Исследование тепловых и квантовых флуктуационных полей в нелинейно-оптических детекторах терагерцового излучения, страница 4

Приведена формула для быстрого численного расчета Т-функции, исходя из пространственного распределения нелинейной восприимчивости в кристалле, величины поглощения иволновой расстройки′⎛−Δ2 − 4 − ∞21 ∑︁⎝ () = · − =−∞2 ∆′(︁ Δ′ + 2 +2 −1)︁ ⎞− + 4⎠.(14)Моделирование доменной структуры кристалла представляло из себяперебор всех возможных структур вида() = sign {sin (1 ) + · sin (2 ) + · sin (3 )} ,последующий расчет спектрального распределения отклика кристалла спомощью (14) и отбрасывание неподходящих распределений.

В качествецели моделирования выступал мультичастотный кристалл-генератор, имеющий линии на частотах от 1.3 до 1.9 ТГц в областях, близких к минимумам поглощения терагерцовых волн парами воды. Соотношение мощностей линий было выбрано с целью частично компенсировать рост поглощения терагерцового излучения в парах воды с увеличением терагерцовойчастоты. Значенияшетки1 , 2и3являются длинами векторов обратной ре- = 2/ монохроматических кристаллов-генераторов, излучающихна этих частотах, и имеющих периоды доменной структуры 69.62, 63.88и 58.90 мкм соответственно.

Рассчитанная доменная структура кристалла определяется значениями коэффициентов = 1.39, = 1.02.Длинаобразца составила 3 мм.В третьем параграфе приведен анализ процесса генерации терагерцового излучения в кристалле ниобата лития с использованием фемтосекундной накачки. Показано, что спектр генерации в такой схеме зависит от тойже функции нелинейной передачи кристалла(1), что и спектральноераспределение чувствительности кристалла при детектировании. Такжев параграфе описывается процедура экспериментального измерения спек-211.0ЭкспериментальнаязависимостьРасчетИнтенсивность, отн.

ед.0.80.60.40.20.01.01.52.02.5Частота, ТГцРис. 7. Сравнение измеренных и расчетных спектров генерации периодиче-ски поляризованного кристалла ниобата лития с периодом доменной структуры 66.7 мкм с учетом влияния поглощения паров воды (влажность 30%)трального распределения терагерцового отклика кристалла с рассчитаннойдоменной структурой в схеме терагерцовой спектроскопии временного разрешения (ТСВР).В четвертом параграфе приведены количественно согласующиеся результаты моделирования и измерения спектра генерации как моночастотного периодически поляризованного (Рис.7), так и мультичастотного кристаллов (Рис.8), с учетом влияния поглощения терагерцового излученияпарами воды.Основные результаты работыВ заключении сформулированы основные результаты и выводы диссертационной работы:1. Построена теоретическая модель параметрического рассеяния светав области терагерцовых частот холостых волн, учитывающая эффект22РасчетЭкспериментЛинии поглощения водыИнтенсивность, отн.

ед.1.00.80.60.40.20.01.01.21.41.61.82.0Частота, ТГцРис. 8. Сравнение расчетного и экспериментального спектров генерацииспроектированного апериодически поляризованного кристалла с учетомпоглощения паров воды в воздухе (влажность 30%)преобразования частоты равновесного теплового излучения.2. Проведена экспериментальная проверка модели на примере измерения спектральной плотности мощности сигнального излучения стоксова и антистоксова рассеяния при различных температурах в диапазоне от35 до155 в периодически поляризованном кристаллениобата лития в диапазоне холостых длин волн от 0.5 ТГц до 3 ТГц.3.

Показано, что яркость теплового излучения может быть количественно измерена с использованием фундаментальной величины спектральной яркости нулевых флуктуаций электромагнитного поля вкачестве эталона. При этом необходимо провести измерения относительных приращений плотности мощности сигнального излучения,23возникающих при детектировании внешнего терагерцового излучения.4. Предложена процедура измерения спектральной яркости излучениятерагерцового диапазона с учетом процесса преобразования частоты равновесного теплового терагерцового поля, имеющего высокуюяркость при комнатной температуре.

Процедура состоит в сравнении относительных приращений плотности мощности, возникающихв стоксовой и антистоксовой компонентах сигнальной волны при детектировании внешнего терагерцового излучения.5. Развит метод спектроскопии ПР для измерения спектральной чувствительности нелинейно-оптических детекторов терагерцового излучения. Проведены измерения спектрального распределения чувствительности детекторов, выполненных на основе кристаллов ниобаталития ростовой и постростовой поляризации с средним периодом доменной структуры 67 мкм, 37 мкм, 4.8 мкм, 6.4 мкм.6. Предложен метод проектирования генераторов и детекторов терагерцового излучения с заданным спектральным профилем откликас помощью моделирования пространственного распределения нелинейной восприимчивости в нелинейно-оптическом кристалле.

