Диссертация (1105425), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Фемтосекундная динамика релаксации таммовских ...65чая отражения от полубесконечного слоя металла, что в эксперименте соответствовало излучению в канале сравнения. В случае отражения от слоя металлане наблюдалось модификации формы огибающей импульса, однако было отмечено уменьшение её амплитуды, связанное с поглощением в металле.Для получения расчётной кросс-корреляционной функции C(τ ) производилась численная свёртка огибающих электрического поля E импульсов, отражённых от образца, и полубесконечной плёнки металла по формулеZ +∞22C(τ ) = C0 +Eref(t)Espl(t − τ )dt,(2.7)−∞где индекс «ref» соответствует импульсу, отражённому от плёнки металла (иликаналу сравнения), а индекс «spl» соответствует импульсу, отражённому отобразца.
Константа C0 была введена для сравнения расчётных и экспериментальных ККФ и соответствует экспериментальному фоновому сигналу. На рисунке 2.16 точками показаны экспериментальные результаты измерения кросскорреляционной функции, а сплошной кривой — результаты численных расчетов. Обе зависимости соответствуют углу падения излучения равному 45◦ и s.10-1,.100101010-2-3-4-300-1500150300450600,Рис. 2.16: Кросс-корреляционные функции s-поляризованных импульса, отражённогоот образца серии 2 под углом 45◦ , и импульса сравнения. Точки — экспериментальныеданные, сплошная кривая — численный расчёт.поляризации излучения.
Наблюдается хорошее соответствие результатов экспе-Глава II. Фемтосекундная динамика релаксации таммовских ...66римента и расчета, что свидетельствует о правильной интерпретации экспериментальных данных.Описанным методом был произведён численный расчёт зависимости времени жизни ТПП от угла падения излучения для s и p поляризаций и проведеносравнение с экспериментальными данными. На рисунке 2.17 точками показаныизмеренные времена жизни, а сплошными кривыми приведены результаты численного расчёта.
Экспериментальные значения с хорошей точностью совпадают,60s504030p20010203040,5060.Рис. 2.17: Зависимость времени жизни ТПП от угла падения излучения на структуру ФК/металл. Красными точками показаны экспериментальные данные для pполяризованного излучения, красной кривой — результат соответствующего численного расчёта. Чёрными точками показаны результаты эксперимента для sполяризованного излучения, чёрной кривой — соответствующий численный расчёт.с результатами расчёта.
Можно заметить, что характер зависимости отличаетсядля s и p поляризаций. Время жизни ТПП, возбуждаемого p-поляризованнымизлучением, монотонно уменьшается с увеличением угла падения излучения, вто время как время жизни ТПП, возбуждаемого s-поляризованным излучением,монотонно растёт. Полученные зависимости могут быть объяснены исходя изГлава II. Фемтосекундная динамика релаксации таммовских ...67законов отражения Френеля [113] для поляризованного излучения.
Как былоуказано выше, добротность резонанса определяется нерадиационными потерями, связанными с поглощением в металле, и радиационными, определяющимисяФЗЗ фотонного кристалла. Формирование ФЗЗ является результатом многолучевой интерференции излучения, прошедшего и отражённого от каждой изграниц раздела внутри ФК. Если применить формулы Френеля для расчёта коэффициентов отражения и пропускания каждой границы, можно заметить, чтоизлучения p и s поляризации будут вести себя в ФК по-разному. Например, дляp-поляризованного излучения при приближении угла падения к углу Брюстеранаблюдается уменьшение коэффициента отражения на каждой из границ раздела слоёв ФК, что приводит к уменьшению добротности резонанса ТПП.
В тоже время для s-поляризованного излучения коэффициенты отражения каждойграницы раздела растут при увеличении угла падения излучения, что приводитк увеличению добротности резонанса ТПП.4. Фемтосекундная спектроскопия коэффициента отражения структуры фотонный кристалл-металл при возбуждении таммовскогоплазмон-поляритонаНаличие фемтосекундной динамики релаксации ТПП мотивировало исследование влияния данного состояния на модуляцию оптического отклика структурыФК/металл. Измерения проводились методом «накачка-зонд» в схеме, представленной на рисунке 2.18(а). В качестве источника излучения использовалсялазер Coherent Micra на основе кристалла титан-сапфира, генерировавший импульсы длительностью 120 фс с частотой повторения 80 МГц.
Центральнаядлина волны излучения и ширина спектра могли быть перестроены в ручномрежиме, однако для проведения эксперимента лазер был настроен таким образом, что центральная длина волны составляла 780 нм, а ширина спектра быларавна 32 нм. Излучение проходило через оптический прекомпрессор, обеспечивавший длительность импульса на образце равную 50 фс.
