Высокочувствительная нелинейная спектроскопия классических полупроводников и нанополиацетилена (1097519), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Когда речь идет о применениях сжатого света в прецизионных физических измерениях, обычноимеют в виду подавление пуассоновских флуктуаций интенсивности света. Учет векторного характера электромагнитного поля, то есть поляризационных свойств света, позволяет ввести новые типы сжатых состояний, что сделано с помощью четырехкомпонентного оператора Стокса.В когерентном состоянии предельная чувствительность измерения какого-либо параметра Стокса ограничивается уровнем дробового шума.Однако можно приготовить такое состояние поляризованного световогополя, в котором дисперсии параметров Стокса не равны — поляризационно-сжатое состояние. Такому состоянию будет соответствовать область неопределенности в форме деформированного шара с центром насфере Пуанкаре, причем флуктуации одного из стоксовых параметровбудут ниже уровня флуктуаций в когерентном состоянии.
Отметим, чтов последние несколько лет были выполнены эксперименты, демонстрирующие возможность формирования поляризационно-сжатого света.В работе проанализирован известный фотодефлекционный метод измерения смещений поверхности твердых тел, основанный на измерении малых наклонов поверхности, вызванных ее деформацией. Фотоде9флекционный сигнал формируется с помощью пробного пучка, падающего на исследуемую поверхность и зеркально отражающегося от нее.Малый наклон поверхности приводит к отклонению пробного пучка ипоперечному смещению пробного пучка на позиционно-чувствительномдетекторе (см. рис. 2).
Проанализирована предельная чувствительностьфотодефлекционного метода к смещению поверхности и к углу отклонения лазерного пучка, рассмотрены вклады в фотодефлекционный сигнал, не связанные со смещением поверхности.В последней части первой главы описаны известные методы спектроскопии фотоиндуцированного поглощения и электропоглощения, применяемые, в частности, для исследования сопряженных полимеров. В методе фотоиндуцированного поглощения (электропоглощения) с помощьюпробного пучка измеряется изменение спектра пропускания образца,индуцированное промодулированным пучком возбуждения (приложенным электрическим полем). Проведен анализ тепловых и интерференционных эффектов, существенных при измерении спектров фотоиндуцированного поглощения тонких пленок.Во второй главе представлена техника эксперимента и созданнаяаппаратура: лазеры, поляриметры, фотодефлекционная пикосекунднаяустановка, радиочастотная техника синхронного усиления и многофункциональный спектрометр видимого и ближнего ИК диапазона.В данной работе разработан перестраиваемый пикосекундный лазер,основанный на преобразовании частоты вверх излучения континуума вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР) в волоконном световоде — RAC-n-UP лазер (RAman Continuum–and–UP-converter).
Мощныйпикосекундный световой импульс при распространении в волоконномсветоводе вызывает ВКР, развивающееся при определенных условияхв однородный спектральный континуум. RAC-n-UP лазер — комбинациягенератора континуума (волоконного световода) и селективного преобразователя частоты «вверх» (нелинейного кристалла), преобразующегоузкую часть спектрального состава континуума в высокочастотную область спектра. Ширина спектра генерации RAC-n-UP лазера определяется типом нелинейного преобразователя и условиями фазового синхронизма; перестройка длины волны контролируется выбором условийсинхронизма, в простейшем случае — изменением ориентации нелинейного кристалла.
Для накачки RAC-n-UP лазера использовался квазинепрерывный пикосекундный YAG:Nd3+ лазер, работающий в режимемодуляции добротности и синхронизации мод. В качестве преобразователей частоты вверх применялись кристаллы калий-титанил фосфата10и йодата лития. В работе исследованы спектральные, временные, мощностные и шумовые характеристики RAC-n-UP лазера. Перестройка частоты в широком спектральном диапазоне 532–650 нм осуществляетсяодним параметром — углом синхронизма.
