Автореферат (1097498), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Максимальная величина двулучепреломления ОПК достигается для образца с наибольшей пористостью исоставляет ∆n = 0,025, что более чем в два раза превышает оптическуюанизотропию кристаллического кварца. Продемонстрировано также двулучепреломление формы в пористом фосфиде галлия и пористом оксидеалюминия.Измерены спектры пропускания/отражения многослойных периодических структур, изготовленных на основе ПК и ОПК, на основанииполученных данных определены дисперсионные характеристики многослойных структур (величины групповой скорости и дисперсии второгопорядка). Используя двулучепреломляющие слои ПК, мы можем сформировать одномерный фотонный кристалл, у которого положения фотонных запрещенных зон зависят от поляризации (рис.
3).Важную часть работы составляет изучение распространения лазерного излучения в макропористом фосфиде галлия. Пористый фосфидгаллия отличается высокой величиной показателя преломления (3,1 надлине волны 1,2 мкм), прозрачностью в видимом диапазоне, поры и нанокристаллы в ПФГ имеют размер в сотни нанометров.
Все это делаетПФГ одним из самых привлекательных материалов для изучения процессов рассеяния и локализации света.Образцы ПФГ обладали значительным рассеянием в видимом диапазоне. Измеренные зависимости интенсивности рассеянного света от дли15Таблица 1. Величины пористости и свойства образцов ПФГ, использованных в экспериментах по оптическому гетеродинированию.№ Пори- Толщина Эффективный Коэффициент ВремяДлинаklстостьпоказательдиффузиижизни свободногопреломленияфотонапробега12312 %22 %55 %28 мкм28 мкм16 мкм3.112.872.08139 мкм/пс111 мкм/пс31 мкм/пс5,6 пс7,0 пс8,2 пс4.3 мкм3.1 мкм0.6 мкм67.244.76.3ны волны указывают на нерелеевский характер рассеяния.
Динамикарассеяния света в слоях ПФГ была исследована с использованием схемыоптического гетеродинирования на базе сканирующего интерферометраМайкельсона и фемтосекундной лазерной системы (лаборатория сверхсильных световых полей кафедры общей физики и волновых процессовфизического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова). Определённые величины коэффициента диффузии фотона в рассеивающей среде, длинысвободного пробега и времени жизни фотона в пористом слое для образцов ПФГ разной пористости приведены в таблице 1. Как видно из нее,рост пористости приводит к падению длины свободного пробега фотонови увеличению времени жизни фотона в пористом слое, т.е. происходитусиление роли локализации света с ростом пористости.
Вместе с тем, cувеличением пористости, режим сильной локализации [10], критериемкоторого является выполнение условия kl . 1, где k – волновой вектор,а l – длина свободного пробега фотона, очевидно не достигается.Для щелевых кремниевых структур была измерена величина двулучепреломления, которая составила ∆n = 0,77 в дальнем инфракрасномдиапазоне. Локализация падающего излучения в кремниевые стенка такой структуры, которые играют роль плоских волноводов приводит кувеличению эффективного объёма его взаимодействия излучения с веществом. Это приводит к рост эффективности процесса комбинационного рассеяния света в щелевых кремниевых структурах в несколько разпо сравнению с кристаллическим кремнием.Третья глава диссертации посвящена исследованию возможностейдостижения фазового синхронизма в пористых полупроводниках и диэлектриках.
В ней рассматриваются процессы генерации второй и третьей гармоник (ВГ, ТГ) лазерного излучения в ПК и генерации ТГ вОПК. Данные материалы выбраны потому, что обладают сравнительно большой величиной двулучепреломления, а расположение оптической оси в плоскости образца обеспечивает наиболее удобную геометриюэксперимента. Теоретический анализ фазового согласования указанных16нелинейно-оптических процессов был основан на развитой модели эффективной среды. В экспериментах, частично выполненных в лаборатории фотоники и нелинейной спектроскопии кафедры общей физики иволновых процессов физического факультета МГУ им.
М.В. Ломоносоваи в лаборатории фемтосекундных лазеров Университета штата Висконсин – Милуоки (США), применялись пико- и фемтосекундные лазеры наNd:YAG и Cr:форстерите, частоты излучения накачки которых не попадали в область фундаментального поглощения исследуемых материалов,плотности энергии лазерных импульсов не превышали 1 Дж/см2 .Была продемонстрирована зависимость сигнала ВГ от угла паденияизлучения на слой ПК (мейкеровские биения). В выполненных расчетахопределены условия достижения фазового согласования в слоях ПК иОПК, результаты которых нашли свое подтверждение в экспериментах.Установлено, что двулучепреломление в мезопористом кремнии слишком велико для осуществления синхронной генерации ВГ, однако заполнение пор диэлектрическими жидкостями, понижающее анизотропию,позволяет добиться фазового согласования при повороте образца вокругоси, перпендикулярной его оптической оси.
