Диссертация (1103589), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Аналогичный поворотплоскости поляризации можно получить не только для отраженной,но и для прошедшей волны. Однако при экспериментальном изученииэффекты в отраженной волне имеют большее отношение сигнала кшуму, что может быть связано с большей чувствительностью отраженнойволны по сравнению с прошедшей к свойствам поверхности, на которойнаходится структура. Обсуждаемые ниже результаты получены прианализе зондирующего излучения, отраженного от структуры.109§ 4.2.Динамика поворота плоскости поляризацииДинамика оптического отклика изучалась при различныхкомбинациях поляризаций как волны накачки так и зондирующегоизлучения, а так же для различных длин волн зондирующего излучения.Типичные временные зависимость угла поворота плоскости поляризациипредставлена на рис. 4.3. Данные зависимости можно разделить натри характерных участка. На первом участке (короткие времена < 20пс) ППП демонстрирует сверхбыстрый рост с последующим частичнымвосстановлением.
На следующем временном промежутке (средниевремена, 20 < < 400 пс) наблюдаются сильно затухающие осцилляции.В дальнейшем (большие времена, > 500 пс) становятся явно выраженымедленно затухающие осцилляции с отличным от предыдущих периодом.Заметим, что приведенные на рис. 4.3 зависимости демонстрируют наразличных временах различную зависимость от внешних параметров. Так,динамика на коротких временах является чувствительной к поляризациинакачки, в то время как на больших временах от неё не зависит. В то жевремя, на коротких и средних временах динамика отклика чувствительнак внешнему магнитному полю.
Для более детального анализа, былопроведено экспериментальное исследование отклика на каждом извременных интервалов по-отдельности.4.2.1.Короткие временаНа рис. 4.4а представлена динамика ППП в сверхбыстром масштабедля различных поляризаций накачки при p-поляризации зондирующегоимпульса. Видно, что угол поворота демонстрирует быстрый рост врайоне нулевой задержки (совпадение моментов прихода импульса накачкии зондирующего излучения) с последующей более медленной релаксацией.Аналогичные измерение, проведенные для различных поляризацийзондирующего излучения показывают, что в ППП является функцией угла между плоскостями поляризации накачки и зондирующего излучения.На рис. 4.4,б отложен максимальный по времени поворот дляразличных комбинаций поляризации.
Можно заметить, что поворототсутствует при параллельных или перпендикулярных поляризацияхнакачки и зондирующего излучения ( = 0∘ , = 90∘ ,) а максимальныепо модулю значения принимает при = ±45∘ . Такое поведение110,0,20,1o0,0o-0,1-0,2-0,3o-0,4H = +2-0,5H = -2-0,6-20002004006008001000 1200 1400,Рис.
4.3 :Зависимость угла индуцированного накачкой поворота плоскости поляризациизондирующего излучения от времени задержки при различных углах поляризации накачки .Закрашенные и открытые точки соответствуют внешнему полю +2 кЭ и -2кЭ соответственно.может быть объяснено механизмом нелинейно-оптического эффектаКерра, при котором импульс накачки наводит анизотропию в среде сосью, сонаправленной с полем накачки. Рис. 4.4в показывает линейнуюзависимость угла от интенсивности излучения накачки.4.2.2.Средние временаНа следующем временном промежутке (20 < < 400 пс) присутствиекогерентных оптических эффектов обусловленных импульсом накачкиуже невозможно.
На рис. 4.5 показана динамика ППП зондирующегоизлучения, отраженного от образца при различных поляризацияхволны накачки. Поляризация падающего зондирующего излученияустанавливалась под углом 45∘ к стороне решетки массива наночастиц(схематично показано на вставке в рис. 4.5). Видно, что динамика откликадемонстрирует примерно два периода быстро затухающих осцилляций нафоне релаксации сверхбыстрого возмущения, соответствующего короткимвременам (аппроксимация экспоненциальным затуханием для = ±45∘показана пунктирными линиями). Среднее значение периода осцилляцийбыло определено как 127 ± 19 пс, что соответствует частоте 7,9 ГГц, аEзонд(а)3-45°0.3 (в)30°20°1-60°01020ψ , мрад-30°0.20.0-0.2-0.4 (б)060(а)Зависимостьугла12018023Угол δ, градусы0.20.10.001Плотность энергии,мДж/см 2Время задержки, пс4.4 :Eнак.θ45°0Рис.δθ = 60°ψ , мрадУгол поворота плоскости поляризации ψ , мрад111поворотаплоскостиполяризациипрошедшегозондирующего излучения от времени задержки для различных углов поляризации накачки, зависимости смещены по вертикальной оси.
