Диссертация (1105425), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Экспериментальное исследование фемтосекундной динамики релаксации таммовских плазмон-поляритоновПоверхностное состояние характеризуется собственной энергией ~ωT , причемеё действительная часть определяет спектральное положение резонанса, а мнимая — его ширину. Добротность резонанса ТПП QT задается формулойQT =ReωT,2ImωT(2.2)причем она определяется как радиационными потерями, связанными в основном с контрастностью ФЗЗ ФК, так и нерадиационными потерями, связаннымис поглощением в слое металла. Можно ввести эффективное время жизни таммовского плазмон-поляритона τT по формулеτT =14πImωT.(2.3)Таким образом, из анализа спектров коэффициента отражения и пропусканияможет быть сделан вывод о времени жизни ТПП.
На рисунке 2.7 приведеныспектры коэффициента отражения образца серии 2 при угле падения излученияравном 45◦ для s и p поляризации падающего излучения. Можно отметить, чтоспектральное положение резонанса и его ширина отличаются для различныхполяризаций излучения, причем в s поляризации ширина резонанса меньше,чем в p поляризации. Синей кривой на рисунке 2.7 показана аппроксимациярезонанса кривой Лоренца, из которой была определена центральная длинаГлава II. Фемтосекундная динамика релаксации таммовских ...541.0s0.51.0p0.50.05006007008009001000,Рис. 2.7: Спектры коэффициента отражения фотонного кристалла (красныекривые) и образца серии 2 (черные точки) при угле падения излучения равном45◦ для s-поляризованного (сверху) and p-поляризованного (снизу) излучения.Синей кривой показана аппроксимация резонанса ТПП функцией Лоренца.волны резонанса λT , равная 775 нм и его ширина ∆λ, составившая 9 нм.
Поформулеλ2TcτT =∆λ(2.4)можно оценить время жизни ТПП как τT = 35 фс.Для детального исследования фемтосекундной динамики таммовских плазмон-поляритонов была использована кросс-корреляционная схема, изображенная на рисунке 2.8. Источником излучения являлся титан-сапфировый лазер,генерировавший импульсы длительностью 100 фс с частотой повторения 80 МГц.Центральная длина волны излучения перестраивалась в диапазоне 760 – 810 нм,а энергия в импульсе на выходе из лазера не превышала 2 нДж. Далее импульсыпроходили через прекомпрессор, вносивший отрицательную дисперсию групповой скорости для компенсации дисперсии в элементах схемы.
ШирокополоснаяГлава II. Фемтосекундная динамика релаксации таммовских ...55Рис. 2.8: Схема установки для исследования временной динамики возбуждения таммовских плазмон-поляритонов. лазер — титан-сапфировый лазер; ПК — прекомпрессор; λ /2 — полуволновая пластина, работающая в интервале длин волн 600 – 1100 нм;СД 50:50 — светоделительная пластина, пропускающая и отражающая 50% интенсивности падающего излучения; П — прерыватель пучка; ПЗ — параболическое зеркало;BBO — нелинейный кристалл β-BaB2 O4 ; ФД — фотодиод.полуволновая пластина позволяла задавать поляризацию падающего на образец излучения на всем диапазоне длин волн излучения лазера. Светоделительразделял исходный импульс на два канала с одинаковой интенсивностью в каждом. Далее излучение в сигнальном канале падало на образец, установленныйна трехкоординатной подставке, и отражалось от него, а в опорном — проходило через линию задержки, после чего оба импульса фокусировались нанелинейный кристалл β-BaB2 O4 (BBO) с помощью параболического зеркала.
Вуказанной конфигурации в геометрии пропускания, в кристалле ВВО возможна генерация второй оптической гармоники в трёх направлениях. Две волныВГ распространялись в тех же направлениях, что и падающие излучения сигнального и опорного каналов и соответствовали случаю коллинеарной ВГ. Третья волна ВГ (неколлинеарная ВГ) распространялась вдоль биссектрисы угла,Глава II. Фемтосекундная динамика релаксации таммовских ...56образованного направлениями распространения сигнального и опорного излучений.
Неколлинеарная ВГ генерируется только в случае пространственного ивременного перекрытия сигнального и опорного импульсов в кристалле ВВО, аеё интенсивность I2ω , зависящая от временной задержки между импульсами τ ,пропорциональна интенсивностной кросс-корреляционной функции импульсоввторого порядка:Z+∞Isig (t)Iref (t − τ )dt,I2ω (τ ) ∝(2.5)−∞где Isig , Iref — интенсивности излучения в сигнальном и опорном каналах соответственно.
