Вышедшие номера
Home » Оптика и спектроскопия » Год 2026, выпуск 9 » Статья стр. 1060
<<<>>>
Генерация униполярного импульса в газе субцикловым ИК-фемтосекундным импульсом
Государственное задание ФТИ им. А.Ф. Иоффе, 0040-2019-0017
Архипов Р.М.1, Архипов М.В.1, Ланин А.А.2,3, Федоров С.В.1, Федотов А.Б.2,3, Розанов Н.Н.1
1Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия
2Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (физический факультет), Москва, Россия
3Российский квантовый центр, Москва, Сколково, Россия
Email: arkhipovrostislav@gmail.com, mikhail.v.arkhipov@gmail.com, lanin@physics.msu.ru, sfedorov2006@bk.ru, a.b.fedotov@physics.msu.ru, nnrosanov@mail.ru
Поступила в редакцию: 19 июня 2026 г.
В окончательной редакции: 18 августа 2026 г.
Принята к печати: 24 августа 2026 г.
Выставление онлайн: 23 сентября 2026 г.
PDF версия
На основе численного решения временного уравнения Шредингера теоретически исследована генерация полуциклового униполярного импульса в атоме водорода при возбуждении субцикловым ИК-фемтосекундным импульсом (800 nm, 1.8 μm). Показано, что механизм излучения включает последовательные стадии: туннельную ионизацию и ускорение электрона первой полуволной, его торможение второй полуволной и мягкое перерассеяние. В результате формируется униполярный всплеск производной дипольного момента длительностью порядка 1 fs. Макроскопическое моделирование на основе самосогласованного решения уравнений кинетики плазмы и волнового уравнения демонстрирует возможность управления формой отклика за счёт изменения толщины газового слоя. Исследован гауссов профиль концентрации нейтральных атомов, приводящий к формированию гладкого униполярного импульса колоколообразной формы. Трёхмерное моделирование подтверждает одномерный характер движения электрона. Обнаружено, что амплитуда и полярность униполярного отклика критически зависят от фазы несущей относительно огибающей (carrier-envelope phase, CEP) возбуждающего импульса, а её случайные флуктуации полностью разрушают эффект. Обсуждается возможность распространения механизма на твёрдотельные структуры. Полученные результаты открывают перспективы для создания источников униполярных импульсов в аттосекундной физике и петагерцовой электронике. Ключевые слова: туннельная ионизация, полуцикловые импульсы, униполярные импульсы, аттосекундная физика, уравнение Шредингера, фемтосекундные импульсы, градиентные материалы, физика плазмы, неоднородная плазма.
  1. C. Manzoni, O.D. Mucke, G. Cirmi, S. Fang, J. Moses, S.W. Huang, K. H. Hong, G. Cerullo, F.X. Kartner. Laser \& Photonics Rev., 9 (2), 129-171 (2015)
  2. E.A. Stepanov, A.A. Lanin, A.A. Voronin, A.B. Fedotov, A.M. Zheltikov. Phys. Rev. Lett., 117 (4), 043901 (2016)