Методпродемонстрирован на примере генератора терагерцового излученияна основе апериодически поляризованного кристалла ниобата лития.Публикации в рецензируемых журналах:1. Г.Х. Китаева, А.Н. Пенин, А.Н. Тучак, А. В. Шепелев, П. В. Якунин,Измерение спектральной яркости терагерцового излучения в процессе нелинейно-оптического детектирования // Письма в ЖЭТФ, т. 92,вып. 5, с. 327-330 (2010)2. G. Kh. Kitaeva, S. P. Kovalev, A. N. Penin, A. N. Tuchak, P.

V. Yakunin,A Method of Calibration of Terahertz Wave Brightness Under NonlinearOptical Detection // J Infrared Milli Terahz Waves, т. 32, н.10, с. 11441156 (2012).243. G. Kh. Kitaeva, S. P. Kovalev, I. I. Naumova, A. N. Tuchak, P. V.Yakunin, Y.-C. Huang, E. D. Mishina and A. S. Sigov, Terahertz wavegeneration in periodically poled lithium niobate crystals fabricated usingtwo alternative techniques // Laser Phys. Lett., т.10, с. 055404 (2013)Патент:1.

Г.Х. Китаева, А.Н. Пенин, А.Н. Тучак, П.В. Якунин, Способ детектирования электромагнитных волн в терагерцовом диапазоне и устройство для его осуществления // Патент на изобретение №2448399,(2012)Публикации в трудах конференций:1. A. Sigov, G. Kitaeva, A. Mishin, O. Samotokhin, A. Tuchak, P. Yakunin,Y.-C.

Huang, Y.-H. Chen, N. Ilyin, Generation Of Spectrally ShapedTerahertz Waves Under Femtosecond- Or Nanosecond-Pulsed OpticalPumping // The International Conference on Infrared, Millimeter, andTerahertz Waves (IRMMW-THz), Mainz, Germany, 20132. V.V. Kornienko, A.N. Tuchak, P.V. Yakunin, I.I. Naumova, G.Kh.Kitaeva, “PPLN crystals for nonlinear-optical detection of terahertz waveradiation” // Advanced Laser Technologies (ALT) Proceedings, Vol. 1,Thun, Switzerland, 20123. G.Kh.

Kitaeva, S.P. Kovalev, K.A. Kuznetsov, A.N. Penin, A.N. Tuchak,P.V. Yakunin, Spontaneous parametric conversion down to the terahertzrange // 5-th Workshop ad memoriam of Carlo Novero “Advances inFoundations of Quantum Mechanics and Quantum Information withatoms and photons” (IQIS), Turin, Italy, 2010.4. P.V.Yakunin,G.Kh.Kitaeva,A.N.Tuchak,I.I.Naumova,A.N.Penin, Nonlinear optical detection of terahertz quasicontinuous waveradiation. // International conference on coherent and non-linear opticsICONO/LAT 2010, Kazan, Russia, p.

ITuT15. P. V. Yakunin, G. Kh. Kitaeva, A. N. Tuchak, A. N. Penin, “Nonlinearoptical method for measuring the spectral brightness of the terahertz25wave radiation.” // German-French-Russian Laser Symposium (GFRLS),Goessweinstein, Germany, 2011.6. P. V. Yakunin, V. V. Kornienko, A. N. Tuchak, G. Kh. Kitaeva, A. N.Penin. The method for measuring the spectral brightness of terahertzradiationinthecontinious-wavenonlinear-opticaldetectionscheme// 2nd International Conference “Terahertz and Microwave radiation:Generation, Detection and Applications” (TERA), Moscow, Russia 20127.

P.V. Yakunin, G.Kh. Kitaeva, A.N. Tuchak, A.N. Penin, “Measurementof the terahertz wave spectral brightness using the quantum-opticalapproach” // Third Russian-Taiwan School-Seminal “Nonlinear Opticsand Photonics”, Vladimir, Russia, 20138. Г. Х. Китаева, А.Н. Тучак, П. В. Якунин, Генерация и детектирование терагерцового излучения в периодически поляризованных кристаллах с помощью импульсов лазерного излучения наносекунднойдлительности.

// Всероссийский семинар по радиофизике миллиметровых и субмиллиметровых волн, Н.Новгород, Россия, 2009.9. И.И. Наумова, Г.Х. Китаева, В.А. Дьяков, С.П. Ковалев, Ю.В. Родина, А.Н. Тучак, П.В. Якунин, Периодически поляризованные кристаллы для детектирования терагерцового излучения. // ХIV Национальная конференция по росту кристаллов и IV Международнаяконференция “Кристаллофизика 21 века”, Москва, 2010.10. А.Н. Тучак, П.В.

Якунин, Г.Х. Китаева, Генерация и детектированиетерагерцового излучения в периодически поляризованных кристаллах с помощью импульсов лазерного излучения наносекундной длительности. // Шестая международная конференция молодых ученыхи специалистов “ОПТИКА”, С. Петербург, 2009.