Диссертация (1105425), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Сдвиг резонанса ТПП происходит из невозмущённого состояния законечное время, которое определяется скоростью изменения εMe за счёт электрон-электронного взаимодействия. Характерное время нарастания диэлектрической проницаемости до максимального значения εmaxMe составляет несколькосотен фемтосекунд. В течении этого времени εMe проходит монотонно все значения от невозмущённого ε0Me до εmaxMe , а спектр коэффициента отражения изме-Глава II. Фемтосекундная динамика релаксации таммовских ...77няет форму как показано на рисунке 2.23. Теперь рассмотрим поведение излучения с длиной волны λ0 = 774 нм, отмеченной на рисунке 2.23 синей линией.В невозмущённом случае λ0 соответствует коротковолновому склону резонансаТПП и имеет коэффициент отражения R = 0.15.
При сдвиге резонанса ТПП вкоротковолновую область спектра R(λ0 ) начинает уменьшаться до тех пор, покаλ0 не будет соответствовать центральной длине волны резонанса ТПП, имеющей минимальный коэффициент отражения. При дальнейшем сдвиге резонансаR(λ0 ) увеличивается пока не достигнет возмущенного значения, соответствующего длинноволновому склону резонанса. После того как вся энергия импульсанакачки перекачана в электронную подсистему металла, начинается процесс еёдиссипации путём электрон-фононного взаимодействия, имеющего характерноевремя около 1 пс.
Процесс диссипации энергии сопровождается обратным движением резонанса на более длинном масштабе времён и медленному возвратуR(λ0 ) к равновесному значению.Глава IIIГенерация второй и третьей оптических гармоник вструктурах фотонный кристалл-металл при возбуждениитаммовских плазмон-поляритоновУсиление нелинейно-оптических эффектов в наноструктурах может быть описано с точки зрения обобщённого закона Парселла, согласно которому интенсивность излучения оптической гармоники определяется величиной электромагнитного поля излучения накачки в соответствующей степени, а также плотностью фотонных состояний на частоте оптической гармоники.
Возбуждениелокализованных состояний электромагнитного поля, таких как поверхностныеи локализованные плазмон-поляритоны, микрорезонаторные моды в фотонныхкристаллах и др. приводит к увеличению локальных электромагнитных полей и, как следствие, к усилению нелинейно-оптических эффектов. Увеличениеплотности фотонных состояний достигается в микро- и наноразмерных резонаторах, например, в фотонных кристаллах.
В структурах специальной конструкции возможно одновременное выполнение условий локального усиленияэлектромагнитного поля накачки в среде с оптической нелинейностью и увеличения плотности фотонных состояний на частоте оптической гармоники.В наноструктурах, состоящих из центросимметричных материалов, генерация объемной второй оптической гармоники запрещена в дипольном приближении. Единственными источниками данного излучения являются атомно-тонкиеприповерхностные слои, в которых симметрия кристаллической решетки нарушается. Измерение интенсивности поверхностной второй оптической гармоникиявляется важным инструментом исследования биологических объектов и зондирования скрытых границ раздела.Глава III.
Генерация второй и третьей оптических гармоник ...791. Усиление генерации второй оптической гармоники при возбуждении таммовского плазмон-поляритона в случае резонансной накачки1.1. Спектроскопия интенсивности второй оптической гармоники в образцахсерии 1Для исследования усиления генерации второй гармоники при возбуждении таммовского плазмон-поляритона использовалась экспериментальная установка,схема которой приведена на рисунке 3.1.
Источником излучения служил титан-Рис. 3.1: Схема установки для исследования генерации второй гармоники в присутствии таммовских плазмон-поляритонов. П — прерыватель пучка; ПГ — призмы Глана, задающие мощность и поляризацию излучения, падающего на образец; ФЛ —фокусирующая линза; ω — фильтр, пропускающий излучение накачки, и отсекающий излучение многофотонной люминесценции элементов схемы; О — образец; СД —светоделительная пластина, пропускающая 96% излучения и отражающая 4%; КЛ —коллимирующая линза; nω — фильтр, пропускащий излучение n−той оптической гармоники, и отсекающий излучение накачки; ФЭУ — фотоэлектронный умножитель,работающий в схеме счета фотонов; ФД — фотодиод.Глава III. Генерация второй и третьей оптических гармоник ...80сапфировый лазер Coherent Chameleon, генерирующий импульсы длительностью 130 фс с частотой повторения 80 МГц.