(б) Зависимость угла при = 2 пс отугла между плоскостями поляризации импульсов накачки и зондирования , где квадратныесимволы соответствуют углу поляризации зондирующего излучения 45∘ , ромбы – 90∘ , кружкии треугольники – 0∘ . (в) Зависимость ППП зондирующего излучения от поверхностнойплотности энергии накачки. Вставка показывает схематичное расположение полей, структурыи углов.характерное время затухания 139 ± 42 пс. Заметим, что частота и фазаосцилляций не зависят от поляризации волны накачки.Магнитные эффекты.
Как видно из общей динамики оптическогоотклика, представленной на рис. 4.3 на временах до 400 пс присутствуетнаведённый импульсом накачки магнитооптический эффект: динамикаППП зондирующего излучения зависит от приложенного магнитного поля.На рис. 4.6 представлена более подробно зависимость ( ) на данномпромежутке времени для противоположных полярностей приложенногомагнитного поля. Видно, что вне зависимости от полярности магнитного1120.6Eнак. δψ , мрад0.4Eзондδ = -75°0.2-45°0.00°15°45°-0.20100200300400Задержка, псРис. 4.5 :Зависимость угла индуцированного накачкой поворота плоскости поляризациизондирующего излучения от времени задержки при различных углах между поляризациямиизлучений накачки и зондирования.
Пунктиром показаны результаты аппроксимациизатухающей экспоненциальной зависимостью начиная с момента = 0 (совпадение импульсовпо времени).поля ППП проявляет описанные ранее осцилляции, близкие по величине. Вто же время разность ППП для противоположных магнитных полей − =(+ )−(− ) является чисто магнитным (нечетным по намагниченности)вкладом в динамику ППП. Эта разность (также показана на рис.4.6) демонстрирует сверхбыстрое изменение с последующей релаксацией.Зависимость − ( ) была аппроксимирована экспоненциальным затуханием(сплошная линия на рис. 4.6) с характерным временем затухания 100 пс.Эксперименты, проведенные в полях от 2 до 5 кЭ не выявили зависимостьданного времени релаксации от величины внешнего поля.
Стоитотметить, что поскольку причиной чувствительности к магнитномуполю является магнитооптичсекий эффект Керра (в меридиональнойгеометрии) динамика оптического отклика − ( ) выявляет динамикунамагниченности в частицах кобальта в образце.113τm-s0.0ψ , мрадH (+) – H (–)-0.1-0.2H (+)H (–)-0.30200400Время задержки, псРис. 4.6 :Зависимость угла индуцированного накачкой поворота плоскости поляризациизондирующего излучения от времени задержки при магнитном поле +2,5 кЭ (сплошныекруги) и -2,5 кЭ (открытые круги).
Разность зависимостей показана квадратными точкамии аппроксимирована затухающей экспонентой (сплошная линия).4.2.3.Большие временаНа временах больших 600 пс зависимость ( ) демонстрируетмедленно затухающие осцилляции рис. 4.7,4.3 c частотами в диапазоне 4-6ГГц. Две моды с частотами 1 = 4, 1 ± 0, 4 и 2 = 6, 3 ± 0, 5 проявляющиесяс разными амплитудами, в зависимости от угла поляризации падающегозондирующего излучения были определены с помощью преобразованияФурье от временных зависимостей.
Было обнаружено, что фаза и частотаэтих колебаний не зависит от величины или полярности приложенногомагнитного поля. Кроме того, не было выявлено никакой зависимостипараметров этих осцилляций от поляризации волны накачки. Соотношение√2, относительные амплитуды двухприведенных частот близко кчастотных мод чередуются через каждые 45∘ при изменении угла междуплоскостью поляризации зондирующего излучения и стороной решеткимассива частиц.114f 2= 6.3 ГГц0.04ψ , мрад0.030.02 f = 0°0.010.00 f = 45°600 800f1 = 4.1 ГГц1000 1200Задержка, псРис. 4.7 :Зависимость угла индуцированного накачкой поворота плоскости поляризациизондирующего излучения от времени задержки на больших временах для двух угловполяризации зондирующего излучения § 4.3.ОбсуждениеОбратимся к более детальному обсуждению физических механизмов,обуславливающих наблюдавшуюся в эксперименте динамику на каждом извременных отрезков.4.3.1.Короткие временаКак упоминалось выше, наблюдавшаяся на коротких временахдинамика оптического отклика может быть объяснена в терминахнелинейно-оптическоговзаимодействияимпульсовнакачкиизондирующего излучения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
