Диссертация (1105425), страница 15
Текст из файла (страница 15)
0◦ соответствует sполяризованной ВГ, 90◦ соответствует p-поляризованной ВГ.Глава III. Генерация второй и третьей оптических гармоник ...83Для исследования поляризационной зависимости амплитуды резонанса была измерена зависимость интенсивности ВГ на длине волны 768 нм, соответствующей спектральному положению максимума резонанса, от угла поворотаанализатора. Результаты измерений приведены на рисунке 3.3. Угол поворотаанализатора 0◦ соответствует ps комбинации поляризаций накачки и ВГ, уголповорота 90◦ соответствует pp комбинации.
Амплитуда резонанса при ps комбинации поляризаций примерно в 200 раз меньше соответствующей амплитудыпри pp комбинации. Кроме того, были измерены спектры интенсивности ВГ дляps, sp и ss комбинаций, результаты спектроскопии приведены на рисунке 3.4.Для каждой из комбинаций в спектре интенсивности ВГ наблюдается локаль-10400.300,.ppps..sp8,ss62004100207200740760780800,Рис. 3.4: Экспериментальные спектры интенсивности ВГ в образце ФК/металл. Красные точки — ps геометрия, черные квадраты — sp геометрия, синие треугольники — ssгеометрия. Сплошной линией показан спектр интенсивности ВГ в pp геометрии.ное увеличение интенсивности в окрестности резонанса ТПП, причем для sполяризованной накачки эти максимумы сдвинуты в длинноволновую областьспектра из-за поляризационного расщепления моды таммовского плазмона.
Интенсивности пиков при всех комбинациях отличных от pp являются примерноодинаковыми, что позволяет говорить о том, что доминирующим фактором,влияющим на ГВГ, является гиперрэлеевское рассеяние света [114], которое воз-Глава III. Генерация второй и третьей оптических гармоник ...84никает из-за шероховатостей поверхности пленки и является деполяризованными изотропным.Для исследования угловой зависимости величины усиления ГВГ в присутствии ТПП была измерена серия спектров интенсивности ВГ в образце ФК/металлдля различных углов падения излучения накачки от 10◦ до 45◦ с шагом 5◦ . Результаты измерений для pp комбинации поляризаций накачки и ВГ приведенына рисунке 3.5. Можно отметить, что центральная длина волны резонанса ВГ.760740.4,78072030°3,7001020304050,210°145°0700720740760780800,Рис.3.5:ЭкспериментальныеспектрыинтенсивностиВГвобразцеФК/металлическая пленка, измеренные в pp геометрии накачки и второй гармоники для различных углов падения θ излучения накачки на образец.
Краснаякривая соответствует θ = 10◦ , коричневая — θ = 15◦ , желтая — θ = 20◦ , розовая — θ = 25◦ , синяя — θ = 30◦ , зеленая — θ = 35◦ , оранжевая — θ = 40◦ ,черная — θ = 45◦ .смещается в коротковолновую область спектра при увеличении угла падения,что соответствует поведению резонанса таммовского плазмон-поляритона приувеличении угла падения. На вставке рисунка 3.5 точками показана зависимость длины волны максимума резонанса ВГ от угла падения излучения, асплошной кривой показана дисперсионная кривая таммовского плазмона. Хо-Глава III. Генерация второй и третьей оптических гармоник ...85рошее совпадение данных зависимостей подтверждает то, что усиление ВГ связано с возбуждением ТПП. Кроме того, можно отметить немонотонность зависимости амплитуды резонанса ВГ от угла падения.
Изначально малое значениеамплитуды связано с тем, что при малых углах величина компоненты Ez электрического поля, нормальная к поверхности металла, мала; при увеличенииугла падения она растет, и, как следствие, растет интенсивность ВГ, определя(2)ющейся компонентой χ̂zzz тензора квадратичной восприимчивости. При дальнейшем увеличении угла начинают сказываться эффекты, связанные с увеличением площади пятна накачки на образце. В этом случае плотность мощностинакачки падает, что приводит к уменьшению интенсивности ВГ.
Для устранения влияния аппаратной функции установки были проведены измерения спектров интенсивности ВГ от золотой пленки без ФК. В дальнейшем спектры ВГобразца были нормированы на спектры ВГ золота, что позволило построитьчастотно-угловой спектр коэффициента усиления ВГ, связанного исключительно с возбуждением ТПП. Данная нормированная зависимость приведена на рисунке 3.6. Можно отметить, что амплитуда коэффициента усиления ВГ умень20010°16012030°8045°400700720740760780800,Рис. 3.6: Спектры коэффициента усиления ГВГ в образце серии 1 по сравнению стонкой плёнкой металла.
Экспериментальные условия соответствуют указанным вподписи к рисунку 3.5.Глава III. Генерация второй и третьей оптических гармоник ...86шается при увеличении угла, а ширина резонанса, напротив, увеличивается приувеличении угла падения излучения накачки. При падении излучения близкомк нормальному интенсивности ВГ, генерированной в образце и в золотой плёнке, обращаются практически в ноль. Для того чтобы избежать неопределённости вида 0/0 при нормировке, измерения и дальнейшие расчёты коэффициентаусиления производились для углов падения, превышающих 5◦ .1.2. Измерение угловой зависимости эффективности генерации второй оптической гармоники в образцах серии 2Отдельно были проведены измерения угловой зависимости эффективности ГВГв образце серии 2 при фиксированной длине волны излучения накачки.
