Диссертация (1335833)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В. ЛОМОНОСОВАИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ЛАЗЕРНЫХ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ(ИПЛИТ РАН)На правах рукописиЕсаулков Михаил НиколаевичРоль проводимости и нелинейной поляризации среды вориентации главной оси эллипса поляризациитерагерцового излучения, образующегося присамовоздействии и взаимодействии фемтосекундныхимпульсов в газах и проводящих плёнкахСпециальность 01.04.21 – Лазерная физикаДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата физико-математических наукНаучный руководительд. ф.-м.
н., профессорВ. А. МакаровНаучный руководительд. ф.-м. н., профессорА. П. ШкуриновМосква – 20162Оглавление. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4Общая характеристика работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4ВведениеГлава 1.Генерация ТГц излучения в газоплазменных средах и его поляри. . . . .
. . . . . . . . . .151.1.Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .151.2.Нелинейный отклик свободных электронов: двухступенчатая модель генезация в рамках простых теоретических моделейрации ТГц излучения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .1.3.20Начальный импульс фотоэлектронов в рамках метода мнимого времени(ММВ) в туннельном и многофотонном приближении . . . . . . . . . . . . .291.4.ТГц излучение в дальней зоне . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .331.5.Нелинейная поляризация нейтральных молекул среды . . . . . . . . . . . .351.6.Выводы по главе 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38Глава 2.Терагерцовый спектрометр-поляриметр с независимым управлением пучками первой и второй гармоники лазерного излучения . . . . .402.1.Введение . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .402.2.Оптическая схема терагерцового спектрометра-поляриметра с разделенными пучками первой и второй гармоники . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .442.3.Стабилизация разности длин оптических плеч первой и второй гармоники .462.4.Регистрация терагерцового и оптического излучения . . . . . . . . . . . .
.512.5.Интерферометр Майкельсона для изучения спектральных характеристикТГц излучения2.6.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55Выводы по главе 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57Глава 3.Экспериментальные исследования поляризационных и спектральных свойств ТГц излучения . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .583.1.Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .583.2.Специфика понятия поляризации для импульсного ТГц излучения . . . . .623.3.Поляризация ТГц излучения . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .633.4.Спектр терагерцового излучения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8133.5.3.6.Другие нелинейно-оптические процессы третьего порядка в плазме оптического пробоя среды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86Выводы по главе 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .95Глава 4.Пространственный профиль интенсивности и поляризации ТГцизлучения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .984.1.Введение . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .984.2.Визуализация пространственной структуры ТГц излучения при помощиматрицы микроболометров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.3.99Определение пространственного профиля интенсивности и поляризации ТГцизлучения при использовании детектирования с временным разрешением ипри помощи ячейки Голея . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1034.4.Выводы по главе 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108Глава 5.Генерация ТГц излучения в плёнках диоксида ванадия . . . . . . 1095.1.Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1095.2.Экспериментальная установка и образцы . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 1115.3.Экспериментальные результаты и обсуждение . . . . . . . . . . . . . . . . . 1155.4.Выводы по главе 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 126Благодарности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1304ВведениеОбщая характеристика работыАктуальность темы Под терагерцовым (ТГц) диапазоном частот традиционно понимается частотный интервал 0.3 - 10 ТГц, лежащий между дальним инфракрасным диапазоном и микроволновым излучением.
В терагерцовой области частот находятся, в частности, колебания крупных частей органических молекул, фононные моды многих кристаллических веществ, вращательные переходы молекул газов. Терагерцовое излучениешироко используется в системах обнаружения скрытых взрывчатых веществ, неразрушающего контроля фармацевтических препаратов, в перпективных системах беспроводнойсвязи, а также, благодаря низкой энергии кванта и способности проникать на небольшуюглубину в биологические ткани, применяется для диагностики заболеваний кожи, в томчисле онкологических.
Особенность терагерцового диапазона заключается в том, что онлежит на границе областей применимости и электроники (время пробега носителей зарядав этом диапазоне становится сравнимым с периодом колебания поля), и оптики (энергиякванта излучения в данном диапазоне существенно меньше энергии теплового движенияпри комнатной температуре).
