Диссертация (1335833), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Результат измерений можно видеть на рисунке 1.5 синими точками. Болеетого, для этой конфигурации наиболее сильно выражена зависимость поляризации терагерцового излучения от временной задержки между импульсами первой и второй гармоники, которая представлена на рисунке 3.7.
Отрицательные значения временной задержкина графике соответствуют тому, что импульс второй гармоники опережает импульс первой гармоники. На этом же рисунке показана зависимость интенсивности регистрируемогоТГц излучения от временной задержки в отсутствие ТГц анализатора.На рисунке 3.7 видно, что поляризация терагерцового излучения лежит за пределами сектора, ограниченного поляризациями пучков и 2 для отрицательных и близких кнулевым значениях временной задержки.
Для положительных значений линии задержкиполяризация терагерцового излучения лежит в указанном секторе, и отличается от поляризации первой гармоники приблизительно на 10∘ . Моделирование различных механизмовнелинейности (безынерционный керровский отклик связанных электронов, ток свободныхэлектронов с учётом процесса фотоионизации в туннельном приближении) для такой конфигурации возбуждающих полей (выражения (1.21), (1.17)) дает результаты, показанныена рисунке 3.8. Поляризация излучения, обусловленного током свободных электронов в(︀)︀туннельном приближении, отстоит от вектора E на угол arctan 13 tan(80∘ ) = 62∘ . Поляри71Рис. 3.7.
Поляризация терагерцового излучения в зависимости от времени задержки между импульсами первой и второй гармоники. Поляризации первой и второй гармоники линейны и образуют между собой угол 80 градусов. Для отрицательных значений временной задержки импульсвторой гармоники прибывает раньше импульса первой гармоники. Энергия первой гармоники230 мкДж в импульсе, для второй гармоники - 50 мкДж в импульсе.72зация излучения, обусловленного нерезонансным откликом изотропной среды, составляет(︀)︀с вектором E такой же угол arctan 31 tan(80∘ ) = 62∘ , но эти векторы лежат по разныестороны относительно вектора E .∘ поляризациямиРис.
3.8. Поляризация терагерцового излучения при угле между 80и2 ,обусловленная различными механизмами нелинейности. Красным цветом показана поляризация импульса первой гармоники, синим цветом - поляризация второйгармоники. Зеленым цветом показана поляризация импульса фототока в туннельномприближении, серым - поляризация третьего порядка связанных электроновСравнение рисунков 3.8 и 3.7 показывает, что для опережающего импульса второйгармоники поляризация нелинейного отклика связанных электронов в терагерцовом диапазоне соответствует поляризации тока свободных электронов с учетом туннельной ионизации, а при опережающем импульсе первой гармоники она близка к поляризации импульса первой гармоники.Для этой же конфигурации возбуждающих полей были также проведены измеренияпри меньшей интенсивности излучения первой гармоники.
При уменьшении интенсивности импульса первой гармоники (рис. 3.9) до 180 мкДж в импульсе поляризация ТГцизлучения для всех временных задержек становится более близкой к поляризации токасвободных электронов в туннельном приближении, а для еще более низкой энергии (180мкДж в импульсе первой гармоники) поляризация ТГц излучения окончательно становит73Рис. 3.9. Поляризация терагерцового излучения в зависимости от времени задержки между импульсами первой и второй гармоники. Поляризации первой и второй гармоники линейны и образуют между собой угол 80 градусов.
Энергия в импульсе второй гармоники постоянна и составляет50 мкДж, а энергия первой гармоники берется равной 150, 180 и 230 мкДж. Для отрицательныхзначений временной задержки импульс второй гармоники опережает импульс первой гармоникися подобной поляризации тока свободных электронов в туннельном приближении.Похожие результаты получаются при других взаимных ориентациях поляризации оптических гармоник. На рисунке 3.10 показана временная зависимость поляризации ТГцизлучения для угла между поляризациями первой и второй гармоники в 10∘ и энергиях230 мкДж и 50 мкДж в импульсах первой и второй гармоники соответственно.
Поляризация ТГц излучения в случае, когда вторая гармоника опережает первую гармонику на120 фс (первая из точек, в которых измерена поляризация), повернута на 7∘ относительнополяризации первой гармоники и находится за пределами сектора, ограниченного поляризациями и 2 . Для остальных четырех задержек второй гармоники (-66, 0, 66, 13374Рис.
