Автореферат (1335832)
Текст из файла
На правах рукописиЕсаулков Михаил НиколаевичРоль проводимости и нелинейной поляризации средыв ориентации главной оси эллипса поляризациитерагерцового излучения, образующегося присамовоздействии и взаимодействии фемтосекундныхимпульсов в газах и проводящих плёнкахСпециальность 01.04.21 – Лазерная физикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2016Работа выполнена вФедеральном государственном бюджетном образовательномучреждении высшего образования «Московский государственный университет имениМ.В.Ломоносова»иИнституте проблем лазерных и информационных технологий Российской академиинаукНаучные руководители:Доктор физико-математических наук, профессор Макаров Владимир АнатольевичДоктор физико-математических наук, профессор Шкуринов Александр ПавловичОфициальные оппоненты:Доктор физико-математических наук Гарнов Сергей Владимирович, заместительдиректора по научной работе, заведующий отделом колебаний, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки “ Институт общей физики им.
А.М. ПрохороваРоссийской академии наук”Доктор физико-математических наук, профессор Денисюк Игорь Юрьевич, заведующий кафедрой инженерной фотоники, руководитель международной лаборатории“ Нелинейно-оптические молекулярные кристаллы и микролазеры” , Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования “ Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий,механики и оптики”Ведущая организация:Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университетим. Н.И.
Лобачевского"Защита состоится «ного совета»2016 г. вчасов на заседании диссертационД 501.001.31 при Московском государственном университете имени М.В.Ломоносова, расположенном по адресу: 119991, ГСП-1, Москва, Ленинские горы, МГУ,д.1, стр. 62, корпус нелинейной оптики, аудитория им. С.А. АхмановаС текстом диссертации можно ознакомиться вОтделе диссертаций Научной библиотеки МГУ имени М.В. Ломоносова (Ломоносовский пр-т, д.27) и на сайте физическогофакультета МГУ имени М.В. Ломоносова:http://www.phys.msu.ru/rus/research/disser/sovet-D501-001-31/ ,http://istina.msu.ru/dissertation councils/councils/387244/.Автореферат разослан «»2016 г.Ученый секретарьдиссертационного совета,кандидат физико-математических наукА.А.
Коновко3Общая характеристика работыАктуальность темыПод терагерцовым (ТГц) диапазоном частот традиционно понимается частотныйинтервал 0.3 - 10 ТГц, лежащий между дальним инфракрасным диапазоном и микроволновым излучением. Эффективность генерации электромагнитного излучения падаетпри приближении к ТГц диапазону как при использовании электронных устройств (например, диодов Ганна с умножителями частоты, ламп обратной волны, гиротронов), таки для оптических методов (например, квантово-каскадных лазеров). Это связано в обоихслучаях с фундаментальными ограничениями: для электронных методов период колебания ТГц поля становится сравнимым с временем прохождения электрона по структурегенератора, а для оптических энергия кванта оказывается меньше энергии тепловогодвижения при комнатной температуре, что усложняет условия для создания инверсиизаселенностей.Важный этап освоения этого диапазона частот начался в 1980х годах, сразу послепоявления коммерчески доступных фемтосекундных оптических систем.
При взаимодействии сверхкоротких лазерных импульсов с нелинейными средами возможна генерацияимпульсного излучения в низкочастотном (в том числе терагерцовом) диапазоне частотпо механизму оптического выпрямления, либо при возбуждении импульса фототока всреде. Эти методики стали стандартными для преобразования лазерного излучения видимого или ближнего ИК диапазона в терагерцовое излучение.Использование газов или плазмы оптического пробоя в качестве нелинейной среды, взаимодействующей с лазерным излучением, позволяет получить ТГц импульсы,обладающие одновременно широким спектром (ограниченным лишь длительностью возбуждающего оптического импульса) и высокой спектральной интенсивностью.
Именногазово-плазменные источники импульсного терагерцового излучения являются основнымобъектом исследования данной работы.Доля ионизированных молекул (либо атомов) газа при оптическом пробое фемтосекундными лазерными импульсами зачастую невелика и может достигать долей процента или нескольких процентов в зависимости от режима фокусировки. Большая частьатомов и молекул среды остается при этом нейтральной. Поэтому процесс генерации терагерцового излучения содержит вклады как нелинейной поляризации, обусловленнойоткликом связанных электронов в нейтральных молекулах и атомах, так и нелинейнойпроводимостью, определяемой свободными электронами, покидающими молекулы прифотоионизации.
