Диссертация (1105407), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Вэтом случае происходит возбуждение поверхностных плазмон-поляритонов. Дляизмерения временной зависимости МОЭК в данной конфигурации использовались лазерные импульсы с параметрами, приведенными в таблице 1. Для каждого импульса при помощи автокоррелятора измерялась его длительность τpulse ,при помощи спектрометра измерялся спектр, который аппроксимировался гауссовой функцией. Из аппроксимации определялись спектральная ширина ∆λ ицентральная длина волны λ0 . Далее вычислялось значение T , характеризующееФурье-ограниченность импульсов, как в пункте 4.1.1.Таблица 1: Параметры используемых лазерных импульсовДлина волны,Спектральная ширина,Длительность импульса,нмнмфс78415 ± 246 ± 20.34 ± 0.0515 ± 246 ± 20.33 ± 0.0515 ± 245 ± 20.32 ± 0.0515 ± 246 ± 20.32 ± 0.0515 ± 245 ± 20.31 ± 0.0515 ± 241 ± 20.27 ± 0.0515 ± 239 ± 20.36 ± 0.05795802808816822830TСначала были измерены КФ на частоте оптического прерывателя ICF,fC КФ,Временная зависимость экваториального МОЭК...108чтобы подтвердить наличие возбуждения поверхностных плазмон-поляритоновво временной зависимости экваториального МОЭК.
Далее КФ аппроксимировались функцией Гаусса, и вычислялось значение ширины на полувысоте. На рисунке 61 красными точками приведена зависимость ширины КФ от центральнойдлины волны используемых импульсов. Черными точками показано значение ширин автокорреляционных функций, измеренных при помощи автокоррелятора,помещенного до образца. Наблюдается увеличение ширины КФ, которое хорошо коррелирует с графиком спектра отражения (серая кривая). Следовательно,в отраженном от магнитоплазмонного кристалла импульсе присутствует вкладот возбуждения ПП с временем жизни, сопоставимым с длительностью фемтосекундных импульсов.Рис. 61: Красные точки: значения ширины кросс-корреляционных функций дляимпульсов, отраженных от образца магнитоплазмонного кристалла.
Черные точки: значения автокорреляционных функций для тех же импульсов. Серая кривая:график спектральной зависимости коэффициента отражения магнитоплазмонного кристалла на основе тонкой железной пленки, измеренный при помощи титансапфирового лазера, работающего в непрерывном режиме.Далее для этих же лазерных импульсов была измерена величина ∆(M, τ ), которая характеризует наличие временной зависимости магнитооптического эффекта Керра. На рисунках 62,63 приведена зависимость величины ∆(M, τ ) и соот-Временная зависимость экваториального МОЭК...109ветствующая ей КФ.
В правой колонке показан спектр используемого лазерногоимпульса и спектр экваториального МОЭК. На графиках наблюдается изменениезначения ∆(M, τ ), причем оно максимально на временах от 0 до 100 фс, то естьближе к “хвосту” лазерного импульса. Именно в этой временной области проявляется вклад от переизлучения поверхностных плазмон-поляритонов. Для импульсас центральной длиной волны λ0 = 784 нм (рис.
62(а)) значение величины ∆(M, τ )убывает от 5 ± 1% до 0 ± 1% в течение 90 фс. Для импульса с центральной дли-ной волны λ0 = 795 нм (рис. 62(б)) величина ∆(M, τ ) сначала убывает от 3 ± 1%до 1.5 ± 1.0% и затем возрастает в течение 60 фс до 2.5 ± 1.0%. Для импульса сцентральной длиной волны λ0 = 802 (рис. 62(в)) величина ∆(M, τ ) почти равнаконстанте 4 ± 1% на протяжении всего импульса.
Для λ0 = 808 нм (рис. 62(г))в течение 75 фс наблюдается постоянное значение величины ∆(M, τ ) = 4 ± 1%,а затем ее плавный рост до ∆(M, τ ) = 5 ± 1%. Для импульcов с центральнымидлинами волн λ0 = 816 нм, λ0 = 822 нм, λ0 = 830 нм (рис. 63) наблюдается монотонный рост значения от ∆(M, τ ) = 5 ± 1% до ∆(M, τ ) = 7 ± 1% в течение150–160 фс.4.2.3 Интерпретация экспериментальных результатовРассмотрим связь временно́й зависимости величины ∆(M, τ ) и взаимного расположения спектра импульса и спектра экваториального МОЭК, измеренного внепрерывном режиме работы лазера. Для длин волн λ0 > 802 нм наблюдается постепенный рост ∆(M, τ ). В этом случае спектры используемых лазерныхимпульсов находятся на возрастающем участке спектральной зависимости экваториального МОЭК.
