Защита в ИПФ: Игорь Кузьмин

Наступило время для нашей постоянной рубрики «Защита в ИПФ». В ней мы рассказываем о сотрудниках Института прикладной физики РАН, которые защитили недавно защитили свои диссертации.

Сегодня о своей работе нам расскажет младший научный сотрудник лаборатории пространственно-временного профилирования фемтосекундного лазерного излучения Игорь Кузьмин.

Тема моей работы – Управление параметрами лазерных импульсов для генерации электронных сгустков в фотоинжекторах.

Фотоинжектор – устройство для генерации электронных пучков, в которых применяются высокочастотные пушки с фотокатодом, эмитирующим электроны под действием лазерного излучения. Лазерные импульсы ультрафиолетового диапазона со специальной пространственно-временной формой применяются для генерации профилированных электронных сгустков с поверхности фотокатода.

Такие электронные сгустки востребованы при ускорении заряженных частиц в поле кильватерной волны, генерации мощного терагерцового излучения, а также в линейных ускорителях. Например, для минимизации нормализованного поперечного эмиттанса (объем, занимаемый частицами сгустка в пространстве координат и углов наклона траектории) необходимо распределение пространственного заряда в форме эллипсоида.

При ускорении заряженных частиц в поле кильватерной волны, возбуждаемой электронным сгустком, необходимо чтобы плотность заряда сгустка линейно возрастала во времени, поскольку в этом случае возбуждение кильватерной волны происходит наиболее эффективно. При генерации терагерцового излучения востребованы электронные сгустки, имеющие модуляцию электронной плотности с периодом ~1 пс, что позволяет стабилизировать фазу высокочастотного поля относительно огибающей терагерцового импульса.

Используемые в фотоинжекторах фотокатоды (например, Cs2Te) обладают наиболее высоким квантовым выходом в ультрафиолетовой области спектра. При этом, как правило, управление формой широкополосных лазерных импульсов осуществляется в инфракрасной области спектра. Поэтому необходимо преобразовать излучение в видимый и ультрафиолетовый диапазоны с высокой эффективностью и сохранением 3D структуры поля. Тем самым, моей задачей было разработка методов формирования лазерных импульсов с различной пространственно-временной формой в инфракрасном диапазоне и их преобразования в ультрафиолетовый диапазон с сохранением 3D распределения интенсивности.

В отдел нелинейной и лазерной оптики, я пришел в 2016 году, когда поступил в аспирантуру ИПФ РАН. До этого я был сотрудником отдела элементной базы лазерных систем, но позже, я присоединился к группе Сергея Миронова. Что, оглядываясь назад, было, безусловно, верным решением.

Я участвовал в разработке методов управления 3D распределением интенсивности сильно чирпированных лазерных импульсов с длительностью в десятки пикосекунд. В экспериментах были сформированы импульсы с линейно нарастающим распределением интенсивности во времени, а также импульсы, имеющие периодическую модуляцию интенсивности во времени на терагерцовой частоте. С помощью численного моделирования определил условия для генерации второй, третьей и четвертой гармоник широкополосных профилированных лазерных импульсов с высокой эффективностью и сохранением 3D структуры поля, в том числе и при наличии периодической модуляции интенсивности. Также с помощью численного моделирования мной были рассмотрены способы корректной диагностики 3D распределения интенсивности профилированных лазерных импульсов, а также малопериодных лазерных импульсов.

В целом, исследования по формированию лазерных импульсов пикосекундной длительности со сложной пространственно-временной формой не закончены и требуют продолжения. Как и сопутствующие вопросы, связанные с нелинейными эффектами при взаимодействии мощных широкополосных лазерных импульсов с веществом.