Диссертация (1335833), страница 15

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

Это означает, что влияние процесса ориентациимолекул воздуха полем первой гармоники на поляризацию ТГц излучения незначитель­но, и анизотропия эффективного тензора нелинейной восприимчивости не связана с этимявлением.Еще один механизм, способный объяснить близость плоскости поляризации ТГц излу­77Рис. 3.12. УголуглаΘмежду поляризациями первой гармоники и ТГц излучения в зависимости отмежду поляризациями первой и второй гармоники, измеренные при генерации в воздухеи аргоне при атмосферном давлениичения к направлению поляризации фундаментальной гармоники, заключается во влиянииизлучения первой гармоники на поляризацию излучения второй гармоники - оптическомэффекте Керра.

Поскольку достигаемая в условиях эксперимента интенсивность первойгармоники достаточно велика (порядка 1014 Вт/см3 ), а область плазменного облака вблизиперетяжки, где происходит нелинейное взаимодействие, имеет длину порядка сантимет­ра, состояние поляризации второй гармоники претерпевает значительные изменения посравнению с ее исходным состоянием, и поэтому в процессе генерации ТГц излучения наразличных участках перетяжки лазерного пучка поля первой и второй гармоники взаи­модействуют с различными соотношениями фаз и поляризаций.

Полная картина такоговзаимодействия может быть получена только в рамках численного моделирования, нонекоторые экспериментальные данные, связанные с проявлением этого процесса приведе­ны впараграфе 3.5данной работы.Кроме того, в работе исследовалась поляризация ТГц излучения при циркулярной по­ляризации излучения первой гармоники и линейно поляризованном излучении второй гар­моники. В этом эксперименте энергия излучения первой гармоники равнялась 320 мкДж вимпульсе, а второй гармоники - 50 мкДж в импульсе. Выравнивание оптических длин двухпучков производилось путём поиска положения длины плеча 2 , которому соответствовал78максимум генерации комбинационной третьей гармоники.Как и в предыдущем эксперименте, интенсивность излучения регистрировалась припомощи ячейки Голея, сигнал с которой в дальнейшем обрабатывался при помощи син­хронного усилителя.

Было обнаружено, что вне зависимости от ориентации анализатораинтенсивность измеренного ТГц излучения остается практически неизменной (см. рис.3.13). Это могло говорить как о циркулярно поляризованном излучении, так и о “случайнополяризованном излучении”, при котором каждый следующий импульс имеет случайноенаправление поляризации, а система регистрации производит усреднение по множествуимпульсов и не успевает отслеживать разницу между соседними импульсами.

Время от­клика ячейки Голея составляет десятки миллисекунд, поэтому она автоматически усред­няет интенсивность по нескольким десяткам терагерцовых импульсов.Рис. 3.13. Поляризация оптического и терагерцового излученияв случае взаимодействия циркулярно поляризованной первойгармоники и линейной второй гармоники.Для того, чтобы определить, с каким из этих двух случаев мы столкнулись, нужноисключить возможность усреднения по многим импульсом при детектировании. Если пере­вести регенеративный усилитель из килогерцового режима в режим с частотой повторенияимпульсов 10 Гц, то ячейка Голея позволяет наблюдать на осциллографе интенсивностьотдельных терагерцовых импульсов. На рис. 3.14, а) и 3.14, б) показаны отдельные импуль­сы терагерцового излучения, регистрируемые ячейкой Голея при отсутствии анализатораТГц излучения и при его присутствии в оптическом тракте.На первом графике видно, что, несмотря на наличие флуктуаций интенсивности, онав целом имеет постоянное значение.

При помещении в ТГц пучок анализатора ТГц излуче­ния относительные флуктуации интенсивности резко возрастают, причем появляются им­пульсы с практически нулевой интенсивностью. Это означает, что отдельные терагерцовые79Рис. 3.14. Интенсивность последовательных импульсов ТГц излучения при взаимодействии цир­кулярно поляризованной первой гармоники и линейной второй гармоники в случае отсутствия(а) и присутствия (б) ТГц анализатора перед детекторомимпульсы имеют одинаковую интенсивность, но направление их поляризации случайно ме­няется от импульса к импульсу. При этом поляризация отдельных импульсов линейна, таккак при любой ориентации анализатора наблюдались импульсы с интенсивностью, близ­кой к нулю, и интенсивностью, близкой к средней в отсутствие анализатора.

