Автореферат (1105406), страница 4
Текст из файла (страница 4)
При увеличении падающей мощности оптического излучения образец начинает нагреваться, что приводит уже к возникновению нелинейной зависимости, область II. Далее в образце возникают необратимые изменения, которые ведут к увеличению пропускания в образце (область III).Для данного образца и используемого лазерного импульса модуляция коэффициента пропускания достигает 40%. Были рассмотрены другие случаиспектрального положения резонанса Ми относительно центральной длиныволны используемого лазерного импульса, но значения модуляции коэффициента пропускания были существенно меньше.
В случае, когда центральная длина волны импульса совпадает с положением резонанса — модуляцияравна лишь 2%, так как почти весь импульс поглощается при прохождениичерез образец.С использованием методики z-сканирования были измерены зависимости коэффициента пропускания от положения образца относительно положения перетяжки лазерного пучка и рассчитан коэффициент нелинейногопоглощения. Для образца массива нанодисков значение коэффициента нелинейного поглощения составило βsam ≈ 4 см/MВт, что почти на два порядкавеличины превысило полученное значение для неструктурированной пленки аморфного кремния, βf ilm ≈ 0.04 см/MВт.
Следовательно, возбуждениерезонансов Ми в массиве нанодисков из гидрогенизированного аморфного кремния приводит к усилению эффектов самовоздействия. Имеет местовосьмидесятикратное увеличение значения модуляции коэффициента пропускания образцов по сравнению с пленкой из аморфного кремния, вызванное возбуждением магнитного дипольного резонанса в нанодисках.Для серии образцов были проведены измерения временного отклика методом накачка–зондирование. Средняя мощность излучения накачки быларавна 20 мВт, диаметр перетяжки лазерных пучков составлял 25–35 мкм.Длительность лазерного импульса 45 фс, частота повторений 80 МГц.Два импульса пересекались в пространстве и во времени на поверхно-19сти образца.
Детектировалось изменение коэффициента пропускания образца от времени задержки между импульсами накачки и зонда. На рисунке 8 представлены экспериментальные результаты зависимости отношения ∆T /T от времени задержки между импульсами. Для сравнениясерым представлена автокорреляционная функция импульса, полученнаяпри помощи нелинейного кристалла ВВО. Справа приведен спектр образцов и ширина на полувысоте спектра используемого лазерного импульса.Задетектировано три процесса.
Первый — нагрев образца. На графиках ∆T /Tэто соответствовует наличию отрицательного фона,поэтому на рис. 8 он вычтен.Второй процесс характеризуется провалом ∆T /T , возникающим в момент одновременного прихода лазерных импульсов накачки изонда на образец. Полуширина этого провала совпадает с полушириной автокорреляционной функции, поэтому можно сделать вывод, что это мгновенный от- Рис. 8: (а) Графики зависимости измененияклик двухфотонного погло- коэффициента пропускания образцов от врещения. Третий процесс на- мени. Серый график — КФ используемогоблюдается для образцов (i– лазерного импульса. (б) Спектры коэффициiv) — удлинение временного ента пропускания образцов.
Серым выделенаотклика системы для времен спектральная ширина на полувысоте использадержки между импульса- зуемого лазерного импульса.ми τ > 150 фс. Он соответствует релаксации фотоиндуцированных свободных носителей и имеет характерные времена отклика около 30 пс. В спектре пропускания данных20образцов наблюдется перекрытие магнитного и электрического дипольныхрезонансов. Для образцов (v), (vi), (vii) пикосекундного затухания не наблюдается.При фотоиндуцированной генерации свободных носителей происходитизменение показателей преломления и поглощения ∆n, ∆κ.
Численный расчет спектров пропускания нанодисков показывает, что вклад в изменениеконтуров резонансов Ми больше в случае, когда наблюдается перекрытиемагнитного и электрического дипольных резонансов. Поэтому, пикосекундная релаксация свободных носителей наблюдалась для образцов (i–iv) ине наблюдалась для образцов (v–vii). Следовательно, выбором параметровспектра фемтосекундного импульса и спектра резонансов Ми можно обеспечить уменьшение влияния вклада свободных носителей во временной оптический отклик таких наноструктур.ЗаключениеОсновные результаты диссертационной работы можно сформулировать следующим образом.1.
Экспериментально обнаружена временна́я модификация фемтосекундных лазерных импульсов при отражении от образцов одномерных серебряных решеток с периодом d ≈ 750 нм при условии резонансного возбуждения поверхностных плазмон-поляритонов. Спектрально-временны́е измерения интенсивностных кросс-корреляционных функции второго порядкапоказывают, что при длительности фемтосекундных импульсов, сопоставимой со временем релаксации поверхностных плазмон-поляритонов (30–100 фс), возникает сильная спектральная зависимость формы огибающейотраженного фемтосекундного импульса, описываемая параметрами резонанса типа Фано. Обнаружено как уменьшение, так и увеличение длительности отраженного фемтосекундного импульса, проявляющееся в смещениимаксимума и изменении ширины кросс-корреляционной функции второгопорядка.
Численный расчет кросс-корреляционной функции на основе модели резонанса типа Фано показывает качественное согласие экспериментальных и численных результатов.2.Впервыеэкспериментальнопродемонстрированаплазмон-21индуцированная фемтосекундная временная зависимость экваториальногомагнитооптического эффекта Керра в одномерной магнитоплазмоннойрешетке с периодом d = 750 ± 10 нм на основе пленки железа. Обнаруженаположительная и отрицательная производная величины эффекта Керра повремени, внутриимпульсный рост или спад величины определяется спектральным положением центральной длины волны падающего импульса поотношению к положению резонанса поверхностных плазмон-поляритонов.Для лазерного импульса с длиной волны λ = 784 нм максимальноеизменение величины, характеризующей внутриимпульсную зависимостьэкваториального МОЭК, составило ∆ = 5 ± 1% в течение 90 фс длямагнитоплазмонной решетки, тогда как для железной пленки ∆ = 1 ± 0.5%.Получено качественное согласие экспериментальных и расчетных данных,основывающихся на модели лоренцевой линии резонанса.3.
