Исследование тепловых и квантовых флуктуационных полей в нелинейно-оптических детекторах терагерцового излучения, страница 2

Использование квантовых и тепловых флуктуационных полей в качестве встроенных источников терагерцового излучения позволяетизмерять спектральное распределение чувствительности нелинейнооптических квазисинхронных детекторов, выполненных на кристаллах с нестабильным периодом доменной структуры.5. Метод моделирования неоднородного пространственного распределения величины нелинейной восприимчивости нелинейно-оптическогокристалла позволяет проектировать кристаллы с заданным спектральным распределением терагерцового отклика, при этом достигается количественное совпадение экспериментального и теоретического спектрального профиля терагерцового отклика кристалла.Обоснованность и достоверность результатов определяется использованием апробированных экспериментальных методик.

Экспериментальные данные подтверждены теоретическими расчетами, основанными наадекватно выбранных физических моделях анализируемых процессов, атакже не противоречат результатам других групп исследователей. Результаты экспериментальных и теоретических исследований неоднократно обсуждались на семинарах и докладывались на специализированных конференциях по проблемам, связанным с тематикой диссертационной работы.Большая часть результатов опубликована в международных журналах.Апробация работыРезультаты работы прошли апробацию на следующих российских и международных конференциях1.

The International Conference on Infrared, Millimeter, and TerahertzWaves (IRMMW-THz), Mainz, Germany, 201392. Advanced Laser Technologies (ALT-12), Thun, Switzerland, 20123. 5-th Workshop ad memoriam of Carlo Novero “Advances in Foundationsof Quantum Mechanics and Quantum Information with atoms andphotons” (IQIS), Turin, Italy, 2010.4. International conference on coherent and non-linear optics ICONO/LAT,Kazan, Russia, 20105. German-French-Russian Laser Symposium (GFRLS), Goessweinstein,Germany.

2011.6. 2ndInternationalConference“TerahertzandMicrowaveradiation:Generation, Detection and Applications” (TERA), Moscow, Russia 20127. Third Russian-Taiwan School-Seminal “Nonlinear Optics and Photonics”,Vladimir, Russia, 20138. Всероссийский семинар по радиофизике миллиметровых и субмиллиметровых волн, Н.Новгород, 2009.9. ХIV Национальная конференция по росту кристаллов и IV Международная конференция “Кристаллофизика 21 века”, Москва, 2010.10. Шестая международная конференция молодых ученых и специалистов “ОПТИКА”, С. Петербург, 2009ПубликацииОсновные результаты работы содержатся в печатных публикациях.

По материалам диссертации опубликованы 14 работ, 3 из которых - статьи вреферируемых научных журналах из списка ВАК, перечень которых приведен в конце автореферата, 1 патент на изобретение, а также тезисы к 10докладам на научных конференциях.Личный вклад автораВсе результаты, представленные в диссертационной работе, получены автором лично либо при его непосредственном участии. Постановка задач,10интерпретация полученных результатов и формулировка выводов исследования осуществлялись совместно с научным руководителем и другимисоавторами публикаций.Структура и объем диссертационной работыДиссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключенияи списка литературы из 97 наименований, изложена на 119 страницах исодержит 33 рисунка и 2 таблицы.Основное содержание диссертационной работыВо введении приводится обоснование выбора темы диссертационной работы и ее актуальности.

Сформулированы задачи диссертационной работы, новизна, научная и практическая значимость, содержатся сведения обапробации работы и ее структуре. Сформулированы выносимые на защитуположения и приведен список публикаций.Первая глава “Детектирование терагерцового излучения внелинейно-оптических схемах” посвящена краткому обзору существующих методов детектирования терагерцового излучения и анализу механизма детектирования в нелинейно-оптических схемах.В первом параграфе дается обзор детекторов терагерцового излученияпрямого действия и полупроводниковых детекторов, приводятся их основные характеристики.Во втором параграфе проводится анализ процесса синхронного иликвазисинхронного детектирования терагерцового излучения с помощьюнелинейно-оптического кристалла с неоднородным пространственным распределением величины нелинейной восприимчивости(2) ().Вводится по-нятие нелинейной функции передачи кристалла, определяющей спектральные свойства его нелинейно-оптического отклика, (∆) =∞∑︁=−∞зависящейотˆ/2(Δ+2)/ (1)−/2пространственныхФурье-компонент=111/2´(2) ()−2/ и величины расстройки синхронизма∆ = ∆ · .−/2Приводятся известные из прошлых работ выражения для амплитуд оптического сигнального излучения, регистрируемого в нелинейно-оптическомдетекторе.Втретьемпараграфепроводитсяанализпроцессанелинейно-оптического детектирования в схемах терагерцовой спектроскопии временного разрешения (ТСВР).