Для длины волны λ0 = 784 нм значение величины ∆(M, τ )постепенно спадает на протяжении лазерного импульса, в этом случае спектримпульса находится на спадающем участке экваториального МОЭК. Для длинволн λ0 = 795 нм, λ0 = 802 нм значение ∆(M, τ ) фактически равно константе —спектры импульсов расположены одновременно на участках убывания и возрастания спектральной зависимости МОЭК.
Отметим также зависимость среднегозначения величины ∆(M, τ ) от положения спектра импульса относительно спек-Временная зависимость экваториального МОЭК...110Рис. 62: Слева: временна́я зависимость ∆(M, τ ) (красные точки) и КФ импульсов(черная кривая) при возбуждении поверхностных плазмон-поляритонов в магнитоплазмонном кристалле. Справа: спектр импульса (черная кривая) и спектрэкваториального МОЭК δ(M ) (красная кривая). (а) Центральная длина волныиспользуемого лазерного импульса λ0 = 784 нм; (б) λ0 = 795 нм; (в) λ0 = 802 нм;(г) λ0 = 808 нм.тра МОЭК. Наименьшее среднее значение ∆(M, τ ) = 2.5 ± 1.0% наблюдается дляλ0 = 795 нм, когда спектр лазерного импульса расположен в минимуме спектраВременная зависимость экваториального МОЭК...111Рис.
63: Слева: временна́я зависимость ∆(M, τ ) (красные точки) и КФ импульсов(черная кривая) при возбуждении поверхностных плазмон-поляритонов в магнитоплазмонном кристалле. Справа: спектр импульса (черная кривая) и спектрэкваториального МОЭК δ(M ) (красная кривая). (а) Центральная длина волныиспользуемого лазерного импульса λ0 = 816 нм; (б) λ0 = 822 нм; (в) λ0 = 830 нм.экваториального МОЭК. Наибольшее среднее значение ∆(M, τ ) = 6.5 ± 1.0% на-блюдается при длине волны импульса λ = 830 нм, то есть в максимуме кривойэкваториального МОЭК.4.2.4 Измерение КФ лазерных импульсов на частоте магнитного поля для p-поляризации, в случае, когда ПП не возбуждаютсяПри азимутальном повороте образца на 90◦ в режиме непрерывного лазерногоизлучения для p-поляризации ранее было получено постоянное значение эквато-Временная зависимость экваториального МОЭК...112риального эффекта Керра δ = 0.2 ± 0.1% на всем диапазоне перестройки длиныволны лазера (рис.
60(б)). В данном случае образец аналогичен ферромагнит-ному зеркалу — для p-поляризации при угле падения θ = 5◦ экваториальныйМОЭК наблюдается, но величина его мала. Были проведены измерения величины ∆(M, τ ) для лазерного импульса с параметрами λ0 = 802 нм, τ = 47 ± 2 фс,∆λ = 15 ± 2 нм, T = 0.33 ± 0.5. Получено постоянное значение величины от∆(M, τ ) ≈ 0.15% (рис. 64) в зависимости от времени задержки между импульсами. Данные результаты достаточно хорошо согласуются с полученными ранеес использованием непрерывного источника лазерного излучения.
Следовательно,можно сделать вывод, что возбуждение поверхностных ПП приводит к наличиювременной зависимости КФ лазерных импулсов, отраженных от магнитоплазмонного кристалла.Рис. 64: Временна́я зависимость ∆(M, τ ) (красные точки) и КФ (черная кривая)при азимутальном угле поворота образца ϕ = 90◦ , в случае отсутствии возбуждения поверхностных плазмон-поляритонов.Временная зависимость экваториального МОЭК...1134.3. Экспериментальные измерения временной зависимости экваториального МОЭК тонкой железной пленки4.3.1 Измерения спектра коэффициента отражения и спектра экваториального МОЭК с использованием лазера, работающего в непрерывном режимеизлученияДля сравнения были проведены аналогичные измерения для образца железнойпленки. Первым этапом были проведены измерения “статического” эффекта Керра с использованием лазера, работающего в режиме непрерывного излучения, какв пункте 4.2.1.
