Автореферат (1102883), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Алгоритм FDTD в рамках данной работы был реализованв собственном программном коде на языке C++. Результаты численногомоделирования соответствуют результатам эксперимента и аналитическогорасчёта. По материалам данной главы были сделаны следующие выводы:1. Впервые экспериментально обнаружен эффект дифракционноиндуцированного временного деления импульсов света в фотонныхкристаллах. Для кристалла из пористого кварца показателями преломления 1 = 1.48, 2 = 1.32, длиной = 2 мм, периодом = 0.8мкм время деления составило 0.57 ± 0.01 пс, что совпадает с аналитически вычисленным значением.2. Время деления импульсов линейно зависит от длины фотонного кристалла, что подтверждает объёмный характер данного эффекта.113.
Эффект временного деления импульсов оптически линеен: параметры эффекта не зависят от мощности падающего на кристалл излучения.Глава 4 "Управление фемтосекундными импульсами при помощи эффекта временного деления в фотонных кристаллах"В данной главе представлены результаты исследования особенностейэффекта временного деления фемтосекундных лазерных импульсов в фотонных кристаллах, индуцированного брэгговской дифракцией в геометрии Лауэ. Экспериментально и при помощи численного моделированияисследована поляризационная зависимость данного эффекта. Представлены экспериментальные результаты по наблюдению эффекта селективнойвременной компрессии импульсов при дифракционно-индуцированном временном делении фемтосекундных импульсов.
Экспериментальные результаты сопоставлены с результатами аналитического расчёта и численногомоделирования по методу FDTD.Компрессор 2(25 фс)τTiSa 800 нм40 фс, 300 мВт20%Линия задержки(точно)Компрессор 1(35 фс)80%λ/2 f = 50 ммЛиния задержки(грубо)ОбразецBBOλ/2ICC(τ)Фотодиодf = 25 ммРис. 7: Экспериментальная установка, предназначенная для измерения кросскорреляционной функции излучения, прошедшего сквозь фотонный кристалл.Эксперименты проводились с использованием метода кросскорреляционной функции.
Экспериментальная установка представлена нарис. 7. В качестве источника излучения использовался лазер на основетитаната сапфира (средняя мощность 400 мВт, −поляризация, длительность импульса 40 фс). Излучение лазера делилось в соотношении 80:20 надва плеча, в каждом плече был собран четырёхпризменный компрессор,сжимающий фемтосекундные импульсы света во времени, что необходимодля компенсации дисперсии оптических элементов, а также частотной12Интенсивность (отн.ед.)модуляции импульса, падающего на ФК. Погрешность измерения временидля данной установки составила 2 фс.Излучение фокусировалось на образец (пористый кварц, длина 2.4 мм)стеклянной линзой в перетяжку порядка 20 мкм. Поляризация падающегона образец излучения регулировалась при помощи пластинок /2, помещённых до и после образца. Излучение, вышедшее из образца, при помощи зеркального параболического отражателя преобразовывалось в параллельный пучок и складывалось с излучением другого плеча в фокусе сферического зеркала на кристалле бета-бората бария (BBO).
Интенсивностьнеколлинеарной второй гармоники, генерируемой при смешении излученийразличных плеч, пропорциональна кросс-корреляционной функции излучения, прошедшего через образец. Установка предоставлена ИнститутомСпектроскопии РАН г. Троицк.Поляризационная зависимость эффекта временного деленияимпульсов.При исследовании зависимостей эффекта была обнаружена существенная зависимость эффекта от поляризации излучения.1.0ps0.80.60.40.20.0-600-400-2000200Время (фс)400600Рис.
8: Экспериментально измеренные кросс-корреляционные функции излучения, дифрагировавшего на фотонном кристалле для случая − и −поляризацииизлучения накачки.На рис. 8 представлены измеренные кросс-корреляционные функцииизлучения для − и −поляризации падающего излучения. Видно, что деление импульсов в случае −поляризации имеет большую величину. Время деления для экспериментального образца составляет 746 ± 2 фс для−поляризации и 518 ± 2 фс для −поляризации.Экспериментальные результаты соответствуют предсказаниям динамической теории дифракции света в фотонных кристаллах. При этом поляризационная зависимость эффекта возникает при учёте в волновом урав13нении пространственной дисперсии в виде градиента диэлектрической проницаемости.