Интенсивность неколлинеарной ВГ измерялась в схеме синхронного детектирования с помощью кремниевого фотодиода. Опорной частотой синхронного детектора служила частота оптического прерывателя, установленногов сигнальном канале. Использование данной схемы позволяло снизить влияние внешней засветки и существенно увеличить соотношение сигнал/шум. Линия задержки представляла собой ретрорефлектор, установленный на механизированном трансляторе. Точность позиционирования транслятора составляла100 нм, что соответствует точности контроля временной задержки в 1 фс.
В схеме практически отсутствовали оптические элементы, работавшие в геометриипропускания, что позволяло минимизировать влияние элементов на расплывание импульса во времени и изменение его формы после отражения от образца.Угол падения излучения на образец изменялся от 7◦ до 45◦ , причем при изменении угла падения излучения перестраивался и спектр излучения лазерадля выполнения условия возбуждения ТПП в образце.
Контроль возбужденияТПП осуществлялся с помощью спектрометра путём измерения спектра коэффициента отражения образца. Вместо образца в схему могло быть установленонепрозрачное зеркало для проведения опорных измерений.Кросс-корреляционная функция (ККФ) определяется для двух импульсов,одним из которых является импульс, отражённый от образца, а вторым — импульс сравнения. В дальнейшем, для краткости изложения, вместо полной фразы «ККФ импульса, отражённого от образца под углом θ, и импульса сравненияпри X поляризации излучения», будет использоваться фраза «ККФ для углаГлава II. Фемтосекундная динамика релаксации таммовских ...57падения θ и X поляризации излучения». На рисунке 2.9, в логарифмическоммасштабе по оси ординат, показана кросс-корреляционная функция импульсаканала сравнения и импульса, отраженного от серебряного зеркала под углом30◦ .
Излучение в данном случае было p-поляризованным. Кросс-корреляционная0..10-1,10-210-310-300-1000100300,Рис. 2.9: Кросс-корреляционная функция p-поляризованных импульсов канала сравнения и отражённого от серебряного зеркала под углом 30◦ .
Красной кривой показана аппроксимация гауссовой функцией со значением ширины на полувысоте, равном63 фс. Зависимости показаны в логарифмическом масштабе по оси ординат.функция имеет симметричную форму и хорошо аппроксимируется функциейГаусса, описывающей форму фемтосекундных лазерных импульсов и их кросскорреляционных функций.
Ширина на полувысоте аппроксимирующей функции составила 63 фс, что соответствует длительности импульса 45 фс. Данныйрезультат совпадает с результатами измерений интерферометрической автокорреляционной функции импульса. Ненулевое значение кросс-корреляционнойфункции вдали от нулевой задержки между импульсами определяется шумамиэкспериментальной установки, и минимум на три порядка величины меньшезначения максимума ККФ. При отражении сигнального импульса от образцасерии 2 наблюдается изменение формы кросс-корреляционной функции в слу-Глава II. Фемтосекундная динамика релаксации таммовских ...58чае, если спектр импульса перекрывается с резонансным контуром таммовскогоплазмон-поляритона, возбуждаемого в образце.
На рисунке 2.10 черными точками показана ККФ p-поляризованных импульсов при угле падения 30◦ . Навставке показан спектр сигнального импульса после отражения от образца. В.012.,.108.4-110,0750800850,-210-310-300-1000100300,Рис. 2.10: Кросс-корреляционная функция p-поляризованных импульсов при углепадения 30◦ . Красной кривой показана аппроксимация гауссовой функцией со значением ширины на полувысоте равным 63 фс. Зелёной линией показана аппроксимация заднего фронта ККФ функцией I = I0 + exp(−t/τ ) со значениями параметровI0 = 9 · 10−4 отн. ед., τ = 26 фс. Зависимости показаны в логарифмическом масштабепо оси ординат. Вставка: спектр импульса, отражённого от образца.нём наблюдается минимум на длине волны 780 нм, соответствующий резонансуТПП.
Красной кривой на основном графике показана аппроксимация гауссовойфункцией с шириной на полувысоте равной 63 фс. Видно, что при отрицательных значениях времени задержки, которые соответствуют перекрытию передних фронтов импульсов, ККФ имеет гауссову форму, однако начиная с временизадержки равного +50 фс, наблюдается расхождение между измеренной ККФ игауссовой функцией, что соответствует затягиванию заднего фронта импульса,отражённого от образца. Затянутый задний фронт ККФ был аппроксимиро-Глава II.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
