Высокочувствительная нелинейная спектроскопия классических полупроводников и нанополиацетилена, страница 2

Необычные закономерности отклика спонтанного комбинационного рассеяния света валентных углерод-углеродных связей в трансполиацетилене (высокое сечение рассеяния, интенсивные обертонаи комбинационные частоты, высокое отношение интенсивностей антистоксовых компонент к стоксовым) объясняются в рамках моделиэлектронно-колебательной когерентности.Практическая ценность результатов работы1.

Из результатов проведенных исследований следует, что нанополиацетилен выступает прототипом качественно нового материала дляприложений в фотонике и нелинейной оптике как в сравнении с другими известными сопряженными полимерами, так и во всем классеоптических органических материалов.2. Разработанные высокочувствительные методы нелинейной спектроскопии позволяют проводить денситометрические, поляриметрические и фотодефлекционные измерения в видимом и ближнем ИКдиапазонах, используя технику «возбуждение—зондирование», счувствительностью до уровня стандартного квантового предела, определяемого дробовыми шумами фототока, как в непрерывном варианте, так и в варианте с высоким временным разрешением. Такимобразом, созданные методы и аппаратура представляют собой ценный инструмент для систематического исследования возбужденных5состояний конденсированных сред, а также могут быть использованы для высокочувствительной оптической диагностики и контроляв разнообразных приложениях.3.

Разработанные методы измерения профилей импульсов гиперзвука могут быть использованы для оптоакустической диагностики инеразрушающего контроля материалов в гигагерцовом диапазонечастот.Апробация работы. Основные результаты исследований, представленных в диссертации, были доложены и обсуждены на следующих научных конференциях и семинарах: XIII–XVII Международных конференциях по когерентной и нелинейной оптике (Минск, 1988; Санкт-Петербург, 1991; Санкт-Петербург, 1995; Москва, 1998; Минск 2001), II Всесоюзной конференции по обращению волнового фронта лазерного излучения в нелинейных средах (Минск, 1989), Международной конференции «Оптика лазеров» (Ленинград, 1990; Санкт-Петербург, 1993), Всесоюзном совещании «Оптика анизотропных сред» (Звенигород, 1990),10-й Международной конференции по лазерной спектроскопии (ФонтРоме, 1991), Конференции по твердому телу и физике материалов (Бирмингем, 1991), Международной европейской конференции по квантовойэлектронике (Вена, 1992; Москва 2002), 16-й научно-технической конференции по высокоскоростной фотографии, фотонике и метрологиибыстропротекающих процессов (Москва, 1993), 11-й Британской конференции по квантовой электронике (Белфаст, 1993), 9-й Международнойконференции по динамическим процессам в возбужденных состоянияхтвердого тела (Кэмбридж, 1993), Международной конференции по науке и технологиям синтетических металлов (Сеул, 1994; Сноуберд, 1996),Всемирном конгрессе по ультразвуку (Берлин, 1995), VI Семинаре поквантовой оптике (Минск, 1996), 5-м и 11-м Международных семинарахпо лазерной физике (Москва, 1996; Братислава, 2002), IX Международной конференции по фотоакустическим и фототепловым явлениям(Нанкин, 1996), Международной конференции «Фундаментальные проблемы науки о полимерах» (Москва, 1997), II Международном симпозиуме по современным проблемам лазерной физики (Новосибирск, 1997),X Международной конференции по фотоакустическим и фототепловымявлениям (Рим, 1998), Международной конференции молодых ученых испециалистов «Оптика—99» (Санкт-Петербург, 1999), IV Международной конференции по оптической диагностике сопряженных полимеров ифотонных кристаллов (Солт-Лэйк-Сити, 2000), Конференции по кван6товой электронике и лазерным наукам (Сан-Франциско, 2000), Гордоновской конференции по электронным процессам в органических материалах (Ньюпорт, 2000), Международной конференции «Поляризационные эффекты в лазерах, спектроскопии и оптоэлектронике» (Саутгемптон, 2000), Российско-германском лазерном симпозиуме (Владимир, 2000), Всероссийском семинаре «Люминесценция и сопутствующиеявления» (Иркутск, 2000), Гордоновской конференции по фотоакустическим и фототепловым явлениям (Оксфорд, 2001), XVIII Международной школе—семинаре «Новые магнитные материалы микроэлектроники»(Москва, 2002), Международной конференции «Спектроскопия в специальных приложениях» (Киев, 2003).

