Нелинейная магнитооптика слоистых структур (1104061), страница 2
Текст из файла (страница 2)
”Nanomeeting”(Минск, Беларусь, 2009), ”20th International Colloquium on Magnetic Films andSurfaces” (Берлин, Германия, 2009), ”MRS Spring Meeting” (Сан-Франциско,США, 2009), а также семинарах кафедры квантовой электроники физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова. Основные результаты диссертационной работы отражены в публикациях в специализированных ведущихнаучных журналах: ”Journal of Magnetism and Magnetic Materials”, ”AppliedPhysics Letters”, ”Письма в ЖЭТФ”.-4 -По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 13 - по теме диссертации, включая 5 статей в ведущих рецензируемыхжурналах из списка ВАК России и 8 тезисов докладов.Личный вклад автораВсе результаты диссертационной работы получены автором лично или приего непосредственном участии.Структура и объем работыДиссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения исписка цитируемой литературы. Объем работы составляет 173 страницы,включая 69 рисунков.
Список цитируемой литературы содержит 142 наименования, включая 5 авторских публикаций.Содержание работыГлава 1. Обзор литературыПервая глава содержит обзор методов и эффектов нелинейной оптики, включая эффекты генерации второй гармоники и самовоздействия света, а такжеобсуждение особенностей нелинейных фотоннокристаллических и микрорезонаторных структур. Проводится рассмотрение магнитооптических эффектов,обсуждаются различные подходы к их описанию. Отдельный раздел посвящен обзору основных исследований в области сверхбыстрой динамики оптически возбужденных электронов в металле; рассматриваются различные механизмы релаксации и нелинейно-оптический метод исследования электронныхсвойств структур.Глава 2.
Эффекты самовоздействия света в фотонных кристаллахи микрорезонаторахВо второй главе изучаются эффекты самовоздействия света в структурах сфотонной запрещенной зоной: фотонных кристаллах и микрорезонаторах. Вчисло исследуемых образцов входят фотонный кристалл и микрорезонаторына основе висмут-содержащих гранатов, а также композитная структура с дефектным полимерным слоем и распределенными отражателями из пористогокремния.Во всех исследованных образцах эффект самовоздействия излучения наблюдался с помощью метода апертурного z-сканирования [1], основанного на-5 -зависимости показателя преломления n от интенсивности падающего излучения I, которое описывается следующим выражением: n = n0 +n2 I, где n0 - линейный показатель преломления вещества, n2 - коэффициент пропорциональности между интенсивностью и изменением показателя преломления.
Приисследовании самовоздействия света в микрорезонаторах оптическая нелинейность во всех случаях была заключена в дефектном слое структуры, состоящем, соответственно, из железо-висмутового граната, или полимера DR1PMMA. Микрорезонаторные свойства образцов, приводящие к эффективнойлокализации электромагнитного поля в дефектном слое и многопроходномухарактеру распространения излучения в структуре, согласно n = n0 + n2 Q2 I,где Q - добротность микрорезонаторной моды, способны приводить к существенному усилению нелинейно-оптических эффектов, что и наблюдалось вэксперименте. Оособенно эффективно должны усиливаться непараметрические нелинейные процессы, такие, как, например, эффект самовоздействиясвета.В качестве источников излучения в экспериментальных исследованиях использовались лазер на алюмо-иттриевом гранате, легированном йонами неодима, с длиной волны излучения 1064 нм, а также параметрический генераторсвета (ПГС), перестраиваемый в диапазоне длин волн 480-1300 нм.На рис.
1, а приведен спектр коэффициента пропускания одного из исследуемых образцов, на котором внутри запрещенной зоны видна микрорезонаторная мода на длине волны около 780 нм и шириной микрорезонаторноймоды около 10 нм. Рис. 1,б иллюстрирует рассчитанное с помощью методаматриц распространения распределение квадрата светового поля в структуре,испытывающее резонансное возрастание в дефектном слое микрорезонатора.Типичный результат апертурного z-сканирования в виде зависимости нормированного коэффициента пропускания от положения образца относительнофокальной плоскости линзы приведен на рис.
2,а. Сплошной линией показанрезультат аппроксимации, из которой можно получить эффективное значение величины n2 , составившее −2 · 10−8 см2 /Вт. Пиковая плотность мощностиизлучения в этом случае составляла до 20 МВт/см2 . Для другого образцана основе гранатов аналогичная величина (на длине волны 1064 нм) оказалась чуть меньше по абсолютной величине, составив −5 · 10−9 см2 /Вт. Обеэтих величины, тем не менее, более, чем на порядок превосходят значенияn2 , известные из литературы для висмут-содержащих кристаллических пленок [2, 3]. Для образца с полимерным дефектным слоем, который был исследован методом z-сканирования на отражение [4], величина n2 составила2 · 10−8 см2 /Вт.
