Диссертация (1105425), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Наилучшее согласие с экспериментом было достигнуто вслучае учёта единственного нелинейного слоя, а именно слоя золота толщиной 1 нм, расположенного вблизи границы раздела ФК/металл, обладающегоединственной ненулевой компонентой тензора квадратичной восприимчивости.Глава III. Генерация второй и третьей оптических гармоник ...12101pp,.20°840700725750775800,Рис. 3.15: Спектр интенсивности второй оптической гармоники, генерированной вобразце серии 1 в pp комбинации поляризаций излучения накачки и ВГ при паденииизлучения накачки под углом 20◦ .
Точки — экспериментальные данные, сплошнаякривая — результат численного расчёта методом матриц распространения с учётомнелинейности слоёв.(2)χ̂zzz . Результаты данного расчёта показаны сплошной кривой на рисунке 3.15.Значения, полученные в результате численного расчёта, были нормированы намаксимум экспериментально измеренной интенсивности ВГ для сравнения формы зависимостей. Можно отметить хорошее совпадение результатов расчёта иэкспериментальных данных.Данным методом был проведён расчёт интенсивности ВГ, генерированнойв образце серии 1, в зависимости от длины волны и угла падения излучениянакачки, а также такой же расчёт для плёнки золота толщиной 30 нм. Послеэтого значения интенсивности ВГ в образце были поделены на соответствующие значения интенсивности ВГ в плёнке для получения коэффициента усиления ГВГ. Результаты приведены в виде двумерной карты на рисунке 3.16.
НаГлава III. Генерация второй и третьей оптических гармоник ...102,6006500307006090750120800850150180102030,40.Рис. 3.16: Численно рассчитанная карта зависимости коэффициента усиления ГВГ вобразце серии 1 от длины волны и угла падения излучения накачки. Расчёт соответствует pp комбинации поляризаций излучения накачки и ВГ.рисунке можно выделить несколько тёмно-синих полос, соответствующих резонансам усиления ГВГ. Два из них, расположенные при угле падения излучения5◦ на длинах волн 610 нм и 690 нм, соответствуют усилению ГВГ в волноводных модах ФК. Третий, расположенный на длине волны 780 нм при том жеугле падения излучения, соответствует усилению ГВГ, связанному с возбуждением ТПП.
При увеличении угла падения излучения спектральное положениерезонансов ВГ смещается в коротковолновую область спектра в соответствии сдисперсионными законами соответствующих возбуждений. Кроме того, можноотметить уменьшение амплитуды усиления ГВГ во всех резонансах, связанноес тем, что при увеличении угла падения p-поляризованного излучения ухудшается локализация электромагнитного поля внутри структуры по причинам,описанным в части 3 Главы II. При уменьшении амплитуды электрического поля накачки в слоях с оптической нелинейностью уменьшается и интенсивностьВГ, генерированной в образце.На рисунке 3.17(а) точками показана экспериментальная зависимость коэффициента усиления ГВГ в максимуме резонанса ТПП от угла падения из-Глава III.
Генерация второй и третьей оптических гармоник ...103лучения накачки, а сплошной линией показаны результаты численного расчёта. Поведение численной зависимости в целом совпадает с экспериментальной.Экспериментальная и расчитанная численно зависимости ширины резонанса20200)(),(150151001050510203040,10.203040,.Рис. 3.17: (а) Экспериментально измеренная (точки) и численно рассчитанная(сплошная кривая) зависимости коэффициента усиления ГВГ в максимуме резонансаТПП в образце серии 1 по сравнению с плёнкой золота от угла падения излучения накачки.
(б) Экспериментально измеренная (точки) и численно рассчитанная (сплошнаякривая) зависимости ширины резонанса интенсивности ВГ, связанного с возбуждением ТПП, от угла падения излучения накачки.ВГ от угла падения излучения показаны на рисунке 3.17(б). Отличие экспериментальных данных и результатов численного расчёта составляет не более2 нм и определяется конечной шириной спектра излучения накачки (составившей примерно 5 нм) в эксперименте. При данных условиях экспериментальноизмеренная ширина резонанса ТПП определяется свёрткой резонансного контура ТПП с импульсом излучения.
В расчётах же излучение накачки полагалосьмонохроматическим. Большие значения коэффициента усиления ГВГ при малых углах определяются низкой эффективностью ГВГ в золотой плёнке припадении близком к нормальному. В результате, при делении интенсивности ВГв образце на близкую к нулю интенсивность ВГ в золоте, наблюдается резкийрост коэффициента усиления.