Полученные результаты регулярнопредставлялись на научных семинарах кафедры общей физики и волновых процессов физического факультета МГУ и Международного лазерного центра МГУ, а также были доложены и обсуждены на научныхсеминарах других кафедр физического факультета МГУ и организаций(Институт общей физики РАН, Центр фотохимии РАН и др.).Публикации. По теме диссертации опубликовано 99 печатных работ, в числе которых 31 статья в рецензируемых журналах: Письма вЖЭТФ, ЖЭТФ, Квантовая электроника, Оптика и спектроскопия, Phys.Rev. Lett., Phys. Rev. B, Chem. Phys. Lett., Synth. Metals и др., а также13 статей в сборниках трудов конференций.Личный вклад автора. Все изложенные в диссертации результатыполучены автором лично или при его непосредственном участии. Авторосуществлял выбор направления и объектов исследования, разработкуметодов измерений, постановку и проведение экспериментов, анализрезультатов и построение моделей.Структура и состав диссертации.

Диссертация состоит из Введения, пяти глав, Заключения, Приложения и двух списков литературы,включающих работы автора (45 ссылок) и другие работы (273 ссылки);работа изложена на 331 страницах, содержит 89 рисунков и 9 таблиц.СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИВо введении обсуждается актуальность темы исследований, сформулированы цели, задачи, научная новизна, практическая ценность работыи защищаемые положения, приведена краткая аннотация содержанияглав.В первой главе изложены методы высокочувствительных оптическихизмерений, которые разрабатывались и применялись в настоящей работе.

Представлены результаты разработки высокочувствительных ме7тодов регистрации состояния поляризации света. Затем описана оригинальная реализация известной фотодефлекционной техники измерениямалых смещений поверхности твердых тел, позволившая выйти на предельный уровень чувствительности в измерениях с пикосекундным лазером. Далее изложены хорошо известные методы спектроскопии фотоиндуцированного поглощения и электропоглощения, которые применялисьдля спектроскопии нанополиацетилена.В высокочувствительной поляриметрии обычно измеряют малый поворот плоскости поляризации линейно поляризованного света, взаимодействующего с исследуемым объектом.

Для достижения высокой чувствительности в поляриметрии применяют модуляционные методы измеренийс синхронным приемом, используя зависимость величины поляризационного эффекта от внешних параметров, например длины волны света,постоянного магнитного поля, интенсивности световых полей, если этонелинейно-оптический эффект. В настоящей работе разработан модуляционный метод поляриметрии, позволяющий выделять вклады индуцированных поворота азимута поляризации, эллиптичности и деполяризации в поляризационный сигнал и измерять их величины на уровне,задаваемом шумами мощности пробного пучка.

Найдены чувствительности поляриметра к поляризационным параметрам в зависимости от егонастройки, то есть от ориентации поляризационного анализатора и волновой пластинки, для случая дробовых и технических шумов излученияв пробном канале.Прецизионные поляризационные методы обычно основаны на использовании поляризованного света с высокой степенью линейной поляризации, от которой зависит чувствительность поляризационных измерений.Степень линейной поляризации определяется как соотношение интенсивностей ортогональных компонент — по направлению преимущественной поляризации и ортогонально к нему, что получают, измеряя параметр экстинкции (скрещивания) поляризатора и анализатора.

Для получения света с высокой степенью поляризации обычно применяют высококачественные поляризационные призмы из кальцита, обеспечивающиестепень линейной поляризации света на уровне 104 –106 . Вместе с тем,можно повысить степень линейной поляризации по сравнению с этойвеличиной на несколько порядков, применяя в качестве поляризаторовнелинейно-оптические преобразователи частоты.Как известно, при синхронном преобразовании частоты в нелинейномкристалле волна на возбуждаемой частоте поляризована определеннымобразом, так, например, для одноосного кристалла это будет волна с8обыкновенной или необыкновенной линейной поляризацией. Тот же процесс преобразования оптической частоты в кристаллах можно использовать для анализа состояния поляризации возбуждающего излучения.Наши исследования показали, что для прецизионных лазерных поляризационных устройств лучше всего подходят кристаллы водорастворимойгруппы DKDP (KD2 PO4 ) прежде всего в силу их высокого оптическогокачества.

С их помощью удалось получить свет со степенью линейнойполяризации на уровне 109 в поляриметре с поляризатором — генератором второй гармоники и анализатором — сумматором излучения исходной и удвоенной частот. В качестве источника излучения на 1064 нмиспользовался пикосекундный квазинепрерывный YAG:Nd3+ лазер с модулированной добротностью и синхронизацией мод. Было установлено,что максимальная степень линейной поляризации ограничивалась ростовыми напряжениями в исследуемых образцах кристаллов DKDP. Отметим, что путем подбора типа нелинейного кристалла и условий синхронизма можно добиться высокой пространственной и спектральнойизбирательности лазерных поляризационных устройств, которые могутслужить одновременно узкополосными пространственными и спектральными фильтрами.Далее рассмотрены введенные нами новые состояния электромагнитного поля — поляризационно-сжатый свет.