Диссертация (1105425), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Длина волны излучения ВГ равна 780 нм, что соответствует длине волны возбуждения ТПП в образце серии 2 при угле паденияизлучения около 35◦ . Длина волны излучения накачки лежит в области разрешенной зоны ФК, таким образом, не возникает локализации электромагнитного поля внутри образца. Приемником излучения служил модуль HamamatsuH9307-03, работающий в пропорциональном режиме.906,..Глава III.
Генерация второй и третьей оптических гармоник ...42010203040506070,Рис. 3.9: Зависимость интенсивности ВГ в образце серии 2, измеренная в ppкомбинации поляризаций излучения накачки и ВГ при длине волны излучения накачки 1560 нм, от угла падения излучения на образец. Характерный уровень фоновогосигнала составляет 0.3 отн. ед.На рисунке 3.9 показана зависимость интенсивности второй оптической гармоники, генерированной в образце серии 2 в pp комбинации поляризаций вгеометрии пропускания, от угла падения излучения накачки.
При малых углахпадения излучения сигнал с ФЭУ практически не отличается по величине отфонового сигнала, измеренного при выключенном лазере. При увеличении угла падения излучения сигнал начинает расти и достигает максимума при углепадения 38◦ , что соответствует условиям возбуждения ТПП на частоте второй гармоники. Несовпадение углов, при которых наблюдается резонанс ГВГв данном и описанном выше случае, может быть объяснено исходя из законаСнеллиуса.
Излучение ВГ из-за дисперсии материалов, составляющих образец,распространяется в нем под меньшим углом по сравнению с излучением накачки. Поскольку необходимым условием резонанса интенсивности ВГ являетсяГлава III. Генерация второй и третьей оптических гармоник ...91перекрытие спектров излучения ВГ и ТПП, пик ГВГ наблюдается при углераспространения излучения длиной волны 780 нм равном 33◦ . Для выполненияданного условия угол падения и распространения излучения накачки долженбыть больше 33◦ , что и наблюдается на экспериментальной зависимости.
Измерения зависимости интенсивности ВГ от угла падения излучения на образецбыли проведены также для комбинаций поляризаций излучения накачки и ВГ,отличных от pp, однако в этих случаях резонансных особенностей не наблюдалось, и сигнал по порядку величины был равен фоновому. На рисунке 3.10показана зависимость интенсивности ВГ в максимуме резонанса при угле падения 38◦ от мощности излучения накачки в двойном логарифмическом масштабе.Кроме того, показана линия наилучшей аппроксимации зависимости функцией вида y = axb .
Параметры функции аппроксимации были определены какa = 0.02 ± 0.01 и b = 2.30 ± 0.32 соответственно. Учитывая большую величину погрешности измерения интенсивности пика при малых мощностях накачки,данный закон можно считать квадратичным, что подтверждает факт регистрации второй оптической гармоники.Таким же образом, как и в предыдущем случае, зная характеристики фотоприемного модуля, можно рассчитать интенсивность второй оптической гармоники, генерированной в образце в случае резонансной ВГ. ЧувствительностьФЭУ на длине волны 780 нм составляет 0.3 В·нВт−1 ; коэффициент пропусканиясветофильтра Schott KG1 толщиной 2 мм, использовавшегося для фильтрацииизлучения ВГ, составляет 0.366 на длине волны 780 нм и 0.02 на длине волны 1560 нм; коэффициент отражения излучения второй гармоники на границераздела воздух-плавленый кварц равен 0.034. Рассчитанная пиковая эффективность генерации ВГ составила 5 · 10−11 Вт−1 , что в 40 раз меньше, чем в случаерезонансной накачки.
Следует отметить, что в случае резонансной ВГ не возникает локализации электромагнитного поля в металлическом слое, в то времякак в случае резонансной накачки данный эффект приводит к плавлению металлической пленки при относительно малой плотности мощности излучения,превышающей 5 ГВт·см−2 .Глава III. Генерация второй и третьей оптических гармоник ...927050,..9030101520253035,Рис. 3.10: Точки: Зависимость интенсивности ВГ в образце серии 2, измеренная вpp-комбинации поляризаций излучения накачки и ВГ при длине волны излучениянакачки 1560 нм, от мощности излучения накачки (показана в двойном логарифмическом масштабе).
