Диссертация (1105407), страница 13
Текст из файла (страница 13)
41: Аппроксимация спектра коэффициента отражения p-поляризованного излучения при угле падения 67◦ контуром резонанса Фано.Спектр отражения (рис. 41) и результат его аппроксимации формой линии Фанорасходятся в диапазоне значений от 720 нм и ниже, что приводит к ошибке приопределении ширины резонанса, и следовательно, к неточному значению временирелаксации ПП. Такое несоответствие может быть вызвано эффектом дифракции.На длине волны в 720 нм минус второй порядок дифракции “ложится” в плоскостьобразца, следовательно, на больших длинах волн энергия, которая отражалась вэтом порядке дифракции, перераспределяется в направлении нулевого порядкадифракции.
Это явление не зависит от материала среды и лежит в более синейобласти спектра по сравнению с резонансом ПП. Сумма всех явлений проявляется в спектре коэффициента отражения как асимметричная форма резонанса типаФано.Рассмотрим зависимость положения резонанса поверхностных плазмон-поляритонов от азимутального угла положения образца. Условие возбуждения поверхностных плазмонов для азимутального угла отличного от ϕ = 0◦ запишется вПреобразование формы фемтосекундных импульсов...73виде:±nG = ksp ∓ k0 sin θ cos ϕ,λ=a0±n$!′%ε1 (ω)ε2 (ω)∓ sin θ cos ϕ .ε1 (ω) + ε2 (ω)′(32)Рис. 42: (а) Зависимость спектра коэффициента отражения p-поляризованногоизлучения от азимутального угла поворота образца; (б) для s-поляризованногоизлучения.Измерения проводились для угла падения θ = 70◦ с шагом по азимутальномууглу в 5◦ .
Результаты измерения показаны на рисунке 42 для p- и s-поляризации.Преобразование формы фемтосекундных импульсов...74На рис. 42(а) показана зависимость спектра коэффициента отражения от азимутального угла. Можно отметить, что в случае p-поляризованного излучения, когдаканавки на образце разворачиваются параллельно плоскости падения (ϕ = 90◦ ),возбуждения плазмон-поляритонов не происходит. Но если рассмотреть то же положение образца, но с s-поляризованным светом, то возможно замыкание условийфазового синхронизма, и в структуре наблюдается провал, соответствующий возбуждению поверхностных плазмон-поляритонов (рис.
42(б)).3. Временная модификация лазерных импульсов, отраженных от плазмонных кристаллов3.1. Установка для измерения кросс-корреляционных функций лазерных импульсовПри исследовании процессов с фемтосекундной длительностью необходимо использование схемы, позволяющей регистрировать длительность импульсов. В данной работе для измерений использовалась кросс-корреляционная схема (рис. 43).В работе использовался титан-сапфировый фемтосекундный лазер с длительностью импульсов от 150 до 200 фс, частотой повторений 80 МГц, перестраиваемойдлиной волны от 690 нм до 1020 нм, средней мощностью 1.5–3 Вт.
Оптическоеизлучение с горизонтальной поляризацией, выходящее из лазера, проходит через оптический прерыватель и падает на пластинку λ/2 для получения p- илиs-поляризиции. Далее, на светоделительной пластинке оно делится на два луча.В обоих плечах установлены призмы Глана для линеаризации поляризации. Водном из плеч схемы помещена оптическая линия задержки, позволяющая изменять длину оптического пути на необходимом интервале сканирования в 200 фс.Точность позиционирования линии 2 фс. Шаг сканирования — 13 фс.
В другомплече под углом падения 67◦ или 1◦ оптическое излучение падает на образец. Дляизмерения кросс-корреляционных функций второго порядка (КФ) образец устанавливался канавками перпендикулярно плоскости падения, чтоб было выполнено условие синхронизма для возбуждения поверхностных плазмон-поляритонов вПреобразование формы фемтосекундных импульсов...75Рис.
43: Схема экспериментальной установки для для изучения сверхбыстрой динамики плазмон-поляритонов. Ti:Sa — титан-сапфировый лазер. Частота повторения импульсов — 80 МГц; область перестройки частот — 690–1020 нм; длительность импульсов 150 фс; Ч — оптический прерыватель с частотой вращения170 Гц; СД — светоделительная пластина 50:50; ЛЗ — линия задержки; θ — уголпадения излучения на образец; ϕ — угол азимутального вращения; линзы с фокусными расстояниями 70 мм и 100 мм; BBO — одноосный кристалл с квадратичнойнелинейностью; ИД — диафрагма; CC — синий светофильтр, выделяющий суммарную частоту на фоне частоты накачки; НС — нейтральный светофильтр; П— призма Глана или полуволновая пластина; ФЭУ — фотоэлектронный умножитель, работающий в пропорциональном режиме, фототок с которого подается насинхронный усилитель.p-поляризиции. Для измерения референсных кривых использовалось либо s-поляризованное излучение, падающее на образец, когда канавки были установленыгоризонтально, азимутальный угол φ = 0◦ , либо в p-поляризованном падающемПреобразование формы фемтосекундных импульсов...76излучении образец устанавливался так, что канавки на нем были направленывертикально, φ = 90◦ .
