Диссертация (1335833), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Мисирович также заявляет о(3)(3)значительном вкладе в генерацию компонент + , которые он определял, используя интегральный детектор ТГц излучения. Однако наибольшее удивление вызвало появ(3)ление терагерцового излучения, которое соответствует компоненте , несвойственнойизотропным средам. В обеих упомянутых работах этой компоненте приписывалось ненулевое значение при больших интенсивностях излучения накачки, и ее появление объяснялось60нарушениями пространственной симметрии при образовании филамента. Результаты измерений компонент тензоров, приведенные авторами статей [60, 61], представлены в таблице3.1.Таблица 3.1.
Компоненты тензора нелинейной восприимчивости третьего порядка,приведенные в статьях Кси [60] и Мисировича [61]THz, 2, , Амплитуда ТГц поля,Амплитуда ТГц поля,усл. ед. (из работы Кси)усл. ед. (из работыМисировича)110.050.10.040.20.10.3-0.15 + -0.98Отличие поляризации комбинационного излучения в плазме оптического пробоя газовот поляризации, обусловленной нерезонансным откликом изотропной среды, уже наблюдалось ранее в экспериментах Коротеева и Гладкова [121]. Авторы объясняли экспериментально наблюдаемую поляризацию проявлением квазирезонансной нелинейной восприимчивости: поскольку в плазме оптического пробоя существует множество молекул не в основном электронном состоянии, то четырехволновой процесс КАРС стартует из одного извозбужденных состояний, из которого появляется вероятность резонансного протеканияпроцесса, так как высоковозбужденные состояния находятся на маленьких расстоянияхдруг от друга по энергии (см.
схематический рисунок 3.2 из статьи [122].Таким образом, при анализе известных работ по исследованию поляризации терагерцового излучения из плазмы оптического пробоя газов становится ясно, что имеющиесяданные во многом противоречивы и не дают законченного представления о состоянииполяризации излучения при произвольных возбуждающих фемтосекундных импульсах.Установлено, что экспериментально наблюдаемые свойства ТГц излучения можно описать при введении анизотропного эффективного тензора нелинейной восприимчивости,но природа этого тензора до сих пор не ясна.
Эксперименты, которые проводятся в данной главе диссертации при контролируемых поляризациях и разностях фаз и временных61Рис. 3.2. Возрастание оптических восприимчивостей атомарного газа при его возбуждении напримере кубической восприимчивости: а) Схема, иллюстрирующая установление режима квазирезонанса между частотами переходов среды и возбуждающего излучения. б) - Зависимостьинтенсивности первоначально нерезонансного сигнала КАРС модельного газа атомов водородаот температуры [122]62задержках между импульсами первой и второй гармоники, позволяют дополнить картинуи сопоставить эмпирические данные с теоретическими, полученными в рамках описанныхвыше основных механизмов нелинейности в среде оптического пробоя.Поскольку в эксперименте ожидается зафиксировать отличия поляризации ТГц излучения, получаемой в эксперименте от поляризации, обусловленной свойствами изотропнойнерезонансной среды, важно определить, не связаны ли эти отличия с явлением ориентации молекул газа возбуждающим оптическим полем (это явление неоднократно наблюдалось при взаимодействии фемтосекундных оптических импульсов с молекулярными газами).
Для этого необходимо сравнение поляризации ТГц излучения, полученной при оптическом пробое молекулярного газа (например, воздуха), с поляризацией, полученной приоптическом пробое атомарного газа (например, аргона) при прочих равных условиях.3.2. Специфика понятия поляризации для импульсного ТГцизлученияПрежде чем приступать к экспериментальному исследованию поляризации ТГц излучения, необходимо подчеркнуть некоторую специфику самого понятия “поляризация”для излучения в терагерцовом диапазоне частот. Это связано с тем, что импульсное терагерцовое излучение является, как правило, широкополосным, и это в первую очередьхарактерно для излучения из плазмы оптического пробоя.
Так, излучение, получаемоепри оптическом пробое азота двухцветным импульсом длительностью 85фс, имеет спектр,распространяющийся до приблизительно от 0.5 до 10 ТГц [70], то есть покрывает более четырех октав частоты. Различные частотные компоненты такого импульса при распространении в двулучепреломляющих средах могут приобретать различные частотные фазовыесдвиги между ортогональными проекциями электрического поля. Таким образом, каждаяспектральная компонента импульса получит некоторую степень эллиптичности, в общемслучае, неодинаковую.