Факт достижения фазовогосинхронизма подтверждается ростом сигнала ВГ при заполнении пор,зависимостью сигнала ВГ от угла падения излучения на образец и изменением его поляризационных зависимостей (рис. 4). Величина двулучепреломления ПК и ОПК оказывается столь велика, что позволяет осуществить фазовое согласование генерации ТГ. На возможность реализациифазового синхронизма в геометрии ooe−e указывает теоретический анализ этого процесса с помощью укороченных волновых уравнений, учитывающих модификацию тенI ,зора кубической нелиней..ной восприимчивости (см.ниже).
В эксперименте фазовое согласование достигалось при перестройке длины холостой волны параметрического генератора света. В образцах ПК,.с большим двулучепреломлением удается добить- Рис. 4. Зависимости сигнала ВГ от угла падения θся фазового синхронизма в излучения на образец ПК с пористостью 65%. Поры заполнены воздухом (°), этанолом (N) и глиуказанной выше геометрии церином (¨). Поляризации волны основной часто(рис. 5) при накачке на дли- ты и ВГ соответствуют взаимодействию (оо-е).SH1001010,1:0,01-6017-40-200204060нe волны 1,635 мкм. В тоже время для иных геометрийooo-o.eee-eвзаимодействия фазовый син50.хронизм в исследуемом диапазоне длин волн накачки не до25стигался.Для двулучепреломляюще0го ОПК фазовый синхронизм1,01,21,41,61,8достигается при длине волны,накачки 1,1 мкм также приРис. 5. Зависимости cигнала ТГ от длины волны накачки в различных геометриях взаимодей- взаимодействии типа ooe − e.Достижение режима синхронствия для пленки ПК.ной генерации ТГ при накачке на данных длинах волн в исследуемыхматериалах подтверждается изменением вида ориентационных зависимостей ТГ.
Для ОПК при изменении длины волны накачки от 1,9 мкмдо 1,1 мкм наблюдаетсярост сигнала ТГ в пятьраз в том случае, когда ТГI ,поляризована параллельно.поляризации излучения на.качки, и на два порядка, когда ТГ поляризована перпендикулярно поляризацииx 0.4излучения накачки (рис. 6).Отметим, что в аморфном материале, формирующем ОПК, ТГ должна бытьполяризована лишь паралx 20лельно поляризации излучения на основной частоте, однако двулучепреломление ОПК и фазовое согласование в нем приводятк генерации ТГ, поляри,.Рис. 6. Ориентационные зависимости сигнала ТГ зованной перпендикулярнов ОПК для различных длин волн излучения на поляризации накачки.
Кроосновной частоте. Угол 0◦ соответствует поляри- ме того, в пользу достижезации накачки вдоль кристаллографической осиния фазового синхронизма[001]. Сплошные линии – рассчитанные ориентав ПК свидетельствует и зационные зависимости.ITH,ooe-e75101,1TH501.5201.91009018027009018027036018висимость сигнала ТГ от толщины образца. Для обоих материалов результаты расчетов и экспериментальные данные демонстрируют хорошеесоответствие.В четвертой главе рассматривается модификация нелинейной восприимчивости при переходе от объемных полупроводников и диэлектриков к пористым.Вводится понятие эффективной нелинейной восприимчивости, приводятся сведения о свойствах нелинейно-оптической восприимчивостикристаллического кремния.
Анализ свойств симметрии слоев ПК и ОПК,принимающий во внимание кристалличность кремниевых остатков, показывает, что данные материалы обладают свойствами кристаллов групп(3)(3)4/mmm и ∞/mm и, следовательно, обладают пятью (χef f, 1111 , χef f, 3333 ,(3)(3)(3)(3)(3)(3)χef f, 1122 , χef f, 1133 и χef f, 3311 ) и тремя (χef f, 1122 , χef f, 1133 и χef f, 3333 ) независимыми ненулевыми компонентами соответственно. Напомним, чтотензор кубической восприимчивости χb(3) (3ω; ω, ω, ω) кристаллического(3)(3)кремния имеет две независимых компоненты: χ1111 и χ1122 , а аморфныйоксид кремния, из которого состоит ОПК,— одну независимую компо(3)(3)ненту χ1111 = 3 χ1122 .C использованием приближения эффективной среды проведены оценки величин кубической восприимчивости пористого кремния.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