  3. H. Dang, J. Gao, H. Wu, Y. Zhang, X. Guo, L. Tong. Phys. Rev. A, 112 (1), 013510 (2025)
  4. L. Veisz, P. Fischer, S. Vardast et al. Nature Photonics, 19 (9), 1013-1019 (2025)
  5. L. Xu, E.J. Takahashi. Nature Photonics, 18, 99 (2024)
  6. K. Nishimiya, F. Wang, P. Lan, E.J. Takahashi. Opt. Lett., 49, 5779 (2024)
  7. Y. Ding, C. Behrens, R. Coffee, F.-J. Decker, P. Emma, C. Field, W. Helml, Z. Huang, P. Krejcik, J. Krzywinski, H. Loos, A. Lutman, A. Marinelli, T.J. Maxwell, J. Turner. Appl. Phys. Lett., 107, 191104 (2015)
  8. X. Chai, X. Ropagnol, S.M. Raeis-Zadeh, M. Reid, S. Safavi-Naeini, T. Ozaki. Phys. Rev. Lett., 121 (14), 143901 (2018)
  9. I.V. Savitsky, A.A. Voronin, E.A. Stepanov, A.A. Lanin, A.B. Fedotov. Opt. Lett., 48 (17), 4468-4471 (2023)
  10. H. Liang, P. Krogen, Z. Wang, H. Park, T. Kroh, K. Zawilski, P. Schunemann, J. Moses, L.F. DiMauro, F.X. K.rtner, K.-H. Hong. Nature Commun., 8, 141 (2017)
  11. M. Rossi, R.E. Mainz, Y. Yang, F. Scheiba, M.A. SilvaToledo, S.-H. Chia, P.D. Keathley, S. Fang, O.D. M.cke, C. Manzoni, G. Cerullo, G. Cirmi, F.X. K.rtner. Nature Photonics, 14, 629 (2020)
  12. W.-C. Chu, J.C. Travers, P.S.J. Russell. New J. Phys., 18, 023018 (2016)
  13. I.V. Savitsky, E.A. Stepanov, A.A. Lanin, A.B. Fedotov, A.M. Zheltikov. ACS Photonics, 9 (5), 1679-1690 (2022)
  14. R. Rajpoot, E.J. Takahashi. Phys. Rev. Research, 7 (1), 013047 (2025)
  15. И.В. Савицкий, П.Б. Глек, Р.М. Алиев, Е.А. Степанов, А.А. Воронин, А.А. Ланин, А. Б. Федотов. Письма в ЖЭТФ, 120 (1), 5-10 (2024)
  16. R. Rajpoot, E.J. Takahashi. Phys. Rev. Research, 8 (1), 013323 (2026)
  17. Р.М. Архипов, М.В. Архипов, Н.Н. Розанов. Квант. электрон., 50 (9), 801-815 (2020) [R.M. Arkhipov, M.V. Arkhipov, N.N. Rosanov. Quant. Electron., 50 (9), 801-815 (2020)]
  18. N. Rosanov, D. Tumakov, M. Arkhipov, R. Arkhipov. Phys. Rev. A, 104 (6), 063101 (2021)
  19. A. Wetzels, A. G.rttler, L.D. Noordam, F. Robicheaux, C. Dinu, H.G. Muller, M.J.J. Vrakking, W.J. van der Zande. Phys. Rev. Lett., 89, 273003 (2002)
  20. A. Pakhomov, M. Arkhipov, N. Rosanov, R. Arkhipov. Phys. Rev. A, 105 (4), 043103 (2022)
  21. R. Arkhipov, P. Belov, A. Pakhomov, M. Arkhipov, N. Rosanov. J. Opt. Soc. Am. B, 41 (1), 285-295 (2023)
  22. В.А. Вожаков, М.В. Бастракова, Н.В. Кленов, И.И. Соловьев, В.В. Погосов, Д.В. Бабухин, А.А. Жуков, А.М. Сатанин. УФН, 192, 457-476 (2022) [V.A. Vozhakov, M.V. Bastrakova, N.V. Klenov, I.I. Soloviev, W.V. Pogosov, D.V. Babukhin, A.A. Zhukov, A.M. Satanin. Physics-Uspekhi, 65, 421-439 (2022)]
  23. M.T. Hassan. ACS Photonics, 11 (2), 334-338 (2024)
  24. C. Heide, P.D. Keathley, M.F. Kling. Nature Rev. Phys., 6 (11), 648-662 (2024)
  25. N.N. Rosanov, M.V. Arkhipov, R.M. Arkhipov, A.V. Pakhomov. Contemporary Physics, 64 (3), 224 (2023)