Смысл понятия поляризации импульса в целом в данном случаеразмывается за исключением частного случая линейной поляризации, при котором плоскость колебаний вектора электрического поля остается неизменной, и совпадает с плоскостью колебаний для каждой спектральной компоненты данного импульса. В остальныхслучаях поляризацию ТГц импульса можно охарактеризовать двумя способами [90, 123]:либо перейти в спектральное представление импульса и рассматривать поляризацию каж63дой отдельной спектральной компоненты, либо, оставаясь во временном представлении,описать годограф электрического поля, то есть указать положение конца электрическоговектора в системе координат, связанной с импульсом, в каждый момент времени.Второй способ является более наглядным и удобным для визуального восприятия, апервый удобнее при теоретическом описании.
Для обоих способов описания поляризациихарактерно то, что они требуют знания зависимости величины и направления вектораэлектрического поля от времени. Пример описание состояния поляризации импульса, обладающего широким спектром (в общем случае, любого электромагнитного импульса, длякоторого несущая частота и длительность импульса соотносятся как ≈ 1; этому условию удовлетворяет импульсное ТГц излучение), можно найти в работе [124]. В частности, вней рассмотрена эволюция конца вектора электрического поля для широкополосного ТГцимпульса ( ≈ 1), в котором каждая спектральная компонента является циркулярно поляризованной.
Было продемонстрировано, что для такого широкополосного импульса прициркулярной поляризации не является постоянным направление вращения конца вектораэлектрического поля, что кардинально расходится с классическими представлениями оциркулярно поляризованном монохроматическом или узкополосном импульсном излучении. Примеры экспериментальных работ, посвященных получению и анализу состоянияполяризации ТГц излучения, отличного от линейного, приведены в статьях [125], [126],[127]. В работе [125] особенно интересно и наглядно представлено сравнение поляризации,близкой к циркулярной, для широкополосного и узкополосного терагерцового излучения.Только для узкополосного излучения конец вектора электрического поля описывает классическую спираль (см.
рис. 3.3).3.3. Поляризация ТГц излучения3.3.1. Измерения в схеме без разделения пучков первой и второй гармоникиВ настоящей работе экспериментальное исследование поляризационных свойств ифазовых зависимостей при генерации терагерцового излучения проводилось как в двухпучковой схеме, подробно описанной в главе 2, так и в однопучковой схеме, в которойкристалл BBO располагался непосредственно перед фокальной областью линзы. Азимутальный угол поворота кристалла составлял 55∘ к поляризации излучения на основнойчастоте, поскольку при этом достигалась наибольшая эффективность генерации низкоча64Рис.
3.3. Траектория конца вектора электрического поля для различных состояний поляризации ТГц излучения. а) Широкополосное излучение, линейная и циркулярная поляризация. b)Узкополосное излучение, различные степени эллиптичностистотного излучения. Положение и ориентация кристалла BBO подбиралось путём максимизации интенсивности ТГц импульса, детектируемой акустооптической ячейкой Голея.Движение кристалла BBO вдоль направления распространения обеспечивает контролируемое изменение разности фаз между первой и второй гармоникой.
С учётом дисперсиивоздуха при атмосферном давлении для длин волн 400 нм и 800 нм перемещение в 5.2 смэквивалентно изменению разности фаз между гармониками на 2 : ∆ = 2 −21 =2∆.Кроме того, при приближении кристалла BBO к точке фокуса эффективность процессаГВГ увеличивается и величина поля второй гармоники возрастает.В ходе эксперимента регистрировалась интенсивность, измеряемая ячейкой Голея, перед которой помещался анализатор ТГц излучения. При этом имелось два изменяемых параметра: ориентация анализатора ТГц излучения перед приемником, и расстояние от кристалла ВВО до перетяжки.
Для удобства восприятия результатов координата положениякристалла пересчитывалась в разность фаз между излучениями первой и второй гармоники с точностью до неизвестной аддитивной константы. Результаты экспериментальныхизмерений интенсивности ТГц излучения от разности фаз и от ориентации анализатораизлучения показаны на рисунке 3.4, а. Для сравнения, на рисунке 3.4, б представленатеоретическая зависимость, рассчитанная в рамках модели формирования фототока притуннельной фотоионизации в согласии с формулами (1.16), (1.18).Из экспериментальных и теоретических графиков видно, что эффективность генерации ТГц излучения для любой фиксированной поляризации меняется периодически при65Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
