Carrier-envelope phase effect on light bullet dynamics

Abstract

A light bullet (LB) is a wave packet of a few optical cycles that is extremely compressed in space and time, which is formed in the bulk transparent dielectric during femtosecond filamentation under anomalous group velocity dispersion. We demonstrate for the first time that the carrier-envelope phase shift during propagation of a near single-cycle LB causes synchronous oscillations of the spatial, temporal and energy parameters of its core with the period decreasing with increasing carrier wavelength. When analyzing the structure of color centers and induced plasma channels in fluorides, it was experimentally found that LB parameter oscillations lead to a periodic change in the nonlinear optical interaction with the dielectric.

Влияние Материальной Дисперсии На Осцилляции Одноциклового Волнового Пакета

“…Развитие сверхскоростной метрологии электронных процессов в атомных системах и биологических объектах неразрывно связано с оптикой биполярных и униполярных импульсов, длительность которых близка к одному периоду оптических осцилляций [1][2][3]. Нелинейнооптическое воздействие предельно коротких биполярных импульсов на исследуемые объекты определяется не только амплитудой светового поля, но и фазой его осцилляций [4][5][6][7][8]. Максимальная напряженность электрического поля в косинус-моде биполярного импульса, при которой максимум его огибающей совпадает с максимумом оптических осцилляций, существенно выше, чем в синус-моде, при которой в максимуме огибающей поле обращается в ноль.…”

“…Отличие в величине максимальной напряженности электрического поля косинуси синус-мод импульса возрастает с уменьшением в нем числа оптических осцилляций и наиболее существенно для одноцикловых импульсов ближнего и среднего ИК диапазона, при которых достигается атомный масштаб временного разрешения в спектроскопии. При этом в процессе распространения одноциклового биполярного импульса в среде с материальной дисперсией происходит периодическая смена косинус-и синус-мод вследствие сдвига фазы между его огибающей и несущей частотой (Carrier-Envelope Phase, CEP), вызванного различием фазовой и групповой скоростей [1,2,8].…”

“…Ядро СП содержит около 10% энергии волнового пакета, пиковая напряженность электрического поля соответствует интенсивности ∼ 50 TW/cm 2 . При распространении СП пространственные, временные и энергетические параметры ее ядра синхронно осциллируют, что вызывает периодическое изменение эффективности нелинейнооптического взаимодействия СП со средой [8,12]. В прозрачных диэлектриках период осцилляций СП среднего ИК диапазона составляет несколько десятков микрометров и уменьшается с увеличением несущей длины волны.…”

“…Максимум модуля напряженности электрического поля |E| max и параметры ядра СП осциллируют вследствие дисперсионного сдвига фаз огибающей и несущей при ее распространении подобно напряженности поля в гауссовом импульсе с гармонической несущей. Для периода осцилляций z (λ) параметров СП возможно применение оценки (2), записанной для гауссова импульса с гармонической несущей в линейной диспергирующей среде [8]. При этом отклонение аналитической оценки z периода осцилляций |E| max СП, полученной по (2) с табличными значениями V gr (λ), V ph (λ), от значений z , определенных из численного решения однонаправленного уравнения распространения (UPPE), достигает 10% для рассматриваемых диэлектриков (рис.…”

Material dispersion effect on the oscillations of a single-cycle wave packet

“…The development of ultrafast metrology of electronic processes in atomic systems and biological objects is inextricably linked with the optics of bipolar and unipolar pulses, the duration of which is close to one period of optical oscillations [1][2][3]. The nonlinear optical action of extremely short bipolar pulses on the objects under study is determined not only by the amplitude of the light field, but also by the phase of its oscillations [4][5][6][7][8]. The maximum electric field strength in the cosine mode of a bipolar pulse, at which the maximum of its envelope coincides with the maximum of optical oscillations, is significantly higher than in the sine mode, at which the field turns to zero at the maximum of the envelope.…”