Диссертация (1102884), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Численное моделирование поляризационной зависимости былотакже проведено, однако, поскольку аналитический расчёт достаточно хорошо объясняет экспериментальные результаты, было произведено единичное моделирование в масштабе 1:10, дальнейшее моделирование не производилось. Результат численного моделирования - временная зависимостьмгновенной интенсивности излучения на выходной поверхности фотонногокристалла - приведен на рис. 4.10.Таким образом, при динамической дифракции фемтосекундного лазерного импульса в фотонном кристалле в геометрии Лауэ наблюдаетсяэффект временного деления импульсов, зависящий от поляризации исходного импульса.
В случае фотонного кристалла, изготовленного из пористого оксида кремния, проявляются два фактора: решёточная анизотропия одномерного фотонного кристалла и материальная анизотропия пористого кварца. Факторы имеют одинаковый знак (время деления при−поляризации превосходит время деления для −поляризации) и первыйфактор превосходит второй по величине.111Интенсивность (отн.ед.)0.25ps0.200.150.100.050.00-60Рис. 4.10 :-45-30-15 015Время (фс)304560Временная зависимость мгновенной интенсивности излучения на выходе изфотонного кристалла для − и −поляризаций, вычисленная методом FDTD.Поляризация (град)spICC90(отн.ед.)1.0750.8600.6450.4300.2150-6000-400-2000200Время (фс)400600Рис. 4.11 : Экспериментально измеренная зависимость корреляционной функции от угланаклона плоскости поляризации падающего излучения к плоскости падения.Кросс-корреляционные функции для различных поляризаций былиизмерены и при непрерывном изменении угла наклона плоскости поляризации накачки Результат измерения представлен на рис.
4.11. В этом случаеотчетливо виден переход формы выходного импульса от случая к случаю. При "диагональной"поляризации, т.е. при угле наклона плоскости поляризации 45°отчетливо видны все 4 импульса дифракционно разделённогоизлучения. Также можно наблюдать, что первые импульсы в каждой паренаходятся достаточно близко друг к другу, но не совпадают. В связи с тем,что относительное положение пар импульсов для различных поляризаций112определяется материальным двулучепреломлением слоёв фотонного кристалла, возможно изменять это относительное положение только в узкихпределах. Кроме того, это требует замены фотонного кристалла целиком.§ 4.3.особенности пространственного распределения интенсивности импульсов в фотонном кристалле4.3.1.Cмещение импульсов при отстройке от угла БрэггаСогласно аналитическим вычислениям, а также предварительным измерениям (рис.
3.2), при отклонении угла падения импульсного излученияна переднюю грань фотонного кристалла оптический путь импульса внутри кристалла отклоняется от нормального направления и разделяется надва луча. Теория утверждает, что в этом случае боррманновский и антиборрманновский импульсы движутся внутри кристалла в различных направлениях и пространственно расходятся.
Чтобы проверить это предположение, был предложен следующий эксперимент: часть выходной поверхности фотонного кристалла перекрывалась близко расположенным (10 мкм)металлическим лезвием, край которого нормален плоскости падения лучей(рис. 4.12 а). Перемещая лезвие вдоль грани, можно перекрыть либо один,либо другой луч.Эксперимент был выполнен при малом отклонении от угла Брэгга,чтобы отклонившиеся лучи не достигли краёв фотонного кристалла, чтосильно исказило бы результаты вследствие переотражений.Размер перетяжки входного импульса на передней грани составлял20-30 мкм.
При отклонении от условия Брэгга на угол 0 = − (считался положительным при уменьшении угла падения) излучение вблизивыходной грани перекрывалось лезвием. Измерялась пиковая интенсивность боррмановского и антиборрмановского импульсов при помощи кросскорреляционной функции, на которой импульсы легко различимы. Результаты представлены на рис. 4.12. Отчётливо видно, что при движении лезвия сначала появляется один максимум, потом другой. При смене знакаотстройки 0 максимумы появляются в обратном порядке.Аналитически вычисленные распределения интенсивности импульсоввнутри фотонного кристалла при распространении импульса в условиях отстройки от угла Брэгга для отстроек 0 = 1 , 0 = −1 представлены нарис.
