Диссертация (1105407), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Здесь Ispp (0, t) — значение интенсивности импульса, отраженного отобразца, а Igate (t) — значение интенсивности импульса, прошедшего через опорныйканал. Другой синхронный детектор регистрировал значение интенсивности начастоте магнитного поля, то естьICF,fM (M, τ ) ∝.∞−∞∆Imagn (M, t)Igate (t − τ )dt,(45)где ∆Imagn (M, t) = Ispp (M, t) − Ispp (−M, t) — это разность интенсивностей отра-женного от образца излучения для фиксированного момента времени t для векторов намагниченности, направленных в противоположные стороны в плоскостиобразца. Из формулы (41) следует, что ∆Imagn (M, t) = Ispp (M, t) − Ispp (−M, t) =δ(M, t)Ispp (0, t).
Подставляя в выражение (45), получим.∞δ(M, t)Ispp (0, t)Igate (t − τ )dt.ICF,fM (M, τ ) ∝(46)−∞В результате в каждый момент времени измеряется значение двух кросс-корреляционных функций (выражения (44), (46)). Отношение этих сигналов — величина,которая характеризует временную зависимость МОЭК:∆(M, τ ) =ICF (M, τ ) − ICF (−M, τ )ICF,fM.=ICF,fCICF (0, τ )(47)Из величины ∆(M, τ ) напрямую нельзя выразить значение коэффициента МОЭК δ(M, t), но, в любом случае, можно говорить о связи временной зависимости∆(M, τ ) с временной зависимостью δ(M, t).4.1.1 Юстировка автокорреляционной схемыТак как излучение после светоделителя расходится на два канала, было необходимо уравновесить положительную дисперсию в сигнальном и опорном каналах, ко-Временная зависимость экваториального МОЭК...101торая возникла из-за наличия в установке диспергирующих элементов (например,призмы Глана перед образцом).
На месте образца в схеме помещалось зеркало, ипосле нелинейного кристалла BBO устанавливался спектрометр. Далее регистрировался спектр лазерного импульса в зависимости от времени задержки междуимпульсами сигнального и опорного каналов τ с шагом ∆τ = 13.3 фс. По полученной трехмерной картинке зависимости интенсивности импульса от длины волныи времени задержки между импульсами можно было установить наличие чирпа вимпульсах [166].
Зависимость интенсивности от длины волны должна иметь распределение Гаусса, а также максимум интенсивности в спектре импульса долженнаходиться на одной длине волны при перемещении транслятора, что достигалосьвнесением дополнительных пластин из стекла в опорный канал. В таком случаеможно говорить о взаимном совпадении длительностей и спектральных компонент импульсов опорного и сигнального каналов. На рисунке 57 представлен пример спектра импульса длительностью 35 фс после уравновешивания дисперсиив обоих плечах схемы. Отметим, что такая экспериментальная система по сутиявляется схемой частотно-разрешающего оптического стробирования, но для восстановления из нее точной формы амплитуды и фазы импульсов у используемогоспектрометра не хватало разрешения.Следующим шагом необходимо было уравновесить эту положительную дисперсию при помощи прекомпрессора.
В данной работе использовался прекомпрессор на основе чирпированных зеркал. Он вносил в лазерный импульс дополнительную отрицательную дисперсию. Контроль за Фурье-ограниченностьюимпульса осуществлялся при помощи измерений спектральной ширины импульса∆λ и его длительности τpulse . Измерения были произведены при помощи спектрометра Solar S-100 и переносного автокоррелятора фирмы Avesta. Далее вычислялось значение произведения, которое является параметром для определениястепени Фурье-ограниченности импульсов [167]: T = ∆ντpulse = ∆λcτpulse /λ20 , гдеc — это скорость света. В случае, когда импульс во временном представленииимеет гауссову форму, этот параметр равен T = 0.44, если же — форму квадрата гиперболического секанса, что часто бывает для сверхкоротких импульсов,Временная зависимость экваториального МОЭК...102Рис.
57: Зависимость спектра импульса суммарной частоты, генерируемого нанелинейном кристалле BBO, от задержки между импульсами в опорном и сигнальном каналах схемы.то T = 0.315. На рисунке 58(а) представлен пример спектра импульса c центральной длиной волны λ0 = 802 нм. Он аппроксимировался функцией Гаусса, ивычислялось значение его ширины на полувысоте: ∆λ = 23 ± 2 нм.
При помощиавтокоррелятора, в основе которого лежит интерферометр Майкельсона, было по-лучено временно́е изображение импульса (рис. 58(б)) и его длительность, равнаяτpulse = 35 ± 2 фс. На основе этих данных значение коэффициента получилосьравным T = 0.37 ± 0.05. Следовательно, в пределах ошибки измерений данныйимпульс является Фурье-ограниченным.4.1.2 Измерение КФ на частоте приложенного магнитного поля в схеме безобразцаВ первую очередь были проведены измерения кросс-корреляционной функции начастоте магнитного поля в схеме, где на месте образца находится зеркало. КФ длякаждого момента времени задержки между опорным и сигнальным импульсамиизмерялась как на частоте магнитного поля, равной fM = 117 ± 1 Гц — ICF,fM ,Временная зависимость экваториального МОЭК...103Рис.
