Диссертация Потёмкина Ф. В. представляет собой фундаментальное исследование в области лазерной физики и нелинейной оптики, направленное на создание нового поколения компактных мощных фемтосекундных источников инфракрасного диапазона и изучение механизмов взаимодействия интенсивного лазерного излучения с веществом. Актуальность работы обусловлена необходимостью разработки эффективных лазерных систем ближнего и среднего ИК-диапазона (4−5 мкм), которые открывают уникальные возможности для исследования нелинейно-оптических процессов и экстремальных состояний вещества, а также решения прикладных задач в фотонике и микрообработке материалов. В диссертации решены три взаимосвязанные фундаментальные задачи. Во-первых, разработаны и созданы высокоэффективные фемтосекундные лазерные системы на основе новых активных сред − хром-форстерита для ближнего ИК-диапазона (1.24 мкм) и легированных железом халькогенидных кристаллов (Fe:ZnSe/Fe:CdSe) для среднего ИК-диапазона (4−5 мкм). Для хром-форстеритового лазера достигнута пиковая мощность около 100 ГВт при длительности импульсов 40 фс, что является рекордным показателем для лазеров этого типа. В случае среднего ИК-диапазона впервые в мире реализована схема усиления чирпированных импульсов в кристаллах Fe: ZnSe, позволившая получить импульсы длительностью 4−5 периодов светового поля с пиковой мощностью свыше 20 ГВт. Во-вторых, разработаны методы управления спектрально-временными характеристиками лазерного излучения и создания широкодиапазонного источника когерентного излучения. В результате предложенного параметрического преобразования частоты излучения хром-форстеритового лазера в нелинейных кристаллах получено перестраиваемое в диапазоне 1−8 мкм излучение фемтосекундной длительности. Комбинация двух лазерных систем (1,24 мкм и 4−5 мкм) с методами нелинейно-оптического преобразования в газах и конденсированных средах позволила создать универсальный источник, покрывающий спектральный диапазон от экстремального ультрафиолетового (~5 нм) до терагерцового (~100 мкм) излучения. В-третьих, проведено комплексное исследование взаимодействия интенсивного фемтосекундного излучения с конденсированными и газовыми средами. Разработан оригинальный метод двухцветного воздействия на вещество, основанный на комбинации коротковолнового и длинноволнового излучений, который позволяет управляемо увеличивать объемную плотность поглощенной энергии до десятков кДж/см³. Впервые продемонстрирована возможность объемной модификации монокристаллического кремния под воздействием остросфокусированного излучения среднего ИК-диапазона (4,6 мкм) в режиме однократного воздействия. Разработан новый метод диагностики быстрых фазовых переходов с фемтосекундным временным разрешением. Практическая значимость результатов заключается в создании элементной базы для новых направлений в ИК-фотонике, разработке технологий микрообработки полупроводниковых материалов и развитии методов мультиспектральной диагностики быстропротекающих процессов. Разработанные лазерные системы и методы открывают перспективы для исследований в области физики экстремальных состояний вещества, лазерного ускорения частиц и генерации аттосекундных импульсов.
По теме работы опубликовано 70 научных статей, в том числе 54 публикации в журналах с высоким импакт-фактором и один патент.