3.10. Поляризация терагерцового излучения в зависимости от времени задержки междуимпульсами первой и второй гармоники. Поляризации первой и второй гармоники линейны иобразуют между собой угол 80 градусов. Для отрицательных значений временной задержки импульс второй гармоники опережает импульс первой гармоники. Энергия первой гармоники 230мкДж в импульсе, для второй гармоники - 50 мкДж в импульсе.фс) поляризация ТГц излучения совпадает с поляризацией первой гармоники с точностью до 2∘ . Анализ различных модельных механизмов нелинейного отклика (выражения(1.21), (1.17)) показывает, что поляризация тока свободных электронов с учетом ионизации в туннельном приближении лежит за пределами сектора между векторами и 2 и)︀(︀составляет угол arctan 31 tan(10∘ ) = 3.4∘ с вектором .
Поляризация нерезонансного мгновенного керровского отклика связанных электронов составляет тот же угол с вектором ,но лежит внутри сектора - 2 см. рис. 3.11. Как и в предыдущем рассмотренном случае, поляризация ТГц импульса более соответствует поляризации фототока, если импульсвторой гармоники опережает импульс первой гармоники.Одна из возможных причин отклонения экспериментальных результатов от теоре75Рис.
3.11. Поляризация терагерцового излучения при угле между∘ поляризациями10и2 ,обусловленная различными механизмами нелинейности. Красным цветом показана поляризация импульса первой гармоники, синим цветом - поляризация второй гармоники. Зеленым цветом показана поляризация импульса фототокав туннельном приближении, серым - нерезонансный вклад вчерным - комплексным тензором(3)(3) ,с полностью поляризованнойрезонансной частьютических в приближении фототока или нерезонансной изотропной среды связана с ориентирующим воздействием оптического поля первой гармоники [128]. Как уже упоминалось в Главе 2, когерентное возбуждение вращательных уровней двухатомных молекул, вбольшом количестве присутствующих в воздухе, на масштабах времени порядка 100 фсприводит к частично-ориентированному состоянию среды с выделенным направлением,связанным с поляризацией излучения первой гармоники.
Поскольку этот эффект имеетзапаздывающий характер в отличие от нелинейности связанных электронов, он долженпо-разному проявляться для различных сдвигов во времени между возбуждающими импульсами первой и второй гармоники. Для случая опережающего импульса второй гармоники (отрицательные временные задержки), импульс первой гармоники попадает в среду,когда последняя еще находится в слабовозбужденном состоянии и молекулы ориентированы хаотически.
Для таких временных задержек главную роль в формировании ТГцизлучения играет фототок, поляризация которого лежит за пределами сектора - 2 .76В противоположном случае импульс второй гармоники встречает возбужденную среду,и поляризация ТГц излучения практически совпадает с поляризацией первой гармоники(поскольку оно является выделенным направлением ориентации молекул). Для определения роли ориентирующего воздействия оптического поля первой гармоники на молекулыгаза необходимо сопоставить поляризацию ТГц излучения, генерируемого в воздухе, споляризацией, возникающей при генерации в атомарных газах.Для того, чтобы сравнить поляризацию ТГц излучения, генерируемого в молекулярном газе (воздухе) и атомарном (на примере аргона), эксперимент был проведен в газовойкювете для воздуха и аргона в полностью идентичных условиях .
Использованная кюветапредставляла Т-образную трубку из нержавеющей стали с вакуумными фланцами. В качестве входного окна кюветы была использована пластинка кварца КУ-1 толщиной 1 мм,выходное окно было сделано из тефлона и имело толщину 3 мм. Боковой вход кюветыиспользовался для откачки до давления 1 торр при помощи диафрагменного форвакуумного насоса и заполнения кюветы газом. Кювета помещалась в установку так, что фокуслинзы, использованной для генерации, располагался на оси кюветы на расстоянии 3 смот выходного окна для оптимизации сбора ТГц излучения.
Временная задержка междуимпульсами первой и второй гармоники выставлялась равной нулю, при этом энергия ТГцизлучения была максимальной. Интенсивность терагерцового излучения, получаемого изкюветы, была в несколько раз меньше, чем в ее отсутствие при давлении воздуха 1 атм,что обусловлено геометрическими потерями на выходе из кюветы и френелевскими потерями на входном окне. Кроме того, интенсивность оптического излучения было необходимопонижать для избежания оптического повреждения входного окна кюветы.
Сигнал, регистрируемый из аргона, был примерно в 5 раз слабее, чем из воздуха. В такой схеме былипроведены измерения зависимости поляризации ТГц излучения от угла между линейнымиполяризациями первой и второй гармоники для аргона и воздуха при давлении 1 атм. Результаты измерений в аргоне и воздухе (включая измерения без кюветы, описанные выше)сведены на один график 3.12. Видно, что поляризация терагерцового излучения в двухразличных газах полностью идентична.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
