Автореферат (1335832), страница 4
Текст из файла (страница 4)
4. Поляризации терагерцового излучения для различныхзначений угламежду линейными поляризациями первой ивторой гармоники (0∘ , 30∘ , 70∘ )чтосвязанныйнелинейныйсориентациейвклад,двухатомных молекул газа в сильномполе первой гармоники не являет13ся определяющим в данных экспериментальных условиях. Наблюдаемое состояние поляризации ТГц излучения объясняется тем, что в протяженной лазерной искре (в условиях эксперимента длина плазменной области достигала 1 см) мощное излучение первойгармоники вызывает изменение состояния поляризации излучения второй гармоники. Врезультате в значительной части излучающей области создаются условия, оптимальныедля генерации ТГц излучения, поляризованного параллельно поляризации первой гармоники. Взаимное влияние поляризаций первой и второй гармоники минимально приих ортогональных поляризациях.
В эксперименте, для ортогонально поляризованныхимпульсов первой и второй гармоники поляризация ТГц излучения совпадает с поляризацией второй гармоники (см. рис. 5), что согласуется результатами, получаемымив рамках описанных простых теоретических моделей. Кроме того, обнаружена зависимость поляризациии ТГц излучения от временной задержки между импульсами первойи второй гармоники. Были рассмотрены временные задержки до 300 фс (то есть порядкадлительности взаимодействующих оптических импульсов), при которых интенсивностьзарегистрированного ТГц излучения еще превышала уровень шумов.Максимум интенсивности терагерцового излучения достигается при совпадающих по времени оптических импульсах.В случае, когда импульс второй гармоники опережает по времени импульс на фундаментальной частоте, поляризация терагерцового излучения определяется нелинейной проводимостью среды, и главнаяось эллипса поляризации сонаправлена свектором фототока в туннельном приближении.
При совпадающих по времени импульсах двух гармоник и при отстающемимпульсе второй гармоники направлениеглавной оси эллипса поляризации ТГц изРис. 5. Поляризация ТГц излучения при линейныхлучения становится близким к направлевзаимно ортогональных поляризациях первой и втонию поляризации первой гармоники, чторой гармоникинаблюдалось для различных параметров эксперимента.В параграфе приводятся также результаты исследования поляризации ТГц излучения прициркулярно поляризованном излучении первой гармоники и линейно поляризованном излучении второй гармоники.
Показано, что поляризация ТГц излучениялинейна, ее направление меняется при изменении разности фаз между первой и второйгармониками при сохранении, а интенсивность от разности фаз практически не зависит.Впараграфе 3.4 приводятся результаты исследования спектра терагерцового излучения при помощи интерферометра Майкельсона.
Для спектрально-ограниченноголазерного импульса длительностью 130 фс, энергии излучения первой гармоники 1400мкДж и схемы генерации, в которой кристалл второй гармоники ВВО помещается в сходящийся пучок первой гармоники, был зарегистрирован ТГц спектр, простирающийсяот 1 до примерно 15 ТГц (см. рис. 6) и содержащий как низкочастотную часть, опре14деляемую фототоком свободных электронов, так и высокочастотную (на частотах 7-15ТГц), определяемую нелинейной поляризацией среды.Кроме того, в данном параграфе были исследованы зависимости спектра излучаемого импульса от частотной модуляции возбуждающего оптического импульса. Обнаружено, что введение отрицательного чирпа приводит к быстрому уменьшению интенсивностии ширины спектра, причем высокочастотная его компонента исчезает уже при незначительном увеличении длительности.
Для положительного чирпа аналогичные измененияпроисходят при существенно больших длительностях импульса.В качестве примера применения широкополосного ТГц спектрометра с интерферометром Майкельсона в качестве детектора в параграфе приведен спектр пропусканиябромид-иодида таллия (КРС-5). Спектр пропускания в диапазоне до 7 ТГц удовлетворительно согласуется со спектром, полученным при помощи Фурье-спектрометра.Рис. 6. а) Пример автокорреляционной функции, полученной при помощи интерферометра при возбуждении импульсом длительностью 130 фс и энергией 1.4мДж; б) Спектр мощности ТГц импульса, полученный путем фурье-преобразования этой автокорреляционной функцииПараграф 3.5 посвящен исследованию поляризации компонент оптического излучения, возникающих в результате нелинейных процессов третьего порядка, происходящиходновременно с генерацией ТГц излучения.В первую очередь исследуется изменение поляризации второй гармоники, покидающей область оптического пробоя.
Аналитически получено выражение для энергии излучения второй гармоники, поляризованной ортогонально его изначальной поляризации,в зависимости от начального угла между поляризациями гармоник. Экспериментальнопоказано, что это выражение справедливо не только при взаимодействии одновременноприбывающих в перетяжку импульсов первой и второй гармоники, но и для случаев,когда импульс второй гармоники прибывает с запаздыванием спустя промежутки времени, кратные вращательной постоянной двух-и трехатомных молекул, содержащихсяв воздухе. Кроме того, показано, что излучение второй гармоники сильно деполяризуется в результате прохождения через область плазмы совместно с излучением первойгармоники (см.
рис. 7).15Далее исследуется поляризация излучениятретьейгармоники,возникающейпри нелинейном взаимодействии второй ипервой гармоники. Аналитическая модельчетырехволнового взаимодействия в кубической нелинейной среде показывает, чтопри использовании циркулярно поляризованного излучения первой гармоники генерации и линейно поляризованной второйгармоники, возникает эллиптически поляризованное излучение третьей гармоники ссоотношением осей 9:1, которое исчезает вотсутствие второй гармоники. Оба этих вывода находятся в хорошем согласии с полученными экспериментальными данными.Рис.
