Диссертация (1335833), страница 13
Текст из файла (страница 13)
3.4. а) Интенсивность ТГц излучения, прошедшего через анализатор, ориентированный подуглом,в зависимости от разности фаз между гармониками.Энергия в импульсе первойгармоники перед кристаллом BBO составляет 400 мкДж, угол между первой и второй гармоникой∘∘ анализатора. б) Расчетная55 , поляризация излучения первой гармоники соответствует углу 90зависимость интенсивности, вычисленная по формулам (1.16), (1.18)изменении разности фаз между первой и второй гармониками, что согласуется как с моделью четырехволнового смешения ( () ∝ (3) 2 ()* ())* () cos() [60]), так и сфототоковой моделью (сравнение левого и правого графика на рис.
3.4). При оптимальнойразности фаз (на графике это соответствует точкам максимальной яркости), поляризацияизлучения близка к линейной и направлена вдоль поляризации первой гармоники.Тем не менее, существует большое различие между экспериментально наблюдаемойзависимостью и зависимостью, описываемой в рамках рассмотренной модели фототоковойгенерации ТГц излучения. Из рисунка 3.4, а видно, что при изменении значения разностифаз максимум интенсивности прошедшего сигнала достигается при различных ориентациях анализатора, то есть поляризация излучения поворачивается с изменением .
Нарисунке это соответствует “наклону” областей с наибольшей эффективностью генерацииотносительно осей графика. Тем не менее, модельные вычисления не приводят к такомурезультату, как можно видеть из рисунка 3.4, б. Есть несколько причин такого различияэкспериментальных данных от теоретических. Модель предполагает строго детерминированное постоянное соотношение между поляризациями и фазами излучения на частоте66первой и второй гармоники, и, по сути, описывает излучение из одной точки лазернойискры.
В реальности в различных точках лазерной искры разность фаз вследствиесамомодуляции и дисперсии в образующейся плазме изменяется, а поляризация второйгармоники поворачивается благодаря оптическому эффекту Керра (3.3) (более подробноэтот эффект рассмотрен в главе 4). Кроме того, важную роль играет небольшая эллиптичность, приобретаемая излучением на фундаментальной частоте при прохождении черезкристалл BBO, если он наклонен по отношению к падающему излучению даже на малыйугол. Об этом также упоминалось в работе Линденберга [49].Еще одним фактором, несколько затрудняющим интерпретацию экспериментальныхрезультатов в данной схеме генерации, является терагерцовое излучение, генерируемое вкристалле второй гармоники. Оно распространяется соосно с терагерцовым излучением,имеет сравнительно высокую интенсивность и малую расходимость, поэтому практически невозможно отделить его в такой схеме эксперимента от терагерцового излучения изплазмы.Таким образом, в поставленном эксперименте была охарактеризована поляризацияизлучения, генерируемого в однопучковой схеме.
При разности фаз между гармониками,при которой достигается максимальная эффективность генерации, терагерцовое излучение имеет поляризацию, близкую к линейной, параллельной первой гармонике. Изменениефазы между гармониками приводит к уменьшению эффективности генерации при одновременном повороте эллипса поляризации терагерцового излучения. Несмотря на то, чтополяризационные свойства плазмы как нелинейной среды в такой схеме генерации получить трудно, все полученные данные имеют практическую ценность, поскольку именнооднопучковая схема генерации наиболее удобна для применения в широкополосных ТГцспектрометрах.Наиболее надёжно контролируемых параметров возбуждающего излучения можнодобиться в двухпучковой схеме генерации терагерцового излучения.
В ней также сводитсяк минимуму вклад от генерации в кристалле ВВО, поскольку терагерцовое излучениеиз кристалла не отражается от диэлектрических зеркал в плече второй гармоники, и,следовательно, не достигает ни области генерации, ни детектора ТГц излучения.Исследование поляризации ТГц излучения в двухпучковой схеме проводилось припомощи проволочного анализатора ТГц излучения и акустооптической ячейки Голея вкачестве детектора. Энергия возбуждающего пучка первой и второй гармоники вблизи67перетяжки составляла 230 и 50 мкДж в импульсе соответственно.Линейная поляризация излучения второй гармоники была зафиксирована вдоль оси.
Поляризация первой гармоники была изменяемым параметром эксперимента, она задавалась фазовой пластинкой /2 и дополнительно очищалась призмой глана. Изменяемыйугол между поляризациями первой и второй гармоники составляет (см. выражение(1.27)).В начале эксперимента выставлялись параллельные поляризации гармоник и припомощи линейного транслятора производился поиск оптической длины пучка второй гармоники, при котором импульсы прибывают в перетяжку одновременно.