Поэтому до сих пор существует недостаток компактных и дешевых источников терагерцового излучения, сочетающих высокую спектральную яркостьи способность перестраиваться в достаточно широких пределах.В течение долгого времени развивались лишь источники непрерывного неперестраиваемого (или перестраиваемого в узком диапазоне частот) излучения в ТГц диапазоне припомощи таких устройств, как диоды Ганна [1], гиротроны [2, 3], лампы обратной волны[4, 5], клистроны и оротроны [6], лазеры на свободных электронах [7, 8], газовые лазеры навращательных переходах [9, 10].
С недавнего времени в этот ряд добавились также квантово-каскадные лазеры - компактные источники мощного ТГц излучения, работающие,как правило, при криогенных температурах [11, 12]. Упомянутые генераторы терагерцового излучения можно условно разделить на “электронные” и “нелинейно-оптические”, взависимости от физических принципов, лежащих в их основе.Другой подход к генерации терагерцового излучения основан на преобразовании импульсного излучения лазеров видимого и инфракрасного диапазона в терагерцовые импульсы.
Физические механизмы, определяющие генерацию ТГц излучения в таких источниках, также можно разделить условно на “электронные”, в которых фигурирует движе5ние свободных носителей заряда и нелинейные свойства проводимости среды, и”оптические”,в которых наибольшую роль играет отклик связанных электронов, приводящий к нелинейной поляризации среды.
Первые экспериментальные работы по таким генераторам появились в середине 1970ых годов как у советских [13, 14], так и зарубежных исследователей[15], а бурное их развитие началось в 1980х годах, сразу после появления коммерческидоступных фемтосекундных оптических систем. При взаимодействии сверхкоротких лазерных импульсов с нелинейными средами возможна генерация импульсного излученияв низкочастотном (в том числе терагерцовом) диапазоне частот по механизму оптического выпрямления [16, 17]. Среди наиболее широко используемых кристаллических сред, вкоторых осуществляется оптическое выпямление фемтосекундных импульсов, можно перечислить нецентросимметричные нелинейные кристаллы ZnTe [18], GaAs [19], GaSe [20],CdTe [21], LiNbO3 [22].
Другим классом источников, преобразующих импульсное лазерноеизлучение в терагерцовое, являются генераторы, использующие нелинейные свойства фотопроводимости полупроводников. Лазерный импульс вызывает разделение зарядов вблизи поверхности полупроводника. Дальнейшее движение носителей заряда до их рекомбинации определяется внешним электростатическим [23, 24] или магнитным [25] полем,приложенным к генератору, либо собственным приповерхностным полем полупроводника[26, 27], либо разницей в коэффициентах диффузии электронов и дырок в приповерхностном слое (так называемый эффект Дембера [28]).Наибольшие КПД преобразования оптической энергии в ТГц излучение были достигнуты при генерации по механизму оптического выпрямления в кристаллах ниобаталития при использовании специально созданной структуры для вывода ТГц излученияиз кристалла [29, 30].
Техника генерации ТГц излучения, использующая свойства фотопроводимости полупроводников, успешно развивается до сих пор и привела к созданиюкоммерчески доступных высокоэффективных фотопроводящих антенн, позволяющих работать в диапазоне от 0.1 до примерно 5 ТГц. Однако основными недостатками кристаллических сред для генерации импульсного ТГц излучения являются сильная дисперсия ипоглощение в терагерцовом диапазоне, ограничивающие ширину спектра генерации. Этообъясняется наличием фононных линий на частотах в несколько терагерц.Появление мощных фемтосекундных лазерных систем, имеющих импульсы с энергией от десятых долей миллиджоуля и выше, стимулировало разработку еще одного типа генераторов импульсного ТГц излучения - плазмы оптического пробоя газовых сред.6Теоретические основы описания нелинейных процессов, приводящих в конечном итоге кгенерации ТГц излучения, были заложены более 50 лет назад в работах Гинзбурга [31]и Аскарьяна [32], [33], Прохорова и Пашинина [34], Бломбергена и Шена [35, 36].
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}