58: (а) Спектр фемтосекундного импульса и его аппроксимация функциейГаусса. (б) Тот же импульс, но во временном представлении, измеренный припомощи автокоррелятора.так и на частоте оптического прерывателя fC = 420 ± 2 Гц — ICF,fC . Кроме того,фиксировалось значение шума на частоте магнитного поля при перекрытом лучеIN,fM и значение шума на частоте оптического прерывателя IN,fC . Для каждогоположения транслятора, то есть времени задержки между импульсами, вычислялось значение:∆(M, τ ) =ICF,fM − IN,fM,ICF,fC − IN,fC(48)которое и характеризует динамику магнитооптического эффекта Керра. Былапроведена серия измерений для одного и того же импульса показанного на рис. 58с шагом по времени ∆τ = 3.3 фс. Усредненный по серии график зависимости∆(M, τ ) в процентах и график зависимости кросс-корреляционной функции начастоте оптического прерывателя ICF,fC от времени задержки между импульсамипредставлены на рисунке 59.
Так как в схеме отсутствовал образец, ICF,fC является автокорреляционной функцией. Полученная АК на частоте оптическогопрерывателя имеет гауссову форму с длительностью около 50 фс. Для лазерного импульса с гауссовой огибающей значение длительности АК функции на√2 больше, чем длительность используемого лазерного импульса, что в пределахошибки согласуется с полученными результатами. Полученные значения величины ∆(M, τ ) находятся в диапазоне от −0.1% до 0.1% для времен τ от −150 доВременная зависимость экваториального МОЭК...104150 фс.
Увеличение ошибки и разброса значений по краям графика связаны сотсутствием сигнала в этой области.Рис. 59: График зависимости ∆(M, τ ) (красные точки) и график зависимостикросс-корреляционной функции на частоте оптического прерывателя ICF,fC (черная кривая) в схеме без образца.4.2.
Результаты измерения временной зависимости экваториального МОЭК вмагнитоплазмонных кристаллах4.2.1 Измерения спектра коэффициента отражения и спектра экваториальногоМОЭК с использованием лазера, режим непрерывного излученияДалее в схему был установлен образец. Сначала было проведено измерение спектра экваториального МОЭК, аналогичное представленному в разделе 3.2, но сиспользованием лазера, работающего в непрерывном режиме.
Источником излучения являлся титан-сапфировый лазер с диапазоном перестройки 780–840 нм.Спектральная ширина лазерного излучения в данном случае равна 1–2 нм. Фотодиод в схеме 56 устанавливался после образца. Детектор на частоте оптическогопрерывателя измерял амплитуду интенсивности отраженного света R на частотеВременная зависимость экваториального МОЭК...105fC = 420 Гц.
Детектор на частоте магнитного поля — амплитуду интенсивностиотраженного света ∆R = R(M ) − R(−M ), промодулированную магнитным полемс частотой fM = 117 Гц и амплитудой H = 300 Гс. “Статический” экваториаль-ный МОЭК определялся по формуле 41. Полученные результаты представленына рисунке 60(а).Для данного резонанса значение экваториального МОЭК δ убывает в диапазоне длин волн от 760 до 795 нм и при λ0 = 795 нм принимает минимальноезначение δ = 0.9 ± 0.5%. В диапазоне от 795 до 850 нм экваториальный МОЭКрастет и достигает максимального значения величины δ = 7.5±0.5%. В максимумерезонанса наблюдается смена угла наклона линейного роста величины δ.Видно соответствие с измерениями, представленными в пункте 3.2 на рисунке 55, проведенными при помощи установки, где в качестве источника используется лампа накаливания.
Небольшие отличия могут быть вызваны неточностьювыставления угла падения оптического излучения, а также различиями экспериментальных схем. Здесь в качестве источника излучения использовался лазер,работающий в непрерывном режиме, а не лампа накаливания. Вторым отличиембыло используемое поле: в данном эксперименте оно равнялось 300 Гс, то естьболее чем в три раза меньше, чем в предыдущем. Но данное различие не должноникак влиять на результат, так как режим насыщения для образцов тонкой железной пленки наступает при существенно меньших значениях внешнего магнитногополя. Третим различием является отсутствие фокусировки лазерного излучения.Когда она присутствует, то вклад в возбуждение ПП дает некий диапазон волновых векторов, что может проявляться в небольшом изменении резонансной формы.Для сравнения был измерен экваториальный МОЭК для случая, когда канавки на образце параллельны направлению поляризации падающего p-поляризованного излучения (рис.
60(б)). Было получено, что экваториальный МОЭК независит от длины волны и равен δ = 0.2 ± 0.5%. Заметим, что в данной геометрииспектр отражения образца не равен константе, что возможно, если при поворо-те образца не очень точно был выставлен азимутальный угол. По формуле (32)Временная зависимость экваториального МОЭК...106Рис. 60: Спектр коэффициента отражения и спектр экваториального МОЭК одномерной магнитоплазмонной решетки на основе тонкой железной пленки, измеренные при помощи титан-сапфирового лазера, работающего в непрерывномрежиме.
Красная кривая — экваториальный МОЭК, черная кривая — коэффициент отражения. (а) Для случая возбуждения ПП, то есть когда канавки наобразце перпендикулярны направлению поляризации света; (б) без возбужденияПП, когда канавки на образце параллельны направлению поляризации света.при азимутальном повороте образца на ϕ = 90◦ в случае падения оптическогоизлучения на образец для углов близких к нормальному, наблюдается смещениерезонанса лишь на несколько десятков нанометров. Ошибка во взаимном выставлении плоскости поляризации и направления канавок на образце, скорее всего, иВременная зависимость экваториального МОЭК...107привела к наличию монотонного роста спектра отражения, который в свою очередь и дал вклад в значение экваториального МОЭК.4.2.2 Измерение КФ лазерных импульсов на частоте магнитного поля для p-поляризованного излучения при возбуждении ППОбразец был установлен в экспериментальную схему канавками перпендикулярно направлению плоскости падения p-поляризованного оптического излучения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