  26. Н.Н. Розанов, М.В. Архипов, Р.М. Архипов. УФН, 194 (11), 1196 (2024) [N.N. Rosanov, M.V. Arkhipov, R.M. Arkhipov. Phys. Usp., 67 (11), 1129 (2024)]
  27. Н.Н. Розанов, М.В. Архипов, Р.М. Архипов. Терагерцовая фотоника, под ред. В.Я. Панченко, А.П. Шкуринов (РАН, М., 2023), с. 360-393
  28. Р.М. Архипов. Динамические микрорезонаторы, создаваемые предельно короткими световым импульсами в среде (Медиампир, СПб., 2026)
  29. M.T. Hassan, T.T. Luu, A. Moulet, O. Raskazovskaya, P. Zhokhov, M. Garg, N. Karpowicz, AM. Zheltikov, V. Pervak, F. Krausz, E. Goulielmakis. Nature, 530, 66 (2016)
  30. S.D. Gorelov, A.L. Novokovskaya, S.B. Bodrov, M.V. Sarafanova, M.I. Bakunov. Appl. Phys. Lett., 126, 011104 (2025)
  31. R. Arkhipov, A. Pakhomov, O. Diachkova, M. Arkhipov, N. Rosanov. Opt. Lett., 50 (19), 6181-6184 (2025)
  32. R. Arkhipov, M. Arkhipov, N. Rosanov. Phys. Lett. A, 586, 131679 (2026)
  33. H. Dang, J. Gao, H. Wu, Y. Zhang, X. Guo, L. Tong. Phys. Rev. A, 112 (1), 013510 (2025)
  34. L. Qin, Z. Chen, M. Sun, J. Yan, Y. Tian, Z. Chen, et al. Phys. Rev. E, 112 (4), 045202 (2025)
  35. L. Qin, Y. Wang, Z. Chen, M. Sun, Z. Chen, Y. Tian, J. Yan, Y. Wang, X. Ma, X. Xu et al. Ultrafast Science, 5, 0119 (2025)
  36. C. Li, Y. Wang, Z. Chen, Y. Kang, M. Sun, L. Qin, et al. Phys. Rev. Applied, 23 (2), 024047 (2025)
  37. Z. Chen, Y. Wang, C. Li, Y. Kang, L. Qin, M. Sun, X. Yan. Phys. Plasmas, 32 (1) (2025)
  38. Z. Chen, Y. Wang, L. Qin, M. Sun, Z. Chen, Y. Tian, et al. Phys. Rev. E, 113 (2), 025209 (2026)
  39. R. Arkhipov, M. Arkhipov, N. Rosanov. Phys. Lett. A, 576, 131398 (2026)
  40. R. Arkhipov, M. Arkhipov, N. Rosanov. Phys. Rev. A, 113 (3), 033516 (2026)
  41. C. Brahms, F. Belli, J.C. Travers. Phys. Rev. Research, 2 (4), 043037 (2020)
  42. C. Markos, J. C. Travers, A. Abdolvand, B.J. Eggleton, O. Bang. Rev. Modern Physics, 89 (4), 045003 (2017)
  43. W. Chang, A. Nazarkin, J.C. Travers, J. Nold, P. Holzer, N.Y. Joly, P.St.J. Russell. Opt. Express, 19, 21018-21027 (2011)
  44. J.C. Travers, W. Chang, J. Nold, N.Y. Joly, P.St.J. Russell. J. Opt. Soc. Am. B, 28, A11 (2011)
  45. URL- https://biology-lcls.slac.stanford.edu/sample- delivery/gas-dynamic-virtual-nozzles
  46. URL- https://www.blazeasia.com/Blog/micro-nozzle
  47. R. Nazari, S. Zaare, R. C. Alvarez, K. Karpos, T. Engelman, C. Madsen, R.A. Kirian. Opt. Express, 28 (15), 21749-21765 (2020)
  48. M.V. Arkhipov, R.M. Arkhipov, A.V. Pakhomov, I.V. Babushkin, A. Demircan, U. Morgner, N.N. Rosanov. Opt. Lett., 42, 2189 (2017)
  49. M.I. Bakunov, A.V. Maslov, M.V. Tsarev. Phys. Rev. A, 95, 063817 (2017)
  50. I.E. Ilyakov, B.V. Shishkin, E.S. Efimenko, S.B. Bodrov, M.I. Bakunov. Opt. Express, 30 (9), 14978-14984 (2022)