Описываются пробно-энергетический и пробнофазовый методы электрооптического детектирования.В четвертом параграфе представлен анализ метода квазинепрерывного детектирования терагерцового излучения в нелинейно-оптической схеме, приведены ссылки на работы, описывающие экспериментальные реализации подобных схем.

Квазинепрерывным является нелинейно-оптическийметод детектирования терагерцового излучения с использованием лазернойнакачки с длительностью импульсов, значительно превышающей периодтерагерцовой волны (например, наносекундных импульсов). К подобномуклассу схем можно отнести также схемы с непрерывной накачкой.Втораяглава“Флуктуационныеполявустановкедлянелинейно-оптического детектирования терагерцового излучения” посвящена разработке и экспериментальной проверке модели поведения тепловых и квантовых терагерцовых флуктуационных полей внелинейно-оптическом детекторе квазинепрерывного некогерентного терагерцового излучения, а также методу измерения спектральной яркости терагерцового излучения в нелинейно-оптической схеме квазинепрерывногодействия.В первом параграфе описывается экспериментальная установка дляквазинепрерывного нелинейно-оптического детектирования на основе периодически поляризованного кристалла ниобата лития, позволяющая наблюдать фоновые сигналы, вызванные присутствием терагерцовых флуктуационных полей.

Схема установки приведена на Рис.1. При детектировании терагерцового излучения с частотой2в нелинейно-оптическом кри-сталле генерируется сигнальное излучение, имеющее частоты1− = −212ТГц(в)(г)(а)(д)(д1)(е)(д3)(д2)(б)Рис. 1. Установка для квазинепрерывного нелинейно-оптического детек-тирования терагерцового излучения. Терагерцовое излучение (в) фокусируется в нелинейно-оптический кристалл (г) с помощью внеосевого параболического зеркала (б) одновременно с излучением оптической накачки(а). Излучение накачки на частотеотсекается при помощи оптическойспектрально-разрешающей схемы (д), состоящей из узкополосного газового фильтра (д1), линзовой системы (д2) и спектрографа (д3). Излучение1+попадает в оптический детектор1+ = + 2(антистоксова компонента), гдесигнальной волны на частотах1−и(CCD камеру, е)(стоксова компонента) и- частота излучения накачки.

Частоты1−и1+попадают в опти-ческий диапазон, и могут быть измерены оптическим детектором (CCDкамерой). Большая по величине (оптическая) частотанальной, меньшая (терагерцовая) Вовторомпараграфе21называется сиг-- холостой.представленэкспериментальноизмеренныйчастотно-угловой спектр фонового сигнала нелинейно-оптического терагерцового детектора, возникающего в отсутствие внешнего терагерцовогоизлучения из-за присутствия тепловых и квантовых терагерцовых флуктуационных полей (Рис.2).

Источником сигналов являются два квазисинхронных параметрических процесса, являющиеся составными частями параметрического рассеяния света (ПР). Первый процесс является процессомраспада фотонов излучения накачкиты~на пары фотонов меньшей часто-⎧⎪⎪~ + ~2 = ~⎪⎨ 1~⃗1 + ~⃗2 = ~⃗⎪⎪⎪⎩ ≥ 12(2)13Вторым является процесс преобразования частоты терагерцовых тепловыхфлуктуационных полей в оптический диапазон ± 2 = 1 .Выдвигается предположение о схожей природе этих процессов, согла-4сующееся с известными из предыдущих исследованийвыводами. Сутьпредположения состоит в том, что эффективность генерации сигнальнойволны как в процессе распада фотонов накачки, так и при преобразованиитеплового флуктуационного поля, будет определяться коэффициентами параметрического усиления одинаковым образом.