Причинатакого хаотического изменения поляризации заключается в том, что в силу флуктуацииоптических длин каждого из плеч пары импульсов первой и второй гармоники приходят сослучайными значениями разности фаз в случае, когда в установке не включена системапринудительной стабилизация оптических длин плеч первой и второй гармонки.Для той же конфигурации оптических полей, но при работающей системе активнойстабилизации разности длин, был проведен поляризационный эксперимент с использова­нием системы детектирования ТГц поля с временным разрешением. Для этого использо­валось электрооптическое детектирование в кристалле ZnTe толщиной 1 мм, а ориентациякристалла была выбрана таким образом, чтобы она позволяла детектировать с приблизи­тельно равной эффективностью две взаимно ортогональных компоненты поляризации низ­кочастотного излучения.

В ходе эксперимента использовался анализатор ТГц излучения,установленный в коллимированный терагерцовый пучок. Для исследования состояния по­ляризации, регистрировался временной профиль излучения для двух взаимно ортогональ­ных ориентаций анализатора. На рисунке 3.15 a) результаты данных измерений представ­80Рис. 3.15. a)Две проекции профиля ТГц поля при возбуждении циркулярно поляризованнымизлучением первой гармоники и линейно поляризованным излучением второй гармоники, по­лученные при помощи электрооптического детектирования и ТГц анализатора, помещенного впараллельный пучок.

b) Две проекции профиля поля ТГц импульса, имеющего циркулярнуюполяризацию, рассчитанные и измеренные в работе [124]лены в трехмерной форме: на двух гранях красным и зеленым показаны профили ТГц по­ля E () и E () в координатах E-t, полученные в результате измерений, на третьейграни синим - годограф конца вектора электрического поля E () = E () + E ()в координатах − , между ними черным цветом - трехмерный профиль конца вектораэлектрического поля в осях − −. Сравнение временного профиля двух проекций ТГцполя говорит об их идентичности, то есть вектор электрического поля всё время остаётсяприблизительно в одной плоскости и поляризацию излучения можно считать близкой клинейной.

Для сопоставления на рисунке 3.15 b) приведены изображения, построенные втех же осях, для циркулярно поляризованного импульса ТГц излучения из работы [124]. Вэтой работе циркулярно поляризованное ТГц излучение было получено при помощи ром­ба Френеля. Трехмерный профиль поля в настоящей работе имеет принципиально инойхарактер, и можно заключить, что при данной конфигураци поляризаций возбуждающихполей мы не имеем дела с циркулярно поляризованным терагерцовым излучением.Таким образом, при возбуждении плазмы циркулярно поляризованным импульсомпервой гармоники и линейно поляризованным излучением второй гармоники ТГц излуче­81ние имеет линейную поляризацию, направление которой зависит от разности фаз междуполями первой и второй гармоники, а амплитуда одинакова для всех значений Тем не менее, нужно упомянуть, что экспериментальная схема, использующая элек­трооптическое детектирование в паре с анализатором ТГц излучения не всегда являетсяудобной для полной характеризации поляризации ТГц поля.

Величина регистрируемогосигнала в данной схеме является функцией сразу нескольких параметров: поляризациидетектирующего пучка, угла ориентации ТГц анализатора, ориентации электрооптиче­ского кристалла, ориентации конца электрического вектора ТГц поля в данный моментвремени. При этом трудно добиться равной чувствительности системы детектирования кизлучению для двух ортогональных поляризаций. Поэтому для случаев, если поляриза­ция излучения близка к линейной, наиболее простым и удобным способом определенияее ориентации является комбинация интегрального детектора (например, ячейки Голея,пироэлектрика или болометра), и анализатора ТГц излучения.3.4.

Спектр терагерцового излученияДля оценки полной ширины спектра терагерцового излучения был использован те­рагерцовый интерферометр Майкельсона с кремниевым болометром в качестве детектораизлучения, описанный в Главе 2. Отметим при этом, что проблема исследования полнойширины спектра терагерцового излучения уже неоднократно решалась различными груп­пами при помощи автокорреляционного метода с применением интерферометра Майкель­сона (например, [38, 129]). Тем не менее, знание спектра излучения является ключевымдля дальнейших применений плазмы оптического пробоя как источника ТГц излученияприменительно к излучению данного конкретного фемтосекундного лазера.

Характеристики

Список файлов диссертации