Несмотря на то, что каждый из этих вкладов был в той или иной мереизучен в отдельности, недостаточно внимания уделялось их сравнению по двум важнейшим характеристикам излучения - спектру и поляризации. В настоящей работе показано,что поляризация излучения, определяемая двумя этими вкладами, различна.
Поэтомуэкспериментально наблюдаемая поляризация терагерцового импульса проливает свет надоминирущий вклад в излучение из плазмы оптического пробоя при конкретных условиях.Следует отметить также, что задача исследования состояния эллипса поляризации импульсного ТГц излучения является нетривиальной, поскольку излучение обладает4очень широким спектром: в случае генерации в плазме оптического пробоя при использовании импульсов титан-сапфирового лазера длительностью порядка 120 фс спектризлучения простирается от 0.5 до примерно 10 ТГц, что составляет более четырех октав частоты. Для анализа состояния поляризации такого импульса необходимо получатьинформацию о фазе всех частотных компонент такого импульса, либо восстанавливатьвременную зависимость вектора электрического поля в некоторой точке пространства.Кроме того, на настоящий момент поляризационная оптика для широкополосноготерагерцового излучения еще находится в самом начале своего развития.
Поэтому весьма актуально исследование способов управления состоянием поляризации терагерцовогоизлучения путём изменения характеристик возбуждающего оптического излучения, чтооказывается возможных для генераторов ТГц излучения, исследованных в настоящейработе.Возникающая при фокусировке фемтосекундного излучения плазма является нестационарной нелинейной средой, изменяющей свойства распространяющихся в ней оптического и терагерцового излучения. Поляризация компонент оптического излучения преобразуется по мере распространения, и условия генерации ТГц излучения в различныхучастках плазмы неодинаковы.
Поэтому поляризация терагерцового излучения есть отражение не только основного механизма генерации, но и процессов, связанных с распространением электромагнитного излучения сквозь газово-плазменную среду. Дополнительную информацию о нелинейных процессах, протекающих в плазме, можно получитьиз анализа поляризации оптического излучения, покидающего область взаимодействия.Кроме того, еще одна важнейшая характеристика ТГц излучения - пространственныйпрофиль его интенсивности ТГц излучения - также определяется свойствами плазменного облака вблизи перетяжки. Одна из глав данной работы посвящена экспериментальному исследованию пространственного профиля интенсивности ТГц излучения.Важно отметить, что плазма оптического пробоя газов - не единственная система,в которой генерация терагерцового излучения при взаимодействии с фемтосекундными оптическими импульсами обусловлена как нелинейной поляризацией среды, то естьнелинейным откликом связанных электронов, так и её нелинейной проводимостью.
Ещеодним примером таких веществ, в которых может происходить генерация терагерцовогоизлучения, являются плёнки диоксида ванадия.Интерес к генерации терагерцовых импульсов в тонких проводящих пленках привзаимодействии с излучением титан-сапфирового лазера связан с поиском новых компактных источников излучения. Так, для металлических плёнок нелинейный откликсвободных электронов на поверхности, обусловленный нарушением симметрии и снятиемзапрета на протекание процессов второго порядка, считается одной из основных причинданного явления. Тем не менее, сверхтонкие металлические плёнки, в особенности вблизи перколяционного фазового перехода из непроводящего состояния в металлическое,являются не очень удобными объектами исследования ввиду трудности их получения исохранения их свойств в лабораторных условиях.
Более практично рассматривать вместоних модельную систему - тонкие плёнки диоксида ванадия. Это вещество испытывает∘фазовый переход из непроводящего состояния в проводящее при температуре 68 С. Фазовый переход первого рода и изменение соотношения между связанными и свободными5электронами при этом легко индуцировать нагревом образца. В настоящей работе впервые рассматривается явление генерации ТГц излучения в плёнках диоксида ванадия вдвух фазовых состояниях при самовоздействии в них излучения титан-сапфирового лазера и обнаруживается, что этот нелинейный процесс происходит в проводящей фазе в30 раз более эффективно.Как и для плазмы оптического пробоя газов, анализ состояния эллипса поляризации терагерцового излучения дает информацию о роли проводимости среды в процессах,приводящих к генерации терагерцового излучения в плёнках диоксида ванадия.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