При этом интенсивность терагерцового излучения на детекторе была максимальной. Далее для ряда поляризаций первой гармоники проводилась серия измерений интенсивности ТГц излученияна детекторе в зависимости от ориентации ТГц анализатора. Результаты измерений дляуглов между поляризациями 0∘ , 30∘ , 50∘ , 70∘ показаны на рисунке 3.5. На этих же графиках сплошными линиями показаны аппроксимации экспериментальных данных гармонической функцией, позволяющие определить направление поляризации ТГц излучения истепень его эллиптичности.Из графиков на рисунке 3.5 видно, что для углов в диапазоне 0 - 70∘ поляризацияТГц излучения практически совпадает с направлением поляризации первой гармоники,причем при углах, меньших 50∘ , излучение линейно поляризовано в пределах точностиизмерений.
Этот результат расходится как с направлением тока свободных электронов сучётом поляризации (и в туннельном, и в многофотонном приближении, что видно изрис. 1.3 и 1.4), так и поляризацией связанных электронов в приближении в изотропнойнерезонансной среды без дисперсии (рис. 1.5). Для всех упомянутых моделей характерноболее существенное отличие направления поляризации ТГц излучения и от направленияполяризации первой гармоники.Отдельно рассмотрим случай строго ортогональных поляризаций первой и второйгармоники.
В этой конфигурации наблюдаемый терагерцовый сигнал имеет линейнуюполяризацию, параллельную поляризации второй гармоники (см. рис. 3.6 ). Этот результат хорошо согласуется как с направлением нелинейной поляризации третьего порядкав среде без дисперсии, так и с направлением тока свободных электронов в туннельном имногофотонном приближении. Однако, полученная в эксперименте интенсивность ТГц излучения в данной конфигурации приблизительно в 42 раза меньше, чем наблюдаемая при68Рис.
3.5. Поляризации терагерцового излучения для различных значений угла между линейными∘∘∘∘поляризациями первой и второй гармоники (0 , 30 , 50 , 70 )69Рис. 3.6. Поляризация ТГц излучения при линейных взаимно ортогональных поляризациях первой и второй гармоникиортогональных поляризациях. Ожидаемое в рамках модели поляризации связанных электронов в нерезонансной среде соотношение интенсивностей должно составлять 1:9. Дляфототоковой модели в приближении туннельной ионизации также 1:9, а в приближениимногофотонной ионизации - примерно 1:5.3, учитывая энергию пучка фундаментальнойгармоники, равную 230 мкДж, что соответствует параметру Келдыша 2.9.Наблюдаемая в эксперименте поляризация ТГц излучения существенно отличаетсяот ожидаемой в рамках моделей фототока и четырехволнового оптического выпрямленияв изотропной нерезонансной среде.
Тем не менее, для описания экспериментальных зависимостей интенсивности и поляризации ТГц излучения от угла можно ввести эффективный тензор нелинейной восприимчивости. Были найдены следующие нормализованныекомпоненты тензора ˆ(3) , которому наиболее хорошо соответствуют экспериментальныеданные:(3) = 1(3) = 0.05(3)(3) = = 0(3)(3)(3) = 0.33 + = 1.25.(3.1)Для сравнения экспериментальных данных с различными моделями, на рисунке 1.5показаны экспериментальные зависимости направления поляризации и интенсивности ТГцизлучения, а также результаты моделирования в предположении нерезонансной изотроп70ной среды (черным цветом), поляризация, обусловленная найденным эффективным тензором нелинейной восприимчивости среды (3.1), а также тензором нелинейной восприимчивости среды из работы Мисировича [61] (см.
таблицу 3.1). Видно, что тензорныекомпоненты, найденные в работе Мисировича, удовлетворительно описывают лишь интенсивность ТГц излучения, полученной в настоящей работе. Феноменологическое отличиесвойств среды от изотропных и нерезонансных может свидетельствовать как о непостоянстве фазовых и поляризационных соотношений между полями двух гармоник на всейдлине перетяжки, так и об одновременном проявлении механизмов фототока и нелинейного отклика связанных молекул. Как видно из рисунка 1.5, экспериментальные точкизанимают промежуточное положение между модельными кривыми для этих двух механизмов.Поскольку при углах между поляризациями оптических гармоник от 0∘ до 70∘ ТГцизлучение поляризовано практически параллельно первой гармонике, а при угле 90∘ этиполяризации уже перпендикулярны, интересно рассмотреть подробнее случай = 80∘ .При этом направление поляризации терагерцового излучения существенно отличается отобеих гармоник.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
