Диссертация (1102700), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Схема эксперимента аналогична эксперименту по исследованиюасимметричной ВГ, внешнее магнитное поле прикладывалось в меридио-51Рис. 1.24 . Пространственное распределение интенсивности ВГ, полученное с использованием метода конфокальной микроскопии в работе [25] для образцов с элементарной ячейкой,состоящей из четырех наноструктур (верхний ряд), пространственное распределение токовна частоте накачки (средний ряд, моделирование произведено в ПО MAGMAS), пространственное распределение локального электрического поля на частоте накачки (нижний ряд,ПО DiffractMOD). Рисунок из статьи [136]нальной геометрии (параллельно плоскости падения), его величина составляла от 0 до 160 мТл (рис. 1.26).В случае наличия внешнего магнитного поля выражение для интенсивности генерации второй гармоники может быть записано следующимобразом:I(2ω) ∝ |χeven ± χodd |2 I 2 (ω),(1.39)где эффективный тензор квадратичной восприимчивости χeven не меняетсвой знак при изменении направления магнитного поля, а χodd меняет.
Приэтом азимутальная зависимость интенсивности ВГ от образца исследовалась в s-s-геометрии, в которой χodd = 0 при такой симметрии структуры[140]. Однако в этих структурах вклад постоянного магнитного поля былзначительным. Его можно охарактеризовать величиной магнитного кон-52Рис. 1.25 . Пространственное распределение электрического тока на частоте накачки (моделирование произведено в ПО MAGMAS) для образца с элементарной ячейкой, состоящейиз четырех наноструктур (верхний ряд), пространственное распределение интенсивности ВГпри горизонтально поляризованном излучении накачки и АСМ-изображение структуры послеоблучения для различных мощностей излучения накачки (средний и нижний ряд). Рисунокиз статьи [136]траста:ρ=I2ω (H) − I2ω (−H),I2ω (H) + I2ω (−H)(1.40)который согласно данным из статьи менялся практически от 100% до -100%в зависимости от азимутального положения образца.
Одним из объяснений,предложенных авторами, было то, что данные структуры являются слишком большими, чтобы рассматривать их в качестве эффективной среды,не рассматривая их внутреннюю структуру, так как, например, вклады в53Рис. 1.26 . Схема эксперимента по исследованию генерации магнитоиндуцированного излучения второй гармоники [139] (слева). Азимутальные зависимости интенсивности ВГ приразличных приложенных внешних полях для структур в форме буквы G (справа вверху) иmirror-G (слева вверху). Рисунок из статьи [136]ГВГ от боковых граней структур не будут взаимно уничтожаться. Этот результат особенно важен еще и потому, что ранее полученные результаты,описанные в статьях, посвященных ГВГ в структурах в форме буквы G,допускают описание с помощью анализа симметрии тензора квадратичнойвосприимчивости.Еще одним важным результатом, полученным в данной статье, является то, что при приложении внешнего магнитного поля теряется различиемежду энантиомерами, то есть азимутальные зависимости интенсивностивыглядят практически одинаково для структур в форме буквы G и mirrorG.
Это говорит о том, что влияние постоянного магнитного поля на ГВГ втаких образцах больше влияния их хиральности.Таким образом, можно указать некоторые важные, но пока неисследованные аспекты генерации второй оптической гармоники в планарныххиральных наноструктурах:• На данный момент, в отличие от линейного оптического отклика, ещене проводилось полного исследования поляризации излучения ВГ втаких наноструктурах.54• Не были изучены относительные величины вкладов хиральности ианизотропии структур в нелинейно-оптические эффекты• В наноструктурах с характерными размерами порядка длины волныне была детально изучена взаимосвязь между откликом всей структуры и ее частей.Поэтому данная диссертационная работа посвящена экспериментальному исследованию особенностей генерации второй оптической гармоникиразличными методами, позволяющими полностью определить состояниеполяризации излучения ВГ как упорядоченного массива планарных хиральных наноструктур (при этом само расположение структур в массивеможет как хиральным, так и ахиральным), так и их отдельных частей.55Глава 2Микроскопия второй оптической гармоники вобразцах с элементарной ячейкой, состоящей из однойнаноструктуры в форме буквы GВ данной главе рассматривается нелинейно-оптический отклик отдельных наноструктур в форме буквы G, исследованный методом микроскопии второй гармоники с разрешением по поляризации излучения ВГ.§ 2.1.Экспериментальные образы: методика изготовления и характеризация образцовИсследованные в данной диссертационной работе образцы представляют собой массив золотых наноструктур в форме буквы G толщиной 35нм, напыленных на подложку Si(100)/SiO2 .