4.13. Видно, что при изменении знака отстройки происходит измене-113К детекторуθB-αx810БоррманновскийАнтиборрманновскийИнтенсивность (отн. ед.)(а)Интенсивность (отн. ед.)10(б)64206080100120140Положение лезвия (мкм)8БоррманновскийАнтиборрманновский(в)64201606080100120140Положение лезвия (мкм)160Рис. 4.12 : Схема (а) и результаты (б,в) эксперимента с перекрытием исходящего излучения лезвием: зависимость интенсивности импульсов от положения лезвия.
Исходный импульсфокусирован. б) 0 = 0.9 , в) 0 = −1 .0.40.4(a)0.2x (мм)x (мм)0.2(б)0.0-0.20.80.60.00.40.2-0.2-0.42.02.22.4z (мм)2.62.8-0.42.01.00.02.22.4z (мм)2.62.8Рис. 4.13 : Аналитически вычисленное распределение интенсивности поля при различныхотклонениях от угла Брэгга внутри фотонного кристалла (а) 0 = 1 , (б) 0 = −1 .ние пространственного положения импульсов относительно прямой = 0,причём направление этого изменения соответствует результатам эксперимента.4.3.2.Пространственно-временное распределение интенсивности на выходной грани фотонного кристаллаДля того, чтобы установить особенности пространственного распределения поля импульса внутри фотонного кристалла при временном делении импульсов, была измерена серия кросс-корреляционных функцийпри смещении волоконного зонда вдоль выходной поверхности кристалла.Одномодовое волокно, оптимизированное для длины волны 800 нм, под-114водилось к выходной грани образца на расстояние 5 мкм.
После выходаиз волокна излучение направлялось в кросс-коррелометр. Для того, чтобыдисперсия материала волокна не вносила значительные искажения во временну́ю форму импульсов, волокно было выбрано максимально коротким(3 см). Таким образом, пространственное разрешение данной установки составило порядка 5 мкм. Зависимость кросс-корреляционных функций откоординаты сканирующего зонда представлена на рис. 4.14. Измеренияпроводились на описанной ранее установке с описанным ранее образцом.601.0x (мкм)400.8200.600.4-200.2-400-60-600-400-2000t (фс)200400600Рис. 4.14 : Экспериментально измеренная зависимость корреляционной функции от координаты точки на выходе образца.На распределении видно, что на выходе из кристалла имеются двапоследовательных импульса. Пространственные размеры импульсов в поперечном направлении составляют 25 ± 5 мкм для боррманновского импульса и 30 ± 5 для антиборрманновского импульса, что достаточно близкок размеру исходного импульса (перетяжка фокусирующей линзы 20 мкм).Таким образом, показано, что возможно измерить пространственновременное распределение интенсивности на выходе фотонного кристаллапри динамической дифракции фемтосекундных лазерных импульсов в одномерных фотонных кристаллах в геометрии Лауэ.
Поперечные пространственные размеры импульсов на выходе ФК незначительно отличаются отисходного импульса на входе.115§ 4.4.Распространение импульсов с квадратичной модуляциейфазыВ параграфе рассмотрены экспериментальные результаты по наблюдению эффекта селективной временной компрессии боррманновского и антиборрманновского импульсов при эффекте дифракционноиндуцированного временного деления фемтосекундных импульсов в одномерном фотонном кристалле в геометрии Лауэ.Благодаря различной структурной дисперсии фотонного кристалладля боррманновского и антиборрманновского импульсов, имеет место следующий эффект: при распространении импульса с квадратичной модуляцией фазы происходит изменение длительности разделенных импульсов.4.4.1.Установка для наблюдения эффекта селективной компрессии импульсовЭкспериментальная установка, предназначенная для наблюденияэффекта селективной компрессии импульсов в фотонном кристалле,отличается от рассмотренной ранее установки для измерения кросскорреляционных функций возможностью настройки призменного компрессора сигнального канала (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