Линия: Аппроксимация функцией вида y = axb со значениямипараметров a = 0.02 ± 0.01, b = 2.30 ± 0.32.3. Усиление генерации третьей оптической гармоники при возбуждении таммовских плазмон-поляритонов в случае двойного резонанса накачки и третьей гармоникиСлучаем двойного резонанса будем называть ситуацию, когда частота излучения накачки равна частоте фундаментального ТПП, а частота n-той оптическойгармоники равна частоте ТПП порядка n. Резонансы ТПП проявляются во всехфотонных запрещенных зонах образца ФК/металл, однако появление кратныхФЗЗ зависит от геометрии образца. Так, для ФК, состоящего из пар строго четвертьволновых слоев (для которых выполнено условие n1 d1 = n2 d2 = λB /4, гдеλB — центральная длина волны фундаментальной запрещенной зоны) наблю-Глава III.
Генерация второй и третьей оптических гармоник ...93даются только нечетные ФЗЗ, центральные частоты которых лежат в окрестностях утроенной и т.д. центральной частоты фундаментальной ФЗЗ соответственно. В случае, если хотя бы для одной пары слоев условие ni di = λB /4 невыполняется, возникают и четные ФЗЗ, центральные частоты которых лежат вокрестностях центральной частоты фундаментальной ФЗЗ, умноженной на 2, 4,6 и т.д. В то же время, при небольшой отстройке толщин от четвертьволновых,чётные ФЗЗ выражены слабо. В общем случае, из-за дисперсии материалов,составляющих ФК, центральные частоты ФЗЗ высших порядков не равны вточности произведению центральной частоты фундаментальной ФЗЗ на натуральное число. То же верно для частот краев ФЗЗ и для частот резонансовТПП.
Однако путём использования специальной геометрии структуры, описанной в Главе II, можно добиться того, чтобы частота таммовского плазмона высшего порядка была кратна частоте фундаментального таммовского плазмонапри единственном угле падения излучения на структуру.Если описанные выше условия выполнены, процесс генерации оптическойгармоники оказывается усиленным за счет двух процессов. С одной стороны,электромагнитное поле излучения накачки оказывается локализованным в образце в металлической пленке и нескольких слоях диэлектрика, примыкающихк ней, за счет возбуждения ТПП. С другой стороны, возбуждение ТПП высшего порядка приводит к увеличению плотности фотонных состояний на частоте оптической гармоники, что сказывается на эффективности её генерации.Поскольку низшим кратным резонансом ТПП является резонанс третьего порядка, возбуждающийся на утроенной частоте, для исследования усиления генерации оптических гармоник в случае двойного резонанса была создана установка, реализующая детектирование третьей оптической гармоники (ТГ), генерированной в образце серии 3.
В качестве источника излучения использовалсяэрбиевый волоконный лазер Авеста EFOA-T/P, генерирующий импульсы длительностью 200 фс, энергией 2.5 нДж, с центральной длиной волны спектра1560 нм. Приемником излучения служил модуль Hamamatsu H10682-210, содержащий фотоэлектронный умножитель, работающий в схеме счета фотонов.Глава III. Генерация второй и третьей оптических гармоник ...94Излучение накачки после образца отсекалось фильтрами Schott KG1 и BG39,чьи коэффициенты пропускания были равны 1.5 · 10−2 и 0.262 на длине волны1560 нм и 0.936 и 0.967 на длине волны 520 нм соответственно.
Одновременно срегистрацией интенсивности ТГ измерялся коэффициент пропускания образцас помощью InGaAs фотодиода.0.3..2.01.5,0.21.00.10.50.00.001020304050,Рис. 3.11: Точки: Зависимость интенсивности ТГ, генерированной в образце серии3 в геометрии пропускания при pp комбинации поляризаций излучения накачки итретьей гармоники, от угла падения излучения накачки. Сплошная кривая: Зависимость коэффициента пропускания образца от угла падения излучения с длиной волны1560 нм.На рисунке 3.11 сплошной красной кривой показана зависимость коэффициента пропускания образца серии 3 от угла падения p-поляризованного излучения с длиной волны 1560 нм. В зависимости можно выделить две резонансныеособенности в окрестности углов 21◦ и 55◦ .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