Увеличение ширины резонанса интенсивности ВГпри увеличении угла падения связано с уменьшением добротности моды ТПП,Глава III. Генерация второй и третьей оптических гармоник ...104возбуждающейся p-поляризованным излучением.4.2. Случай резонансной второй гармоникиРасчеты интенсивности ВГ от угла падения излучения с помощью метода NTMMбыли проведены для образца серии 2 и для образца сравнения — пленки серебра толщиной 30 нм. Затем значения интенсивности, рассчитанные для образца,были разделены на соответствующие значения интенсивности, рассчитанныедля плёнки серебра. Таким образом можно сравнить зависимости коэффициента усиления ГВГ — измеренную экспериментально с рассчитанной численно.На рисунке 3.18 точками показан измеренный коэффициент усиления ВГ в об-252015105010203040506070,Рис.
3.18: Точки: Экспериментально измеренная зависимость усиления ГВГ в образцесерии 2 от угла падения излучения на образец при длине волны излучения накачки1560 нм и в pp комбинации поляризаций излучения накачки и ВГ. Пунктирная кривая:Численный расчет методом матриц распространения с учетом нелинейности слоёв.разце серии 2 по сравнению с плёнкой серебра, а пунктирной кривой показанрезультат численного расчёта. В обоих случаях ГВГ оказывается существенноусиленной в окрестности резонанса ТПП, в то время как вдали от резонансаГлава III. Генерация второй и третьей оптических гармоник ...105интенсивности ВГ от образца серии 2 и металлической плёнки примерно равны.
Максимальный коэффициент усиления ГВГ равный 23 в образце серии 2по сравнению с металлической пленкой достигается при угле падения излучения накачки равном 38◦ . Усиление ГВГ в случае совпадения частот ВГ и ТППявляется следствием увеличения плотности фотонных состояний в структуреФК/металл на данной частоте.
В методе NTMM учитываются факторы локального поля на частоте ВГ, которые связаны с плотностью фотонных состояний.Хорошее совпадение экспериментальных данных и результатов расчёта позволяет говорить о правильности интерпретации экспериментальных результатов.4.3. Случай двойного резонанса накачки и третьей гармоникиСлучай двойного резонанса реализуется в образце, только если параметры слоёв(толщина и показатель преломления) находятся в определённом диапазоне оптимальных значений. Для проверки соответствия реальных параметров образцаусловиям двойного резонанса образец был охарактеризован методами сканирующей электронной микроскопии и эллипсометрии. Данные методики позволилиопределить толщины слоёв с точностью до 1 нм, а показатели преломления — сточностью до 0.01.
Далее была построена модель образца с использованием измеренных параметров и проведён численный расчёт частотно-угловых спектровкоэффициента пропускания и интенсивности ТГ. Было продемонстрировано хорошее согласие с экспериментом, что дополнительно подтвердило правильностьопределения параметров образца. Кроме того, был проведен расчёт зависимостей коэффициентов пропускания модельного образца на длинах волн накачки(1560 нм) и ТГ (520 нм) от угла падения излучения и от толщины верхнего слояФК. Поскольку спектрально-угловое положение резонансов ТПП наиболее чувствительно именно к толщине верхнего слоя ФК, последняя была выбрана вкачестве параметра расётов. Для удобства представления и анализа зависимостей коэффициентов пропускания T на длинах волн фундаментального ТПП(1560 нм) и ТПП третьего порядка (520 нм) от угла падения излучения и оттолщины верхнего слоя ФК, была рассчитана сумма T (1560)+T (520).
На рисун-Глава III. Генерация второй и третьей оптических гармоник ...106ке 3.19 показаны результаты расчёта данной величины. На зависимости видны0T+ T1.4110,1.02030.703300.353400.0160170180190200210,Рис. 3.19: Численно рассчитанная зависимость суммы коэффициентов пропусканияобразца серии 3 на длинах волн 520 нм и 1560 нм от угла падения p-поляризованногоизлучения и от толщины верхнего слоя ФК.несколько резонансов, соответствущих фундаментальной моде ТПП («ТПП 1»),моде ТПП третьего порядка («ТПП 3») и волноводным модам ФК третьего порядка («ВМ 3»). Наиболее интересным является поведение резонансов «ТПП 1»и «ТПП 3». При увеличении толщины верхнего слоя ФК угол падения излучения, соответствующий возбуждению резонансов на заданных длинах волн, увеличивается. При толщине верхнего слоя ФК около 195 нм резонансы «ТПП 1»и «ТПП 3» возбуждаются на длинах волн 1560 нм и 520 нм соответственно приугле падения излучения равном 21◦ .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