Установка, использовавшаяся для данных измерений, аналогична показанной на рисунке 3.1. В качестве источника излучения использовался титан-сапфировыйлазер Coherent Micra, генерирующий импульсы длительностью 50 фс энергией 3 нДж с частотой повторения 80 МГц. Центральная длина волны излучения составляла 780 нм. На рисунке 3.7 сплошной кривой показана зависимостькоэффициента пропускания образца от угла падения p-поляризованного излучения накачки.
При падении, близком к нормальному, пропускание образцамало́, поскольку длина волны излучения накачки лежит в ФЗЗ ФК. В образцах серии 2 резонансная длина волны таммовского плазмон-поляритона принормальном падении излучения составляет 820 нм, а при увеличении угла падения она смещается в коротковолновую область спектра. При углах паденияоколо 33◦ пропускание образца существенно увеличивается из-за возбужденияТПП. При дальнейшем увеличении угла падения излучения коэффициент пропускания падает, а при углах больше 50◦ вновь растет, что соответствует краюфотонной запрещенной зоны ФК.Точками на рисунке 3.7 показана зависимость интенсивности второй оптической гармоники от угла падения излучения накачки при pp-комбинации поляризаций излучения накачки и ВГ.
Вне резонанса ТПП интенсивность ВГ мала,однако в окрестностях угла падения 33◦ она резонансным образом увеличивает-Глава III. Генерация второй и третьей оптических гармоник ...87.0.52.0,.0.41.50.31.00.20.50.10.00.001020304050,Рис. 3.7: Точки: Зависимость интенсивности ВГ в образце серии 2, измеренная в ppкомбинации поляризаций излучения накачки и второй гармоники при длине волныизлучения накачки 780 нм от угла падения излучения. Сплошная кривая: Угловаязависимость коэффициента пропускания образца серии 2.ся, достигая максимума в точке, соответствующей максимальному перекрытиюспектров излучения накачки и ТПП. Ошибка измерения интенсивности ВГ попорядку величины меньше размера точки.
Максимальное измеренное значениеинтенсивности ВГ, генерированной в образце серии 2, превосходит фон на четыре порядка величины, а интенсивность ВГ, генерированной в пленке серебра тойже толщины — на два порядка величины. На рисунке 3.8 точками приведеназависимость интенсивности ВГ в максимуме резонанса от мощности излучениянакачки, а линией показана аппроксимация степенной функцией вида y = axb .Показатель степени функции, реализующей наилучшую аппроксимацию, составляет 1.96 ± 0.05, что соответствует квадратичному закону с точностью доошибки.Приемником излучения служил модуль Hamamatsu H10682-210, содержащий фотоэлектронный умножитель, работающий в схеме счета фотонов. Знаяхарактеристики модуля, такие как чувствительность и коэффициент умноже-Глава III.
Генерация второй и третьей оптических гармоник ...88..106,10510410311040,Рис. 3.8: Точки: Зависимость интенсивности ВГ в образце серии 2, измеренная вpp-комбинации поляризаций излучения накачки и второй гармоники при длине волны излучения накачки 780 нм, от мощности излучения накачки (показана в двойномлогарифмическом масштабе). Линия: Аппроксимация функцией вида y = axb со значениями параметров a = 790 ± 70, b = 1.96 ± 0.05.ния, можно определить мощность второй оптической гармоники, генерированной в образце, исходя из количества отсчетов, измеренного системой регистрации. Кроме того, необходимо учесть поглощение ВГ в фильтрах и отражениеот оптических элементов, расположенных между образцом и приемником излучения.
Согласно спецификации чувствительность ФЭУ на длине волны 390 нмсоставляет 6.1·105 Гц·пВт−1 . Коэффициент пропускания фильтра BG39 толщиной 1 мм равен 0.845 на длине волны 390 нм и 5.1 · 10−5 на длине волны 780 нм,а коэффициент отражения на границе раздела воздух-плавленый кварц равен0.035. Таким образом была расчитана мощность ВГ непосредственно после образца. Нормированная эффективность ГВГ η2 была определена как отношениемощности ВГ P2ω к квадрату мощности излучения накачки Pω . Данное опре-Глава III.
Генерация второй и третьей оптических гармоник ...89деление позволяет сравнивать эффективности ГВГ, измеренные в разных образцах при различных мощностях накачки. В описанном случае максимальнаяизмеренная нормированная эффективность ГВГ в образце ФК/металл составила 2 · 10−9 Вт−1 .2. Усиление генерации второй оптической гармоники при возбуждении таммовского плазмон-поляритона в случае резонансной второй гармоникиКак было сказано ранее, эффективность генерации спонтанного и вынужденного излучения в структуре зависит от двух факторов: напряженности электрического поля волны накачки в активной области и плотности фотонных состоянийна частоте излучения. Увеличение плотности конечных состояний достигаетсяразличными способами, в частности, в резонаторах, в фотонных кристаллах накраю фотонной запрещенной зоны и др. Возбуждение таммовского плазмонполяритона также приводит к увеличению плотности фотонных состояний начастоте резонанса.
Таким образом, ожидается, что ГВГ будет усилена, если еечастота совпадает с резонансной частотой возбуждения ТПП.Для измерения угловых зависимостей интенсивности второй оптической гармоники в случае резонансной ВГ использовалась установка, аналогичная показанной на рисунке 3.1. Источником излучения в данном случае служил эрбиевый волоконный лазер Авеста EFOA-T/P, генерирующий импульсы длительностью 200 фс, энергией 2.5 нДж, с центральной длиной волны спектра1560 нм. Для отсечения многофотонной люминесценции использовался светофильтр ИКС5, а для подавления излучения накачки перед ФЭУ — комбинациясветофильтров KG1 и BG39.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
