Обычные электромагнитные волны, знакомые нам всем со школьного курса физики, являются биполярными. В них вектор напряженности электрического поля меняет знак за период колебаний. В униполярных импульсах вектор напряженности электрического поля не меняет знак. Это настолько необычно, что существование такого “униполярного света” ставилось под сомнение и считалось невозможным. Если длительность импульса такого необычного “униполярного” света меньше характерного времени движения заряженных частиц в веществе, он позволяет во много раз быстрее и эффективнее, чем обычный свет, управлять, как говорят физики, динамикой волновых пакетов в веществе, т.е. заставлять двигаться частицы вещества по нужным траекториям, а значит менять состояние вещества. Именно эти возможности мгновенного воздействия на квантовые объекты и заставляют ожидать огромного прогресса в инновационном развитии от освоения такого света.
В ходе выполнения проекта была теоретически показана возможность сокращения длительности одноциклового импульса в резонансной среде. Две полуволны поля начинают сближаться и происходит, как говорят физики, компрессия импульса. Так из импульса длиной 2 фемтосекунды получается импульс с длительностью 200 аттосекунд. Но этот импульс является биполярным. Он состоит из двух половинок, в каждой из которых электрическое поле направлено в противоположные стороны. А вот если взять только одну половинку, тогда импульс станет в два раза короче, становится так называемым униполярным и приобретает совсем иные свойства.
Наряду с теоретическими работами велись экспериментальные исследования. На созданных экспериментальных установках было впервые показано, что в ряде случаев можно получить униполярное излучение. Для этого были предложено два подхода к регистрации униполярности. До сих пор этими вопросами никто не занимался. Задача регистрации параметров униполярности поставлена и успешно экспериментально решена впервые.
- Предложена и теоретически исследована схема двухкаскадной компрессии одноцикловых импульсов за счет притяжения их униполярных составляющих в режиме самоиндуцированной прозрачности (СИП) в двухуровневой резонансной среде. Показана возможность девятикратного сжатия исходного одноциклового оптического импульса (центральная длина волны 700 нм) с начальной длительностью порядка 2 фс до длительности порядка 200 ас и сдвиг спектра исходного импульса на частоту 9й гармоники.
- Теоретически продемонстрирована возможность получения субцикловых униполярных импульсов с большой электрической площадью на основе явления самоиндуцированной прозрачности (СИП) при распространении одноциклового биполярного импульса в двухуровневой резонансно поглощающей среде и при столкновении пары одноцикловых импульсов СИП в плотной среде.
- Был предложен и теоретически исследован новый способ реализации операций временного дифференцирования и интегрирования напряженности электрического поля предельно коротких импульсов при их распространении через тонкие металлические пленки. Аналитически и численно показано, что при выполнении определенных ограничений на толщину пленки и спектр падающего предельно короткого импульса в отражении происходит временное интегрирование напряженности электрического поля падающего импульса, а при прохождении может происходить временное дифференцирование напряженности электрического поля падающего импульса.
- Указаны условия, при которых получение уединенных униполярных импульсов в дальней зоне возможно. Это достигается, если временная форма импульса тока источника имеет трапецеидальный вид. Тогда, поле в дальней зоне, равное производной по времени от тока источника представляет собой пару униполярных импульсов противоположной полярности и разнесенных во времени.
- Построена теория генерации одноциклового XUV аттосекундного импульса в тонком слое газа атомов гелия, возбуждаемого парой квазиуниполярных рентгеновских импульсов. И аналогичная теория высокоэффективной генерации одноцикловых импульсов ТГц излучения в тонком слое нелинейной среды, возбуждаемой парой фемтосекундных лазерных импульсов. В обоих случаях излучение возникает за счет коллективного спонтанного излучения импульса поляризации, возбуждаемой первым рентгеновским (или фемтосекундным) импульсом и выключаемой вторым импульсом.
- Изучена проблема применения униполярных импульсов в голографии. Результаты теоретического рассмотрения показывают возможность применения униполярного света в голографической записи информации информации об объекте без взаимной когерентности между опорным и предметным пучком.
- Теоретически изучена возможность реализации оптического эффекта Ааронова-Бома с помощью униполярного импульса, создающего скачок векторного потенциала в одном из плеч электронного интерферометра. Показана, вопреки ожиданиям, невозможность смещения интерференционных полос на экране интерферометра в такой схеме.
- Экспериментально продемонстрированы возможные пути определения наличия униполярности в излучении импульсных терагерцовых источников. Первый подход основан на интегрировании полученной экспериментально временной зависимости напряженности поля в дальней зоне. Второй подход использует радиотехнические средства регистрации низкочастотных составляющих импульсов, которые имеются у униполярного терагерцового излучения. Приводятся результаты экспериментов по регистрации униполярной составляющей ТГц импульсов обоими способами. Показано наличие униполярности в ближней зоне источника терагерцового излучения на основе оптического выпрямления в кристалле ниобата лития, определена электрическая площадь и степень униполярности излучения в ближней зоне кристалла.
- Показано отсутствие униполярности для импульсного излучения, возникающего при филаментации в струе жидкости (дистиллированная вода) под действием импульсного лазерного излучения фемтосекундного диапазона длительности и идущего в направлении накачки.
- Результаты экспериментов с использованием радиочастотного метода показали, что таким образом удалось зарегистрировать униполярность в излучении, идущем от филамента в струе жидкости в обратном направлении по отношению к направлению распространения импульса накачки. В проходящем излучении низкочастотные составляющие обнаружены не были, что согласуется с результатом, полученным при использовании электрооптической схемы (ЭОС).