Диапазон перестройки длины волныизлучения составлял 680 – 1000 нм. Излучение проходило через прерыватель,задававший опорную частоту для синхронного детектора и счетчика фотонов.Две призмы Глана позволяли контролировать поляризацию излучения и егомощность. Далее излучение фокусировалось линзой в перетяжку диаметром40 мкм на образце. При средней мощности излучения накачки превышающей50 мВт происходило плавление слоя золота в области перетяжки пучка, поэтому в качестве рабочей была выбрана плотность мощности равная 1 ГВт·см−2 .Линза была установлена на механизированном трансляторе, позволявшем с точностью до 0.5 мкм контролировать положение перетяжки пучка. После линзы находился светофильтр КС18, пропускающий излучение в диапазоне 680 –2800 нм.
Его использование позволяло отфильтровать излучение двухфотонной люминесценции оптических элементов схемы, а также внешнюю засветкув исследуемом диапазоне длин волн. После образца часть излучения накачкиотводилась в канал линейной регистрации, позволявший измерять спектр пропускания образца. В основном канале излучение проходило через призму Глана, служившую анализатором, и коллимировалось в фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), перед входным окном которого был установлен набор светофильтров BG39 общей толщиной 9 мм. Данные фильтры пропускают излучение надлине волны второй гармоники и полностью поглощают излучение накачки.Сигнал с ФЭУ поступал на стробируемый счетчик фотонов, подключенный ккомпьютеру. Образец был установлен на механизированном поворотном столике, позволявшем контролируемо и автоматизированно менять угол паденияизлучения.
Анализатор был также установлен в механизированную оправу, позволявшую с высокой точностью автоматизированно изменять угол поворота осианализатора. На вставке к рисунку 3.1 схематично показана геометрия паденияизлучения на образец и отмечены направления векторов напряженности электрического поля для p- и s-поляризаций. Для автоматизированного управленияустановкой и проведения измерений была создана программа в пакете LabView,Глава III.
Генерация второй и третьей оптических гармоник ...81позволявшая контролировать углы поворота образца, анализатора, положениефокусирующей линзы, задавать длину волны излучения накачки. Кроме того,программа позволяла проводить автоматизированные измерения зависимостиинтенсивности ВГ от различных параметров.Существует четыре комбинации поляризаций излучения накачки и ВГ, аименно pp, ps, sp и ss, причём эффективность ГВГ в них определяется различ(2)ными компонентами тензора квадратичной восприимчивости χ̂ijk . Как былопоказано в Главе I (см. формулу (1.12)), в случае ГВГ в тонкой плёнке метал(2)ла максимальное значение имеет компонента χ̂zzz , определяющая нелинейнооптический отклик в pp комбинации поляризаций, в то время как остальные(2)ненулевые компоненты тензора меньше χ̂zzz на два порядка величины.На рисунке 3.2 красной кривой показан спектр коэффициента пропусканияобразца серии 1 при угле падения 20◦ .
Вся спектральная область, показанная на54,..0.230.12100.0700720740760780800,Рис. 3.2: Точки — экспериментальный спектр интенсивности второй гармоники вобразце серии 1. Красная линия — спектр коэффициента пропускания образца.Глава III. Генерация второй и третьей оптических гармоник ...82графике, принадлежит фотонной запрещенной зоне фотонного кристалла, поэтому пропускание мало, однако в окрестности длины волны 768 нм наблюдается резкий пик, соответствующий возбуждению ТПП. Соответствующий спектринтенсивности второй гармоники, генерированной в образце при pp комбинацииполяризаций излучения накачки и второй гармоники, показан черными точками.
В окрестности резонанса ТПП интенсивность второй гармоники существенно возрастает по сравнению со значениями вдали от резонанса, причем коэффициент усиления по сравнению с фоном составляет 240. Измерения спектровинтенсивности ВГ были также проведены отдельно для фотонного кристаллаи металлической пленки, причем интенсивности накачки были увеличены в 30раз для разрешения слабых нелинейно-оптических эффектов.
Ни один из спектров не демонстрировал резонансных особенностей, однако характерные значения интенсивности ВГ от фотонного кристалла были на три порядка величиныменьше, чем от золотой плёнки. Данный эксперимент подтвердил предположение о том, что нелинейность металлической пленки является определяющей длягенерации ВГ в образце ФК/металл.pp3,..421ps0-4504590,135.Рис. 3.3: Экспериментальная зависимость интенсивности ВГ на длине волны 768 нмпри p-поляризованной накачке от угла поворота анализатора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