Для изготовления образцаочищенная подложка из кремния Si с термически выращенным оксидомкремния SiO2 толщиной 200 нм сначала покрывалась двойным слоем полиметилметакрилата/сополимера полиметилметакрилата, использованного вкачестве позитивного резиста. Далее резист был экспонирован электронным пучком, с помощью которого были обозначены будущие наноструктуры. Экспонирование было проведено с помощью электронно-лучевого литографа VB6, Leica Microsystems Lithography, разрешение системы с учетомвыбивания вторичных электронов и других эффектов, ухудшающих разрешение, составляет 25 нм.
Далее для проявки резиста подложка была помещена в смесь изопропилового спирта и метилизобутилкетона. Затем резистбыл высушен и засвеченная его часть удалена. После этого на подложкубыли последовательно нанесены слой титана толщиной 3 нм (для лучшейадгезии) и золота толщиной 30 нм.
Далее оставшийся резист был удаленпри последовательном помещении подложки в теплый ацетон и ультразвуковую ванну. Затем подложка с образцами была промыта в изопропиловомспирту и высушена потоком азота [141]. Образцы были изготовлены А. В.Шилханеком (A.V. Silhanek) в Католическом университете г. Лёвeн (Бель-56гия).Толщина слоя SiO2 - 200 нм.
Поперечный размер каждой наноструктуры составляет 1 мкм, ширина слоя золота - 200 нм, расстояние междунаноструктурами также составляет 200 нм. Весь массив занимает площадь2.5х2.5 мм2 и состоит из 2000х2000 структур. В данной работе исследуются4 образца, которые составляют 2 пары зеркально симметричных структур.Элементарная ячейка двух образцов состоит из одной наноструктуры вформе буквы G, закрученной против (в дальнейшем будут обозначатьсякак G-CCW) и по часовой стрелке (G-CW) (рисунки 2.1.а и 2.1.б соответственно), других двух - из четырех наноструктур, элементарной структурной единицей этих образцов является закрученная по (G-Ci1) или против часовой стрелки (G-Ci2) наноструктура (рисунки 2.1.в и 2.1.г соответственно).а) G-CWб) G-CCWв) G-Ci1г) G-Ci2Рис. 2.1 .
Схематичное изображение структуры исследуемых образцов. Эти же обозначениябудут использоваться для различения образцов в дальнейшем представлении экспериментальных данных.§ 2.2.Экспериментальная установка для исследования ГВГ методом микроскопииДанная установка была собрана на базе титан-сапфирового фемтосекундного лазера «FEMoS».
Схема представлена на рисунке 2.5.Выходное излучение лазера является линейно поляризованным ипредставляет собой последовательность фемтосекундных импульсов длительностью 30 фс с частотой следования 80 МГц. Средняя мощность излучения лазера на входе в изображенную на рис. 2.5 часть установки составляла 4 мВт. В качестве накачки для титан-сапфирового лазера использовался лазер Coherent Verdi на основе кристалла N d3+ : Y V O4 с удвоителем570.5 мкм0.2 мкм0.6 мкм1 мкм1 мкм0.2 мкмРис. 2.2 . Схематичное изображение структуры с указанием характерных размеров.Рис. 2.3 .
Изображение одного из образцов (G-CW) в электронном микроскопе.на основе кристалла LBO с выходной мощностью 3 Вт. Все измерения поГВГ проводились на длине волны 800 нм, спектральная ширина линии излучения составляла (на уровне половины от максимальной интенсивностиизлучения) 60 нм. Одним из факторов, обусловивших выбор данных спектральных параметров излучения, было то, что в этом случае спектральнаялиния практически полностью перекрывала (по длине волны) диапазон перестройки другого титан-сапфирового лазера, использовавшегося в даннойработе, а также то, что в этом случае стабильность генерации лазера быланаилучшей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