Несмотря на то, что селективная конверсия только части распределенной по широкому спектру энергии континуума предполагает неизбежные значительные потери, высокая эффективность ВКР процесса и практически полное преобразование энергии в нелинейном кристалле обеспечивают пиковую мощностьизлучения диапазоне сотен ватт, что соответствует энергии одиночногоимпульса в десятки наноджоулей.Далее приведены результаты измерений степени деполяризации излучения одночастотного кольцевого монолитного YAG:Nd3+ лазера с диодной накачкой, составляющей величину 3×10−3. Показано, что дифракция на неоднородностях индуцированного двулучепреломления активного элемента приводит к частичной деполяризации лазерного излучения.В настоящей работе разработана высокочувствительная система фоторегистрации для лазерных экспериментов типа «возбуждение—зондирование», реализующая технику синхронного усиления с двойной модуляцией на высокой f0 и низкой f1 ∼1 кГц частотах.
Система фоторегистрации работает на фиксированной частоте f0 =6.2 МГц и выполнена как приставка к стандартному низкочастотному синхронному детектору, включающая в себя кремниевый фотодиод, нагруженный нарезонансный усилитель, и синхронный преобразователь радиочастотывниз. Чувствительность к малым пиковымизменениям оптической мощ√−7ности составляет δP/P ∼5×10 1/ Гц, которая определяется дробовыми шумами фототока на частоте детектирования f0. Разработаннаятехника применена с пикосекундным YAG:Nd3+ лазером в экспериментах по оптоакустической (Глава 4) и поляризационной спектроскопии свысоким временным разрешением (Глава 5).Для проведения оптоакустических экспериментов, описанных в Главе 4, была создана пикосекундная установка, реализующая фотодефлекционный метод измерений малых смещений поверхности образца.Установка собрана на основе пикосекундного непрерывно-накачиваемого YAG:Nd3+ лазера с активной синхронизацией мод и разработаннойнами радиочастотной системы регистрации.
Она позволяет проводитьизмерения смещения поверхности образцов на уровне 0.1 пм с временным разрешением '100 пс. Существенно, что в данной установке возбуждение и зондирование акустических импульсов проводиться с разныхсторон образца (см. рис. 2), что дает возможность исключить опти11β (мкрад)Рис. 1. Зависимость угла β от ориентации азимута поляризации пробного и возбуждающего пучков относительно осей симметрии GaAs; интенсивность возбуждения50 МВт/см , длительность импульсов '50 пс, длины волн возбуждения и зондирования 532 нм. Измерения проведены при повороте образца в его плоскости; 2 и 4отвечают возбуждению противоположных граней кристалла — после его поворота наугол 180 вокруг направления поляризаций пучков возбуждения и зондирования.ческое взаимодействие пучков возбуждения и зондирования в образце.Достигнутый уровень чувствительности ограничивался дробовыми шумами фототока пробного пучка, что позволило нам измерять профиль субнаносекундных акустических импульсов c высоким соотношением сигнал—шум.Далее описаны схемы и аппаратура поляриметрии, позволяющие измерять малые изменения состояния поляризации пробного пучка (поворот поляризации, изменение эллиптичности и деполяризации), индуцированные в образце пучком возбуждения, с чувствительностью к углуповорота поляризации 0.01–1 мкрад и временным разрешением в пикосекундном и миллисекундном диапазоне для ряда длин волн видимогои ближнего ИК диапазона.В заключительной части второй главы изложена техника спектроскопии фотоиндуцированного поглощения и электропоглощения, дающаявозможность измерять относительные изменения спектра пропусканияобразцов в видимом и ближнем ИК диапазоне на уровне до 10−6 и спектральным разрешением ∼1 нм, вызванных фотовозбуждением образцаили приложением к нему постоянного электрического поля.В третьей главе представлены результаты исследований поляризационного эффекта при нормальном отражении от полупроводникового12монокристалла GaAs методом «возбуждение—зондирование» с пикосекундным временным разрешением.
Существенно, что GaAs в линейнойоптике — изотропный и негиротропный кристалл. Было обнаружено, чтоазимут поляризации пробного пучка при отражении от фотовозбужденного GaAs поворачивается, причем угол поворота β имеет характернуюзависимость от ориентации образца (рис. 1). Время жизни поляризационного эффекта составляет '300 пс, что соответствует времени жизнифотовозбужденной электронно-дырочной плазмы (ЭДП) у поверхностиGaAs плотностью '1×1020 см−3. В работе проанализированы возможныемеханизмы наблюдаемого поляризационного эффекта, основное внимание уделено модели нелокального отклика и электрооптическому эффекту во «встроенном» приповерхностном поле GaAs, которое экранируется фотовозбужденной ЭДП.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