В таком случае, образец выполняет функцию зеркала внеободимом видимом диапазоне оптического излучения (от 700 до 800 нм), как было показано выше. Это позволяет измерять автокорреляционную функцию (АФ)лазерного импульса, с которой далее можно сравнивать КФ. Излучение опорного и отраженного от образца импульсов фокусируются линзами в одну и ту жеобласть нелинейного одноосного кристалла бета-бората бария (ВВO), настроенного на синхронизм генерации суммарной частоты. Точность совпадения перетяжек на поверхности кристалла контролируется с помощью микроскопа. В случаевыполнения условий фазового и частотного синхронизма, по биссектрисе междулучами накачки после нелинейного кристалла генерируется излучение суммарной частоты.
Интенсивность этого излучения регистрируется с помощью фотоэлектронного умножителя, фототок с которого поступает на схему синхронногодетектирования. Сигнал с детектора (фотоэлектронного умножителя) регистрировался на частоте оптического прерывателя. Схема была оптимизирована такимобразом, что бы не происходило изменения лазерного импульса при измененииполяризации падающего на образец излучения. Это проверялось как измерениемкросс-корреляционных функций в схеме без образца, так и измерением спектраимпульса перед нелинейным кристаллом при вращении полуволновой пластинкии призмы Глана.Пусть E1 (t) — напряженность электрического поля в импульсе выходящем излазера, E2 (τ − t) — напряженность электрического поля импульса, отраженногоот образца.
При попадании оптического излучения на кристалл с квадратичнойнелинейностью происходит как генерация второй гармоники, которая совпадаетпо направлению с падающим излучением, так и генерация излучения суммарнойчастоты по биссектрисе между лучами, падающими на нелинейный кристалл.Это приводит к возможности регистрации на детекторе корреляционной функции,пропорциональной интенсивности суммарной частоты, распространяющейся поПреобразование формы фемтосекундных импульсов...77биссектрисе:ICF (τ ) ∼.+∞−∞2(E1 (t)E2 (τ − t)) dt =.+∞−∞I1 (t)I2 (τ − t)dt.(33)3.2. Результаты измерения кросс-корреляционных функций лазерных импульсов,отраженных от плазмонных кристаллов3.2.1 Результаты для угла падения θ = 67◦Рассмотрим угол падения оптического излучения θ = 67◦ .
В соответствии с линейным спектром (рис. 39(в)), будем называть это случаем одиночного резонанса.Измерения интенсивностных КФ второго порядка были проведены в диапазоне длин волн от 710 до 800 нм с шагом 1 нм. На рисунке 44(а) показаны измеренные нормированные КФ в зависимости от длины волны падающего p-поляризованного излучения для λ0 от 711 до 784 нм, в случае, когда происходитвозбуждение ПП, то есть канавки были направлены горизонтально, измеряласьКФ (рис. 44(а)), и для s-поляризованного импульса, когда измерялась автокорреляционная функция лазерного импульса (рис. 44(б)).
В окрестности резонанснойдлины волны λR = 723 ± 1 нм видно заметное изменение формы КФ и сдвиг еемаксимума относительно АФ. Вдали от резонанса КФ и АФ полностью совпадают.Отметим наличие общего смещения максимума КФ и АФ по времени τ , котороесвязано с оптической схемой, и которым можно пренебречь, принимая положениемаксимума АФ за “нуль” по времени.На рис. 45 представлены нормированные КФ и АФ при резонансных (λ0 =722 нм, λ0 = 726 нм, λ0 = 730 нм) и нерезонансной (λ0 = 780 нм) длинахволн. Для наглядности представления полученных результатов, измеренные КФи АФ аппроксимировались гауссовой функцией, из которой определялись полоmaxmax, и АФ, τAF, и ширины на полувысоте для кроссжения максимумов КФ, τCFmaxmax, и автокорреляционных функций, lAF. Это сделано с учекорреляционных, lCFтом того, что исходно лазерный импульс имеет гауссову форму.
Следовательно,его автокорреляционная функция, нерезонансный случай, имеет гауссову форму.Для кросс-корреляционных функций экспериментальные графики на некоторыхПреобразование формы фемтосекундных импульсов...78Рис. 44: (а) Спектральная зависимость нормированной кросс-корреляционнойфункции второго порядка (τ — время задержки между двумя импульсами)для случая p-поляризации при возбуждении поверхностного плазмон-поляритона.(б) Cпекральная зависимость нормированной автокорреляционной функции лазерного импульса.длинах волн имели несколько отличную форму; соответственно, положение максимума и ширина на высоте были вычислены вручную.На рисунке 46(a) представлена спектральная зависимость разности положеmaxmax− τAF. В спектральной области от 713 до 726 нмний максимумов ∆τ = τCFкросс-корреляционная функция, в которой присутствует возбуждение ПП, отстает от АФ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