Нам не известны литературные данные о значениях n2 и для-6 -Рис. 1: а) Спектр пропускания исследуемого образца микрорезонатора. б) Распределение квадрата электрического поля в образце при возбуждении микрорезонаторной моды. Темные и светлые точки относятся к рассчитаннымзначениям |E|2 в различных слоях структуры.красителя DR1 в исследуемой области (750 нм), однако в окрестности 500нм, где DR1 имеет молекулярный резонанс, значение n2 примерно на порядок меньше полученных для композитного микрорезонатора [1]. Это означает,что усиление нелинейно-оптических кубичных эффектов за счет микрорезонаторной структуры образца настолько велико, что в нерезонансной областинаблюдаемая величина эффектов превосходит даже резонансные значения.Модифицированная схема z-сканирования [5] позволяет исследовать поляризационные нелинейно-оптические эффекты.
На рис. 2,б показана зависимость нелинейной добавки к углу поворота плоскости поляризации излучения для одного из исследуемых микрорезонаторных образцов. На графикетакже приведена аппроксимация экспериментальных данных линейной зависимостью, которая дает основания сделать вывод о том, что решающую рольв данном эффекте играет именно кубичная нелинейность χ(3) . Этот эффектможно объяснить, если принять во внимание двулучепреломление дефектного слоя, проявляющееся экспериментально в расщеплении микрорезонаторной моды спектра для различных поляризаций излучения. Большая величинаэффекта кубичной добавки связана с сильной локализацией электромагнитного поля в микрорезонаторном слое.В параграфе 5 с помощью метода апертурного z-сканирования экспериментально исследован оптический аналог эффекта Боррманна в фотонныхкристаллах. Эффект Боррманна [6] заключается в аномальном пропускании-7 -Рис.
2: а) Типичный результат апертурного z-сканирования образца. Сплошная линия - апроксимация экспериментальных данных. Величина z0 - дифракционная длина, z0 = kw02 /2, где w0 - радиус пучка в перетяжке. б) Зависимость нелинейной добавки к углу поворота плоскости поляризации отинтенсивности падающего излучения.рентгеновского излучения вследствие спектральной зависимости пространственного распределения электромагнитного поля в кристалле. Можно предположить, что эффект Боррманна должен наблюдаться в фотонных кристаллах. Согласно оптическому аналогу теоремы Блоха, решение волнового уравнения в структуре с периодически изменяющимся показателем преломлениябудет представлять из себя плоскую волну, промодулированную по амплитуде с периодом, совпадающим с периодом модуляции показателя преломления.Таким образом, пространственное распределение оптического поля в одномерном ФК в направлении, перпендикулярном плоскости слоев, будет иметьузлы и пучности, взаимное расположение которых однозначным образом зависит от длины волны падающего излучения.
Изменяя длину волны (или, дляодномерных ФК, угол падения излучения), можно "передвигать" пучностистоячей волны с оптически более плотных слоев на оптически менее плотные,наблюдая при этом модификации различных нелинейно-оптических эффектов. Например, если нелинейно-оптические восприимчивости слоев ФК существенно различаются, величина наблюдаемого нелинейно-оптического эффекта будет зависеть от того, на какой тип слоев приходятся пучности стоячейволны света внутри ФК.Исследуемый образец фотонного кристалла состоял из 11 чередующихсяслоëв железо-иттриевого граната с висмутом и диоксида кремния; кубичная-8 -нелинейность последнего в ближнем ИК диапазоне пренебрежимо мала [7].На рис.
3,а представлен спектр коэффициента пропускания ФК при нормальном падении излучения. Фотонной запрещенной зоне структуры соответствует область малого пропускания.Измерения эффективного коэффициента пропускания для z-сканированиябыли проведены при углах падения от 0◦ до 30◦ , что соответствует диапазонудлин волн от 1064 до 1090 нм. Характерные значения эффективной величиныn2 в данном спектральном диапазоне составили −(1 ÷ 3) · 10−8 см2 /Вт, чтонесколько превышает аналогичное значение для микрорезонаторного образцас дефектным слоем из того же материала.
Подобное различие можно объяснить уменьшением групповой скорости распространения излучения на краюФЗЗ [8], которое в данном случае оказывается более существенным фактором, чем резонансное возрастание электромагнитного поля в дефектном слоемикрорезонатора.Угловой спектр кубичных нелинейно-оптических эффектов (пропорциональных интенсивности поля накачки IωN L ) был пересчитан в частотный, ииз зависимостей T (z) были определены значения |EωN L |2 (в относительныхединицах).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