  51. M.V. Tsarev, M.I. Bakunov. Opt. Express, 27 (4), 5154-5164 (2019)
  52. J. Javanainen, J.H. Eberly, Q. Su. Phys. Rev. A, 38, 3430 (1988)
  53. V. Strelkov. Phys. Rev. A, 107, 053506 (2023)
  54. Н.Р. Врублевская, Д.Е. Шипило, И.А. Николаева, Н.А. Панов, О.Г. Косарева. Письма в ЖЭТФ, 117 (6), 400-405 (2023) [N.R. Vrublevskaya, D.E. Shipilo, I.A. Nikolaeva, N.A. Panov, O.G. Kosareva. JETP Letters, 117 (6), 408-413]
  55. Н.Р. Врублевская, Д.Е. Шипило, И.А. Николаева, Д.В. Пушкарёв, Н.А. Хасиятуллов, Г.Э. Ризаев, М.В. Левусь, А.А. Ионин, Л.В. Селезнев, О.Г. Косарева, Н.А. Панов. Изв. вузов. Радиофизика, 69 (1-2), 82-91 (2026)
  56. S. Majorosi, M.G. Benedict, A. Czirj.ak. Phys. Rev. A, 98, 023401 (2018)
  57. K. Sallai, S. Hack, S. Majorosi, A. Czirjak. Phys. Rev. A, 110, 063117 (2024)
  58. L. Shi, I. Babushkin, A. Husakou, O. Melchert, B. Frank, J. Yi, G. Wetzel, A. Demircan, C. Lienau, H. Giessen, et al. Laser \& Photonics Rev., 15, 2000475 (2021)
  59. I. Babushkin, A. Husakou, L. Shi, A. Demircan, M. Kovacev, U. Morgner. Nanophotonics, 14, 853 (2025)
  60. H.G. Roskos, M.D. Thomson, M. Kre., T. Loffler, Laser Photon. Rev., 1, 349 (2007)
  61. J.E. Calvert, H. Xu, A.J. Palmer, R.D. Glover, D.E. Laban, X.M. Tong, A.S. Kheifets, K. Bartschat, I.V. Litvinyuk, D. Kielpinski, R.T. Sang. Sci. Rep., 6, 34101 (2016)
  62. E.E. Serebryannikov, A.J. Verhoef, A. Mitrofanov, A. Baltuv ska, A.M. Zheltikov. Phys. Rev. A, 80, 053809 (2009)
  63. I. Babushkin, W. Kuehn, C. Koehler, S. Skupin, L. Berge, K. Reimann, M. Woerner, J. Herrmann, T. Elsaesser. Phys. Rev. Lett., 105, 053903 (2010)
  64. A. Taflove, S. Hagness. Computational Electrodynamics (Artech House, 2000)
  65. M. Kolesik, J.V. Moloney. Phys. Rev. E, 70, 036604 (2004)
  66. Н.Н. Розанов. Опт. и спектр., 107, 761 (2009) [N.N. Rosanov. Opt. Spectrosc., 107, 721 (2009)]
  67. Н.Н. Розанов, Р.М. Архипов, М.В. Архипов. УФН, 188 (12), 1347 (2018) [N.N. Rosanov, R.M. Arkhipov, M.V. Arkhipov. Phys.-Uspekhi, 61, 1227 (2018)]
  68. А.В. Пахомов, Н.Н. Розанов, М.В. Архипов, Р.М. Архипов. Письма в ЖЭТФ, 119 (2), 100.110 (2024) [A.V. Pakhomov, N.N. Rosanov, M.V. Arkhipov, R.M. Arkhipov. JETP Letters, 119 (2), 94-103 (2024)
  69. P.B. Corkum. Phys. Rev. Lett., 71, 1994 (1993)
  70. M. Lewenstein, Ph. Balcou, M.Yu. Ivanov, A. L.Huillier, P.B. Corkum. Phys. Rev. A, 49 (3), 2117-2132 (1994)
  71. Л.В. Келдыш. ЖЭТФ, 47, 1945 (1964). [L.V. Keldysh. Sov. Phys. JETP, 20 (5), 1307 (1965)]
  72. P. Zhokhov, A. Zheltikov. Phys. Rev. Lett., 113 (13) 133903 (2014)
  73. F. Capasso. The Physics of Submicron Semiconductor Devices, 659-682 (1988)
  74. K.A. Richardson, M. Kang, L. Sisken, A. Yadav, S. Novak, A. Lepicard, I. Mingareev. Optical Engineering, 59 (11), 112602 (2020)