7. Поляризация излучения на частоте2 , выходящего из перетяжки, при линейно поляризованныхПараграф 3.6 содержит основные вы излучениях первой и второй гармоники под углом45∘ друг к другу. Черным показана поляризацияводы главы 3.В главе4 описываются исследования пространственного профиля интенсивности и поляризации ТГц излучения. Главторой гармоники в отсутствие излучения первойгармоники, красным, зеленым и синим - поляризация второй гармоники при энергиях первой гармоники 100, 150, 200 мкДж в импульсева состоит из четырех параграфов.Впараграфе 4.1 приводится обзор известных работ по исследованию пространственного профиля ТГц излучения в различных экспериментальных конфигурациях.Впараграфе 4.2 пространственный профиль интенсивности ТГц излучения визуализируется напрямую при помощи матрицы микроболометров.
При помещении матрицымикроболометров в сфокусированный ТГц пучок было показано, что при помощи парывнеосевых параболических зеркал удается добиться поперечных размеров ТГц пучка, непревышающих 500 мкм (рис. 8, a).При смещении положения матрицы микроболометровиз фокальной плоскости параболического зеркала область наибольшей интенсивностиТГц излучения приобретает форму кольца, что говорит о конической структуре ТГцпучка (см. рис.
8, б).Впараграфе 4.3 приводтся результаты исследования пространственной структурыТГц пучка двумя методиками. В первой проводилось сканирование по поперечной координате пучка щелевой диафрагмой при регистрации с помощью акустооптической ячейки Голея. Метод показал наличие конической структуры ТГц пучка, параметры конусаслабо зависели от поляризации излучения первой гармоники. Кроме того, было показано, что поляризация ТГц излучения в различных частях пучка одинакова с точностью,определяемой погрешностью эксперимента.Вторая методика, позволяла получить частотно-угловой спектр терагерцового излучения при изменении диаметра раскрытия ирисовой диафрагмы, помещенной в расходящийся после перетяжки ТГц пучок при когерентном детектировании ТГц излученияв газовой среде (так называемая методика ABCD-детектирования). Было обнаружено,что угол, внутри которого распространяется ТГц излучение, составляет порядка 14∘при16Рис.
8. а) Изображение ТГц пучка, получаемое матрицей микроболометров, помещенной в фокальную плоскость параболического зеркала. б) Изображение ТГцпучка, получаемое матрицей микроболометров, помещенной в 9.1 мм за фокальной плоскостью параболического зеркала. Энергия излучения первой и второйгармоник 0.9 мДж и 0.04 мДж в импульсе соответственноэнергии 900 мкДж в импульсе первой гармоники. В приосевой области ТГц излучениеотсутствует, что соответствует коническому профилю интенсивности. Угол раскрытияконуса хорошо согласуется с углом, получаемым в рамках аналитических моделей длянаблюдаемой длины плазменной области.
Высокочастотные компоненты спектра приэтом распространяются ближе к оси симметрии конуса, чем низкочастотные (см. рис.9). В параграфе приводятся также ссылки на более поздние экспериментальные работыдругих групп, подтверждающие наличие конической структуры ТГц излучения.Параграф 4.4 содержит краткие выводы к главе 4.В главе 5 описывается впервые наблюдаемое явление генерации терагерцового излучения при взаимодействии тонких(35-200 нм) плёнок диоксида ванадия насапфировых подложках с фемтосекундными лазерными импульсами.
Глава состоитиз четырех параграфов.Параграф 5.1 является введением к главе. В нём обоснована привлекательность диоксида ванадиядля применений в терагерцовом диапазонечастот благодаря наличию легко достижимого фазового перехода из непроводящегосостояния в проводящее при температуре∘68 C, в результате которого резко возрасРис. 9. Зависимость детектированного ТГц спектраот диаметра отверстия в диафрагме. В скобках указана полная угловая апертура диафрагмы.тает проводимость плёнки и кардинальноизменяется её прозрачность для терагерцового излучения. Перечисляются основные методики выращивания тонких плёнок VO2 и используемые для этого подложки. Приво17дятся примеры исследования нелинейно-оптических свойств таких сред.Впараграфе 5.2 приводится описание методики получения образцов, а также данные их рентгенофазового анализа, позволяющие судить о фазовом составе пленок VO2и ориентации плёнок относительно кристаллографических осей подложек C- и R-срезовсапфира.
Приводится описание экспериментальной установки, созданной для исследования явления генерации ТГц излучения в плёнках диоксида ванадия при взаимодействиис фемтосекундными лазерными импульсами. Созданный ТГц спектрометр использовализлучение регенеративного усилителя титан-сапфирового лазера с длительностью импульса 50 фс и энергией до 0.5 мДж, которое в виде коллимированного пучка падалоповерхность плёнки VO2 . Излучаемые пленкой ТГц импульсы детектировались электрооптическим методом, а для исследования их поляризации производилось вращениеобразца по азимутальному углу совместно с вращением поляризации падающего на образец оптического излучения.Параграф 5.3 содержит описание экспериментальных результатов по пропусканиюТГц излучения и генерации ТГц излучения в плёнках диоксида ванадия до и послефазового перехода полупроводник-металл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
