Диссертация (1102700), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Подробнее о втором лазере и выборе длины волны излучениянакачки в его диапазоне перестройки сказано в следующей главе.Вышедшее из титан-сапфирового лазера линейно поляризованное из-582010H,0-10-20-300123456X,а)Рис. 2.4 .б)Изображение образца G-CCW в атомно-силовом микроскопе (а), профиль об-разца (б) вдоль белой линии, отмеченной на рисунке (а), минимумы соответствуют уровнюподложки.Рис. 2.5 . Схема экспериментальной установки для изучения свойств излучения на частотевторой гармоники методом микроскопии.лучение накачки проходило через телескопическую систему расширенияпучка, состоявшую из двух собирающих линз с фокусными расстояниями1 см и 3 см и дающую коэффициент расширения равный 3. Данная системабыла необходима для того, чтобы диаметр лазерного пучка совпадал с диа-59,метром входной апертуры объектива, о котором будет сказано далее.
Затем излучения проходило через призму Глана, выделявшую поляризациюпараллельную поляризации исходного лазерного пучка, и фильтр RG695толщиной 3 мм. После этого необходимое для эксперимента состояние поляризации устанавливалось с помощью пластинок λ/2 или λ/4 нулевогопорядка. Далее излучение проходило через дихроичное зеркало, спектрпропускания которого представлен на рисунке 2.6. Видно, что в диапазоне1.00.8.2.0.60.40.20.0400500600700800,Рис.
2.6 . Спектр коэффициента пропускания дихроичного зеркала.длин волн излучения накачки (770-850 нм) и длин волн, соответствующихчастотам излучения ВГ (385-425 нм), коэффициент пропускания не имеетособенностей и является почти постоянным (близким к 90% и к 0% соответственно). Затем излучение накачки с помощью объектива Leica PL FluotarL 63x/0.7 с числовой апертурой 0.7 фокусируется на образец.
Образец установлен на 3-х координатной автоматизированной подвижке, оборудованнойшаговыми двигателями ДШ34, работающими в режиме 1/16 шага, и редукторами, обеспечивающими сканирование по всем трем координатам сминимальным шагом 14 нм.Ширина пучка, сфокусированного на образец, была измерена экспериментально методом лезвия [142]. Для этого была измерена зависимостьинтенсивности лазерного излучения (использовались фотодиоды в режимеобратного смещения) от смещения лезвия в перпендикулярной лучу плоскости. Результаты представлены на рисунке 2.7.а.Далее из этих результатов был получен пространственный профильинтенсивности пучка (точки на рис. 2.7.б), который был аппроксимированфункцией Гаусса (черная кривая на рис.
2.7.б). Результаты аппроксимации353025201510502..31I,I,..6000Рис. 2.7 .1234560123,,а)б)456(а) график зависимости интенсивности лазерного излучения I от положениялезвия X. (б) Пространственный профиль лазерного пучка, полученный из данных, представленных на рисунке (а), точки обозначают экспериментальные значения, черная кривая аппроксимацию функцией Гаусса.дали ширину кривой на уровне половинной амплитуды (FWHM) 860 ± 30нм. Измерения поперечного профиля интенсивности лазерного луча былипроведены в двух взаимно перпендикулярных направлениях, результатыполучились одинаковыми в пределах погрешности. Говоря об оптическомразрешении установки, следует отметить, что в ее основе лежит нелинейный процесс (генерация второй гармоники), эффективность которогопропорциональна квадрату электрического поля, поэтому пространственное разрешение для пространственно ограниченных пучков будет выше посравнению со случаем использования линейных по электрическому полюэффектов, которое можно оценить по критерию Рэлея, зная параметрыфокусировки пучка.
При этом характерный поперечный размер области√нелинейной поляризации (FWHM), наводимой таким пучком, будет в 2раз меньше ширины (FWHM) самого пучка (если считать его форму гауссовой). Кроме того, наличие образцов с элементарной ячейкой, состоящей из4 наноструктур, позволяет выполнить простую экспериментальную оценку.На рисунке 2.8 представлены схематичное изображение образца G-Ci2 (а)и пространственное распределение интенсивности ВГ при горизонтальнополяризованном излучении накачки (б), также обозначено расположениехотспотов на наноструктурах. Расстояние между хотспотами 2 и 3, согласно работе [138] и результатам численных расчетов распределения токов вструктуре (о них далее), составляет около 450 нм. При этом хотспоты 261Рис. 2.8 .Схематичное изображение образца G-Ci2 (а) и пространственное распределе-ние интенсивности ВГ (б) при горизонтально поляризованном излучении накачки. Цифрамиобозначено расположение хотспотов на структуре.и 3 различимы, что говорит о том, что это расстояние является оценкойсверху для оптического разрешения данной экспериментальной установкиИзлучение ВГ от образца собирается тем же самым объективом инаправляется на дихроичное зеркало, после отражения от которого онопоследовательно проходят через пластинки λ/4 и λ/2 нулевого порядка,которые необходимым образом преобразуют поляризацию излучения ВГтак, чтобы затем с помощью двух ФЭУ Hamamatsu R4220P, стоящих в разных каналах поляризационного светоделителя (призмы Глана), измеритьнеобходимые для расчета параметров Стокса S0,1,2,3 интенсивности излучения ВГ [54].
Также для системы регистрации были измерены матрицыМюллера (инструментальные матрицы) на частотах накачки (с помощьютитан-сапфирового лазера) и ВГ (с помощью излучения диодного лазерана длине волны 405 нм) [143], но следует отметить, что учет данных матриц не менял качественно полученных данных, количественные изменениятакже были небольшими. Перед ФЭУ были установлены фильтры BG39толщиной 3 мм, отрезающие излучение накачки.Также часть излучения титан-сапфирового лазера отводилось в каналсравнения, что позволяло отслеживать флуктуации параметров лазерногоизлучения.
В канале сравнения использовался ФЭУ-79, детектировавший62излучение ВГ от нелинейного кристалла (кварца). Набор фильтров в канале сравнения был аналогичен сигнальному каналу системы регистрации.Сигнал со всех трех ФЭУ проходил через аналого-цифровой преобразователь (счетчик на плате Freeduino Mega 2560 на базе микроконтроллераAtmega2560) и обрабатывался на компьютере программой, написанной всреде LabView.
Сканирование осуществлялось построчно (сначала измерялась зависимость интенсивности ВГ от перемещения вдоль одной оси подвижки на расстояние, равное размеру поля сканирования, затем по второйоси происходило перемещение на величину шага сканирования и процессповторялся). Управление шаговыми двигателями осуществлялось той жеплатой с помощью контроллеров шаговых двигателей Pololu A4988.В представленных экспериментальных данных шаг сканирования пообеим координатам составлял 41 нм, время измерения одной точки 100 мс,шумы сигнальных ФЭУ составляли около 4 фотонов за 100 мс, ФЭУ сравнения около 50 фотонов за 100 мс.
Для указания характерных размеров навсех представленных двумерных распределениях интенсивности или иныхпараметров излучения ВГ приведено схематичное изображение исследуемых структур.§ 2.3.Экспериментальные результатыРассмотрим сначала спектр излучения на частоте ВГ от массива наноструктур в форме буквы G.
Результаты для образца G-CW представленына рисунке 2.9. Следует отметить, что на спектр влияют спектр отражениядихроичного зеркала (рис. 2.6) и фильтра СС4, находящегося в сигнальном канале. Видно, что кроме излучения на частоте ВГ существует такжезначительная доля широкополосной двухфотонной люминесценции [133],но при этом она оказалась преимущественно деполяризованной, то есть неоказывающей влияния на детектируемые параметры поляризации ВГ.Целью данной части работы было исследование нелинейнооптического квадратичного отклика образцов G-CW и G-CCW методоммикроскопии ВГ с возможностью детектирования поляризации излученияпри линейно поляризованном излучении накачки.
Для этого были измерены пространственные распределения интенсивности ВГ тех поляризаций,631.4.1.2.1.00.8I2,0.60.40.20.0350400450500550,Рис. 2.9 . Спектр излучения образца G-CW при вертикально поляризованном излучениинакачки.которые необходимы для определения всех параметров Стокса [54]:S0 = IV + IH ,S1 = IV − IH ,S2 = I+45 − I−45 ,S3 = IRCP − ILCP ,(2.1)где Ii обозначает интенсивность ВГ, имеющую состояние поляризации i: V- «вертикальная» линейная поляризация, H - «горизонтальная» линейнаяполяризация, ±45 - линейная поляризация повернутая на угол ±45◦ относительно вертикальной линейной поляризации, RCP и LCP правая и леваяциркулярные поляризации.
Указанные поляризации схематично показанына рисунке 2.10.V+45-45HРис. 2.10 . Схематичное изображение рассматриваемых в данной главе поляризаций излучения накачки и ВГ относительно рассматриваемых наноструктур. V - «вертикальная» линейная поляризация, H - «горизонтальная» линейная поляризация, ±45 - линейная поляризацияповернутая на угол ±45◦ относительно вертикальной линейной поляризации.642.3.1.Вертикально поляризованное излучение накачкиРассмотрим сначала вертикально поляризованное излучение накачки. Согласно статьям [25] и [144], в этом случае на отдельной структуредолжно существовать два хотспота. Полученные нами экспериментальныеданные демонстрируют те же особенности.Рис. 2.11 .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