  75. S. Lee, U. Bindley, J. Furdyna, P. Reimer, J. R. Buschert. J. Vacuum Science \& Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures Processing, Measurement, and Phenomena, 18, 1518 (2000)
  76. A.-H. Chen, P. R. Raghuvanshi, J. Cook, M. Chilcote, J. Lapano, A.R. Mazza, Q. Lu, S. Kim, Y.-C. Wu, T.Z. Ward, et al. ACS Appl. Materials \& Interfaces, 18, 15654 (2026)
  77. M. Rahman, K.S. Islam, T.M. Dip, M.F.M. Chowdhury, S.R. Debnath, S.M. M. Hasan, M.S. Sakib, T. Saha, R. Padhye, S. Houshyar. Progress in Additive Manufacturing, 9, 1197 (2024)
  78. V. Harish, M. Ansari, D. Tewari, A.B. Yadav, N. Sharma, S. Bawarig, M.-L. Garci a-Betancourt, A. Karatutlu, M. Bechelany, A. Barhoum. J. Taiwan Institute of Chemical Engineers, 149, 105010 (2023)
  79. R. Arkhipov, M. Arkhipov, N. Rosanov. Phys. Rev. A, 113 (6), 063507 (2026)
  80. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Квантовая механика. Нерелятивистская теория (Наука, М., 1974). [L.D. Landau, E.M. Lifshitz. Quantum Mechanics: Non-relativistic Theory (Elsevier, 2013), vol. 3]
  81. R.L. Hall, N. Saad, K. D. Sen, Journal of mathematical physics, 51(2), 022107 (2010)
  82. M. Feit, J. Fleck Jr, A. Steiger. J. Comput. Phys., 47, 412 (1982)
  83. I. Aharonovich, A. Pe.er. arXiv preprint arXiv:1603.07242 (2016)
  84. B.M. Garraway, K.-A. Suominen. Reports on Progress in Physics, 58, 365 (1995)
  85. T. Gaumnitz, A. Jain, Y. Pertot, M. Huppert, I. Jordan, F. Ardana-Lamas, H.J. Worner. Opt. Express, 25, 27506 (2017)
  86. J. Li, X. Ren, Y. Yin, K. Zhao, A. Chew, Y. Cheng, E. Cunningham, Y. Wang, S. Hu, Y. Wu et al. Nature Commun., 8, 186 (2017)
  87. J.T. Karpel, D.D. Yavuz. Opt. Lett., 43, 2583 (2018)
  88. T. Nakajima, S. Watanabe. Phys. Rev. Lett., 96, 213001 (2006)
  89. T. Rathje, N.G. Johnson, M. Moller, F. Sub mann, D. Adolph, M.K.bel et al. J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys., 45, 074003 (2012)
  90. R.M. Arkhipov, A.V. Pakhomov, M.V. Arkhipov, I. Babushkin, A. Demircan, U. Morgner, N.N. Rosanov. Opt. Lett., 44, 1202 (2019)
  91. Р.М. Архипов, М.В. Архипов, И. Бабушкин, А.В. Пахомов, Н.Н. Розанов. Письма в ЖЭТФ, 114, 298 (2021). [R.M. Arkhipov, M.V. Arkhipov, I. Babushkin, A.V. Pakhomov, N.N. Rosanov. JETP Lett., 114, 250 (2021)]
  92. L. Feng, J. McCain, Y. Qiao. Laser Physics, 31, 055301 (2021)
  93. E.A. Pronin, A.F. Starace, L.-Y. Peng. Phys. Rev. A, 84, 013417 (2011)
  94. M.M. Yusoff, J.M. Ngoko Djiokap. Phys. Rev. A, 109 (2), 023107 (2024)
  95. K.M. Ziems, M. Wollenhaupt, S. Gr.fe, A. Schubert. J. Physics B: Atomic, Molecular, and Optical Physics, 56, 105602 (2023).

Учредители

Издатель

© 2026 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme