Chizhov. Opt. Lett., 45, N 19 (2020) 5624—5627A. I. Vodchits, Y. P. Voinov, V. S. Gorelik, A. D. Kudryavtseva, V. A. Orlovich, N. V. Chernega. Bull. Lebedev Phys. Inst., 40, N 12 (2013) 329—334A. I. Vodchits, Y. P. Voinov, V. S. Gorelik, A. D. Kudryavtseva, V. A. Orlovich, N. V. Chernega. Bull. Lebedev Phys. Inst., 40, N 12 (2013) 329—334N. V. Tcherniega, A. Sokolovskaia, A. D. Kudryavtseva, R. Barille, G. Rivoire. Opt. Commun., 181 (2000) 197—205N. V. Tcherniega, A. Sokolovskaia, A. D. Kudryavtseva, R. Barille, G. Rivoire. Opt. Commun., 181 (2000) 197—205S. M. Pershin, A. I. Vodchits, I. A. Khodasevich, V. A. Orlovich, A. D. Kudryavtseva, N. V. Tcherniega. Quantum Electron., 52, N 3 (2022) 283—288S. M. Pershin, A. I. Vodchits, I. A. Khodasevich, V. A. Orlovich, A. D. Kudryavtseva, N. V. Tcherniega. Quantum Electron., 52, N 3 (2022) 283—288S. M. Pershin, A. I. Vodchits, V. A. Orlovich, M. Ya. Grishin, I. A. Khodasevich. Bull. Lebedev Phys. Inst., 51 (2024) 45—51S. M. Pershin, A. I. Vodchits, V. A. Orlovich, M. Ya. Grishin, I. A. Khodasevich. Bull. Lebedev Phys. Inst., 51 (2024) 45—51B. Hafizi, J. P. Palastro, J. R. Peñano, T. G. Jones, L. A. Johnson, M. H. Helle, D. Kaganovich, Y. H. Chen, A. B. Stamm. J. Opt. Soc. Am. B, 33, N 10 (2016) 2062—2072B. Hafizi, J. P. Palastro, J. R. Peñano, T. G. Jones, L. A. Johnson, M. H. Helle, D. Kaganovich, Y. H. Chen, A. B. Stamm. J. Opt. Soc. Am. B, 33, N 10 (2016) 2062—2072E. V. Barmina, N. N. Mel’nik, I. I. Rakov, G. A. Shafeev. Phys. Wave Phenom., 25, N 3 (2017) 165—169E. V. Barmina, N. N. Mel’nik, I. I. Rakov, G. A. Shafeev. Phys. Wave Phenom., 25, N 3 (2017) 165—169J. Chen, J. Li, L. Xu, W. Hong, Yu. Yang, X. Chen. Polymers, 11, N 4 (2019) 601—613J. Chen, J. Li, L. Xu, W. Hong, Yu. Yang, X. Chen. Polymers, 11, N 4 (2019) 601—613R. W. Boyd. Nonlinear Optics, New York, Academic Press (2020) 459—493R. W. Boyd. Nonlinear Optics, New York, Academic Press (2020) 459—493P. A. Chizhov, M. Ya. Grishin, S. M. Pershin, V. N. Lednev, V. V. Bukin. Opt. Lett., 46, N 11 (2021) 2686—2689P. A. Chizhov, M. Ya. Grishin, S. M. Pershin, V. N. Lednev, V. V. Bukin. Opt. Lett., 46, N 11 (2021) 2686—2689M. A. Bolshov, Yu. I. Golyaev, V. S. Dneprovskii, I. I. Nurminskii. Sov. Phys. JETP, 30, N 2 (1970) 190—193M. A. Bolshov, Yu. I. Golyaev, V. S. Dneprovskii, I. I. Nurminskii. Sov. Phys. JETP, 30, N 2 (1970) 190—193

The authors declare that there are no conflicts of interest present.