Далее излучениеделилось на каналы зонда и накачки с помощью светоделителя, причём коэф-Глава II. Фемтосекундная динамика релаксации таммовских ...68Рис. 2.18: (а) Схема установки по измерению модуляции коэффициента отраженияобразцов ФК/металл методом «накачка-зонд». Ti:сапфир — лазер на основе кристаллатитан-сапфира, ПК — прекомпрессор лазерных импульсов, СД — светоделительнаяпластина с коэффициентом пропускания, равным 98% и коэффициентом отражения,равным 1%, λ/2 — полуволновая фазовая пластинка, ФУМ — фотоупругий модулятор,ФД — кремниевый фотодиод. (б) Схема падения лучей накачки и зонда на образец.Угол падения p-поляризованного излучения накачки составляет 45◦ , угол падения sполяризованного излучения зонда составляет 20◦ .
Излучение падает на образец состороны металла. (в) Положение пятен накачки и зонда на образце. Диаметр пятназонда равен 10 мкм, длины осей эллипса пятна накачки составляют 25 мкм и 15 мкм.фициент пропускания светоделителя составлял 98%, а коэффициент отражения каждой границы светоделителя составлял 1% для p-поляризованного излучения. Излучение накачки проходило через полуволновую фазовую пластину,поворачивавшую его поляризацию на 90◦ таким образом, чтобы оно стало sполяризованным, далее через фотоупругий модулятор (ФУМ), и призму Глана,установленную в p-поляризации.
Излучение зонда проходило через моторизованную линию задержки, позволявшую задавать временную задержку междуимпульсами накачки и зонда с точностью не хуже 1 фс. Далее поляризацияизлучения изменялась с p на s с помощью полуволновой пластины и призмыГлана. Излучения накачки и зонда независимо фокусировались на образец спомощью параболических зеркал с фокусными расстояниями 10 см и 5 см со-Глава II. Фемтосекундная динамика релаксации таммовских ...69ответственно.
Угол падения зонда составлял 20◦ , а угол падения накачки былравен 45◦ , как показано на рисунке 2.18(б). Данные углы падения были выбраныс тем расчётом, чтобы для накачки не выполнялись условия возбуждения ТПП,а для зонда — выполнялись в районе длины волны 780 нм. Далее излучение зонда, отражённое от образца, коллимировалось линзой, проходило через призмуГлана, установленную в s-поляризации, и падало на волоконный коллиматор. Спомощью оптического волокна излучение зонда попадало в монохроматор, навыходе из которого был установлен кремниевый фотодиод.
Интенсивность излучения регистрировалась в схеме синхронного детектирования, причем опорной частотой служила удвоенная3 частота фотоупругого модулятора. Такимобразом напрямую измерялась величина изменения интенсивности луча зонда,вызванная взаимодействием с излучением накачки.
Схема с ортогонально поляризованными лучами накачки и зонда была выбрана для уменьшения засветкидетектора мощным модулированным излучением накачки. Плотность энергиянакачки и зонда на образце составляла 270 мкДж·см−2 и 8 мкДж·см−2 соответственно. Перетяжки пучков в плоскости образца имели эллиптическую форму(рис. 2.18(в)), связанную с ненулевым углом падения на образец, причем пятно зонда было слабоэллиптичным с характерным диаметром равным 10 мкм, адлины осей эллипса пятна накачки составляли 25 мкм и 15 мкм по горизонталии вертикали соответственно.
Сведение лучей накачки и зонда в пространстве ивремени осуществлялось с помощью нелинейного кристалла бета-бората барияпо максимуму интенсивности неколлинеарной второй оптической гармоники.Поскольку спектральная плотность шума синхронного детектора обратнопропорциональна частоте модуляции излучения, использование системы из по3Принцип действия фотоупругого модулятора основан на возникновении двулучепрелом-ления в среде под действием механического напряжения. Амплитуда деформации определяетфазовую задержку между обыкновенным и необыкновенным лучами и, как следствие, вращение плоскости поляризации света, проходящего через модулятор.
В используемом устройствепластина плавленого кварца деформируется с частотой 47 кГц, однако частота модуляцииполяризации является удвоенной — 96 кГц поскольку вектор поляризации проходит одни ите же положения дважды за период механической деформации.Глава II. Фемтосекундная динамика релаксации таммовских ...70луволновой пластины, призмы Глана и ФУМ в качестве оптического прерывателя позволяло существенно увеличить соотношение сигнал/шум.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