Было получено, что при падающем p-поляризованном излучениикак коэффициент спектра отражения не зависит от длины волны лазера, так изначение экваториального МОЭК почти постоянно и равно δ ≈ 0.1% (рис. 65).При падающем s-поляризованном излучении сигнала на частоте магнитного поля задетектировано не было.Рис. 65: Спектр коэффициента отражения (черные точки) и спектр экваториального МОЭК (красные точки) тонкой железной пленки.Временная зависимость экваториального МОЭК...1144.3.2 Измерение КФ лазерных импульсов на частоте магнитного поля для тонкой железной пленкиДля исследования наличия временной динамики экваториального эффекта Керра тонкой железной пленки использовались лазерные импульсы с параметрами,представленными в таблице 2.Таблица 2: Параметры используемых лазерных импульсовДлина волны,Спектральная ширина,Длительность импульса,нмнмфс79915 ± 246 ± 20.34 ± 0.0513 ± 247 ± 20.28 ± 0.0514 ± 247 ± 20.30 ± 0.05806816TБыли получены зависимости ∆(M, τ ), в которых наблюдается измерение величины в течение импульса в диапазоне значений от −0.2% до 0.2% (рис.
66). Таккак значение экваториального МОЭК для железной пленки δ ≈ 0.1%, то, скореевсего, зависимости ∆(M, τ ) — это результат механических колебаний в установке. Следовательно, данная экспериментальная методика не позволяет провестиизмерения динамики МОЭК в тонкой железной пленке ввиду малости эффекта.Рис. 66: Временная зависимость ∆(M, τ ) (красные точки) и КФ (черная кривая)для лазерных импульсов, отраженных от тонкой железной пленки.Временная зависимость экваториального МОЭК...1155. Моделирование временной зависимости экваториального МОЭК вмагнитоплазмонных наноструктурах, индуцированной возбуждением поверхностных плазмон-поляритоновКак было указано выше, наличие нетривиальной временной зависимости магнитооптического эффекта Керра, δ(M, t), может быть объяснено с точки зрения зависимой от намагниченности образца дисперсии поверхностных плазмонполяритонов. При приложении магнитного поля происходит изменение условийраспространения ПП, а точнее, в тензоре диэлектрической проницаемости необходимо учитывать недиагональные компоненты, то есть вектор гирации g [10].
Втаком случае должно происходить как изменение длины волны, на которой возбуждаются поверхностные плазмон-поляритоны, так и изменение времени жизниПП. Как уже было указано ранее, закон дисперсии ПП модифицируется в видеформулы (42).Кроме того, необходимо учитывать условие фазового синхронизмаkSPP (M ) −2πω0sin θ =.ca0(49)Здесь ω0 — резонансная частота, a0 — период решетки, θ — угол падения оптического излучения. С учетом данных, представленных в работе [68], для железа в окрестности λ = 800 нм действительная часть вектора гирации близка кRe(g) ≃ 0, а мнимая Im(g) ≃ 3. Исходя из этих данных, можно оценить изменениязначения длины волны, на которой возбуждаются ПП, связанные с приложениеммагнитного поля, а также оценить изменение времени жизни ПП. Было получено,что приложение магнитного поля изменяет длину волны, на которой возбуждается плазмон, на ∆λ ≈ 0.4 нм. Ширина резонанса изменяется на ∆λ = 2 нм.В качестве упрощения опишем форму резонанса в виде лоренцева контура:r(ω, M ) =ıΓ(M )r0,ω0 (M ) − ω + ıΓ(M )(50)где r0 — амплитуда, Γ(M ) — ширина резонанса.
Под действием приложенногомагнитного поля, при возбуждении ПП, происходит изменение формы лазерныхВременная зависимость экваториального МОЭК...116импульсов:−Γt−ıω0 t+ 12 σ 2 [Γ−ı(ω0 −ωc )]2Eout (M, t) = πΓσr0 e",-#t − σ 2 (Γ − ı(ω0 − ωc ))√× 1 + erf.(51)2σВременная зависимость экваториального МОЭК δ(t) выражается через интенсивность в виде:δ(M, t) =I(M, t) − I(−M, t),I(0, t)(52)где I(M, t) = |Eout (M, t)|2 . Следовательно, можно получить временну́ю зависимость экваториального МОЭК с использованием параметров эксперимента.Рис.
67: Численный расчет временной зависимости магнитооптического эффектаКерра. Синяя кривая соответствует длине волны лазера 785 нм. Красная кривая— 730 нм. Черные кривые — промежуточные значения длин волн лазера.На рисунке 67 приведен расчет значения коэффициента Керра для длин волнот 785 до 830 нм. Для 785 нм (синяя кривая) задетектирован спад значения коэффициента эффекта Керра, для 730 нм (красная кривая) — рост. Было достигнутоприемлемое качественное согласие экспериментальных и рассчитанных данных.Полученные результаты работы явно свидетельствуют о том, что монотонное увеличение экваториального МОЭК связано с влиянием возбуждения поверхностныхплазмон-поляритонов на импульс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