При помощи методики z-сканирования экспериментально продемонстрирован эффект нелинейно-оптического самовоздействия фемтосекундных лазерных импульсов в образцах массивов нанодисков, изготовленныхиз гидрогенизированного аморфного кремния, поддерживающих возбуждение резонансов Ми. Полученное значение модуляции коэффициента пропускания составило ∆T ≈ 40%.
Показано, что коэффициент двухфотонного поглощения в массивах нанодисков из гидрогенизированного аморфногокремния достигает βsam ≈ 4 см/МВт, что на два порядка превышает этозначение для пленки из гидрогенизированного аморфного кремния.4. Экспериментально продемонстрирована возможность полностью оптического переключения коэффициента пропускания с длительностью менее 100 фс в образцах нанодисков, изготовленных из гидрогенизированногоаморфного кремния.
Оптическое переключение обусловлено возбуждениемлокализованных резонансов Ми в субволновом режиме. Показана возможность уменьшения пикосекундной модуляции пропускания фемтосекундныхимпульсов, возникающей из-за релаксации свободных носителей, в зависимости от расстройки лазерного импульса относительно минимума коэффициента пропускания, соответствующего положению резонансов Ми.22Список работ, опубликованных по теме диссертации[1] Вабищевич П. П., Бессонов В. О., Сычев Ф. Ю., Щербаков М.
Р.,Долгова Т. В., Федянин А. А. Фемтосекундная динамика релаксацииповерхностных плазмон-поляритонов в окрестности резонанса типаФано // Письма в ЖЭТФ. — 2010. — т. 92, № 9. — cc. 639–643.[2] Vabishchevich P. P., Shcherbakov M. R., Bessonov V. O., Dolgova T. V.,Fedyanin A. A. Femtosecond pulse shaping with plasmonic crystals //Письма в ЖЭТФ. — 2015. — т.
101, № 12. — cc. 885–890.[3] Vabishchevich P. P., Frolov A. Y., Shcherbakov M. R., Grunin A. A., Dolgova T. V., Fedyanin A. A. Magnetic field-controlled femtosecond pulseshaping by magnetoplasmonic crystals // J. Appl. Phys. — 2013. — v. 113,no. 17. — p. 17A947.[4] Shcherbakov M. R., Vabishchevich P. P., Frolov A. Y., Dolgova T. V.,Fedyanin A. A. Femtosecond intrapulse evolution of the magneto-opticKerr effect in magnetoplasmonic crystals // Phys. Rev. B.
— 2014. — v. 90,no. 20. — p. 201405.[5] Shcherbakov M. R., Vabishchevich P. P., Shorokhov A. S., Chong K.,Choi D.-Y., Staude I., Miroshnichenko A. E., Neshev D. N.,Fedyanin A. A., Kivshar Y. S. Ultrafast all-optical switching withmagnetic resonances in nonlinear dielectric nanostructures // Nano Lett. —2015. — v. 15, no. 10.
— pp. 6985––6990.[6] Chetvertukhin A. V., Shcherbakov M. R., Vabishchevich P., Frolov A. Y.,Dolgova T. V., Inoue M., Fedyanin A. A. Femtosecond control of magnetooptical effects in magnetoplasmonic crystals // SPIE Nanoscience+ Engineering Conference Proceedings / International Society for Optics andPhotonics. — 2015. — pp. 95471A–95471A.[7] Vabishchevich P. P., Frolov A. Y., Shcherbakov M. R., Dolgova T. V.,Fedyanin A. A. Femtosecond intrapulse evolution of the magneto-opticalKerr effect in iron-based magneto-plasmonic crystals // Book of abstracts of23the International Conference “Days on Diffraction”, Saint-Petersburg, Russia.
— 2014. — p. 154.[8] Frolov A. Y., Vabishchevich P. P., Shcherbakov M. R., Dolgova T. V.,Fedyanin A. A. Femtosecond intrapulse evolution of the transversemagneto-optic Kerr effect in one-dimensional iron-based magnetoplasmoniccrystal // Book of abstracts of the XII International Conference on Nanostructured Materials (NANO 2014), Moscow, Russia. — 2014.[9] Vabishchevich P. P., Frolov A. Y., Shcherbakov M. R., Grunin A. A., Dolgova T. V., Fedyanin A. A. Magnetic field-controlled femtosecond pulseshaping by magnetoplasmonic crystals // Technical digest of The International Conference on Coherent and Nonlinear Optics/The Lasers, Applications, and Technologies (ICONO/LAT), Moscow, Russia.
— 2013. —CD–ROM.[10] Frolov A. Y., Vabishchevich P. P., Shcherbakov M. R., Dolgova T. V.,Fedyanin A. A. Femtosecond time-resolved transverse Kerr effect measurements in magnetoplasmonic crystals // Technical digest of The International Conference on Coherent and Nonlinear Optics/The Lasers, Applications,and Technologies (ICONO/LAT), Moscow, Russia. — 2013. — CD–ROM.[11] Frolov A. Y., Vabishchevich P. P., Shcherbakov M. R., Grunin A.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