В одномерных фотонных кристаллах она возникает благодаряналичию выделенного направления градиента диэлектрической проницаемости - по нормали к слоям ФК. Следовательно, в одномерном фотонномкристалле будет наблюдаться поляризационная зависимость решёточнойдисперсии - так называемая решёточная анизотропия.Дополнительный вклад в поляризационную зависимость вносит оптическая материальная анизотропия пористого оксида кремния. Пористаяструктура образца обуславливает наличие оптической оси, направленнойвдоль пор в направлении нормали к слоям. Существование этого видаанизотропии подтверждается экспериментально: измеренные значения показателей преломления слоёв фотонного кристалла для обыкновенной инеобыкновенной волн составляют 1, = 1.46, 1, = 1.45, 2, = 1.35,2, = 1.32.
Из этих значений следует, что материальная анизотропия (контраст между показателями преломления обыкновенной и необыкновеннойволн) имеет различную величину для различных слоёв слоёв.Вклад этой анизотропии в поляризационную зависимость имеет тот жезнак, что и вклад решёточной анизотропии, но имеет меньшую величину.Аналитический расчёт распределения поля импульса на выходе из фотонного кристалла для различных поляризаций представлен на рис. 9. Врасчёте были учтены как решёточная анизотропия, так и материальная.x (мкм)500i(а)2500p0-250-500-750-750750x (мкм)500-500-2500t (фс)250500750(б)s2500-250-500-750-7501Интенсивность (отн.ед.)750(в)0.20.0-600-500-2500250t (фс)500ps0.4750-400-2000200Время (фс)400600Рис.
9: Аналитически вычисленное распределение комплексной амплитуды поляимпульса на выходе из фотонного кристалла для различных поляризаций накачки (а) , (б) ; (в) - сечение распределения при = 0. Цветовая шкала длякомплексных чисел приведена на вставке.14Динамическая дифракция частотно-модулированного импульса.Благодаря различной решёточной дисперсии фотонного кристалла дляборрманновского и антиборрманновского импульсов имеет место следующий эффект: при распространении импульса с квадратичной модуляцией фазы происходит селективная компрессия (декомпрессия) разделенныхимпульсов, что было теоретически предсказано в [22].Эксперимент проводился на установке, схема которой приведена на рис.7. При этом частотная модуляция (чирп) импульса, падающего на образец,вводилась при помощи компрессора сигнального канала.Величина чирпа определяется как характеристика уширения импульса до ширины после компрессораотносительно ширины исходного 0√︃(︂ )︂2согласно формуле = ±− 1 где знак "+"соответствует положи0тельному чирпу, знак "−"соответствует отрицательному чирпу.При изменении чирпа исходного импульса в диапазоне (-4.
. . +4) были измерены ширины боррманновского и антиборрманновского импульсов.Результат измерения приведён на рис. 10.Длительность импульса (фс)160Длительность импульса (фс)ИсходныйАнтиборрманновскийБоррманновский(а)18014012010080604020-4-3-2-101Чирп234180ИсходныйАнтиборрманновскийБоррманновский(б)160140120100806040-4-3-2-101Чирп234Рис. 10: Зависимость ширин боррманновского и антиборрманновского импульсов от чирпа в сравнении с шириной исходного импульса. (a) - экспериментально измеренные значения, (б) - результаты численного моделирования по методуFDTD.Видно, что при отрицательном чирпе ширина боррманновского импульса меньше ширины исходного, а ширина антиборрманновского больше.
Приуменьшении модуля чирпа длительность сжатого импульса приближаетсяк длительности исходного и при чирпе ∼ −1.5 их длительности сравниваются. При этом величина компрессии импульса соответствует расплыванию, обусловленному дисперсией образца. Импульс распространяетсявнутри образца без изменений. Парный к нему антиборрманновский импульс расплывается. При нулевом чирпе структурная дисперсия не влияет15на расплывание импульсов и длительность боррманновского и антиборрманновского импульсов почти одинакова.По данной главе сделаны следующие выводы:1. Обнаружена поляризационная зависимость эффекта дифракционного деления лазерных импульсов в фотонных кристаллах.
Время деления в случае −поляризации превосходит в 1.6 раза время делениядля −поляризации.2. Исследован эффект дифракционного деления импульсов в фотонном кристалле, материалы слоёв которого представляют собой анизотропную одноосную среду. Вклад в различие времен деления − и−поляризаций совпадает по знаку, но вклад решёточной анизотропии превосходит вклад материальной.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
