WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Гарнаева Гузель Ильдаровна

ОПТИЧЕСКИЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ЭФФЕКТЫ В ПРИМЕСНЫХ КРИСТАЛЛАХ ПРИ НАЛИЧИИ ВНЕШНИХ НЕОДНОРОДНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

Специальность 01.04.05 - оптика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Казань – 2009

Работа выполнена на кафедре общей и экспериментальной физики физического факультета Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Татарский государственный гуманитарно-педагогический университет»

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор

Нефедьев Леонид Анатольевич

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор

Сазонов Сергей Владимирович

кандидат физико-математических наук

Калачев Алексей Алексеевич

Ведущая организация:

Ульяновский государственный университет

Защита состоится «____» _____________ 2009 г. в _______ часов на заседании Диссертационного Совета Д 212.081.07 в Казанском государственном университете им. В.И. Ульянова-Ленина по адресу: 420008, г. Казань, ул. Кремлевская, д. 18.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. Н.И. Лобачевского Казанского государственного университета.

Автореферат разослан «____» _____________ 200_г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор физико-математических наук Д.И. Камалова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Изучение когерентных взаимодействий коротких лазерных импульсов с резонансными средами и разработка систем оптической обработки информации относятся к перспективным разделом физики. Оптические переходные процессы могут быть использованы при создании эхо-процессоров и оптической памяти большой ёмкости. Это связано с тем, что фотонное эхо может служить способом запоминания, преобразования и воспроизведения пространственно-временной структуры возбуждающих импульсов, что представляет интерес для разработки систем оптической памяти и оптической обработки информации. С этой точки зрения наиболее перспективным является долгоживущее фотонное эхо, наблюдаемое в кристаллах ван-флековских парамагнетиков, активированных редкоземельными ионами. Поскольку сама возможность долговременного хранения информации в таких кристаллах связана с процессами релаксации между сверхтонкими подуровнями основного электронного состояния редкоземельных ионов, весьма актуальным является исследование долгоживущего фотонного эха с учетом релаксационных процессов данного типа. Особый интерес представляет исследование многоимпульсных режимов долгоживущего фотонного эха, а именно, процессов аккумулированной записи и многократного считывания информации.

Создание оптических запоминающих устройств и процессоров на основе фотонного эха требует разработки физических принципов функционирования, включающих методы стирания записанной информации. Существуют различные методы стирания информации, основанные на устранении пространственно-частотной модуляции населенности резонансных уровней путем воздействия на систему определенной последовательностью оптических импульсов. Однако все предложенные схемы стирания информации довольно сложны для их осуществления. Кроме того, процесс стирания информации оказывается энергетически невыгодным, так как для его осуществления необходима энергия такого же порядка, что и для записи. С этой точки зрения более выгодным может оказаться не стирание, а «запирание» эхо-голографической информации, т.е. создание таких условий, при которых информация не может проявиться в виде оптического отклика резонансной среды.

Диссертационная работа посвящена теоретическому исследованию особенностей формирования откликов фотонного эха в примесных кристаллах в условиях приложения внешних неоднородных электромагнитных полей и разработке схем многоканальной записи информации на принципе «запирания» сигналов фотонного эха.

Ранее экспериментально исследовалось влияние градиентов электрических полей на поведение фотонного эха, однако теоретического обоснования полученных результатов не было дано. Поэтому тема диссертационной работы является актуальной, поскольку восполняет данный пробел.

Цель работы

Цель работы состоит в теоретическом исследовании закономерностей формирования откликов фотонного эха в примесных кристаллах при воздействии внешних неоднородных электромагнитных полей и разработке схем многоканальной записи информации на основе «запирания» сигналов фотонного эха.

Научная новизна

1. Показано, что при воздействии на резонансную среду пространственно-неоднородного электрического поля возникает обратимое разрушение фазовой памяти резонансной среды, проявляющемся в изменении частотно-временной корреляции неоднородного уширения.

2. Обнаружена возможность управления эффективностью запирания информации в режиме стимулированного фотонного эха (СФЭ) путём варьирования величины градиента внешнего неоднородного электрического поля.

3. Рассмотрены формирование откликов долгоживущего фотонного эха (ДФЭ) и эффективность запирания информации при различных схемах воздействия на резонансную среду пространственно неоднородных электрических полей.

4. Исследованы формирование откликов ДФЭ и эффективность запирания информации при воздействии нерезонансного лазерного излучения.

5. Показано, что частотно-временная корреляция неоднородного уширения на различных временных интервалах зависит от изменений взаимной ориентации градиентов электрических полей, т.е. возможно обратимое разрушение фазовой памяти резонансной среды с дальнейшим её восстановлением.

6. Использование взаимной пространственной ориентации градиентов электрических полей в качестве ассоциативного ключа доступа к записанной информации позволяет создавать большое количество независимых каналов записи информации.

Практическая ценность

Практическая значимость работы заключается в получении результатов, которые могут быть использованы для разработки эхо-процессоров, оптической памяти, ассоциативной и многоканальной записи информации.

Проведенные исследования помимо чисто научного интереса направлены на поиск новых способов увеличения плотности записи информации оптических запоминающих устройств на базе фотонного эха.

Основные положения, выносимые на защиту

  1. Уменьшение частотно-временной корреляции неоднородного уширения при воздействии внешних неоднородных электромагнитных полей приводит к эффекту запирания сигналов фотонного эха.
  2. Запирание информации в отклике фотонного эха происходит при небольших углах взаимной ориентации внешних неоднородных электромагнитных полей.
  3. Использование взаимной пространственной ориентации неоднородных электромагнитных полей в качестве ассоциативного ключа доступа к записанной информации приводит к большому количеству независимых каналов записи.
  4. Воздействие двух электрических полей с противоположно направленными градиентами на разных временных интервалах после возбуждающего лазерного импульса приводит к возникновению одноимпульсного градиентного (штарковского) эха.

Достоверность

Достоверность результатов диссертационной работы обеспечивается применением хорошо зарекомендовавших себя современных точных и приближенных теоретических методов в сочетании с численным моделированием, основанным на использовании специализированного программного обеспечения. Ряд теоретических результатов хорошо согласуется с соответствующими экспериментальными данными.

Апробация основных результатов

Результаты диссертационной работы докладывались на следующих 8 международных конференциях: восьмой Международной молодежной научной школе «Когерентная оптика и оптическая спектроскопия» (г. Казань, 2004г.), III Международном оптическом конгрессе «Оптика – XXI век», конференции «Фундаментальные проблемы оптики - 2004» (г. Санкт-Петербург, 2004г.), III Международной конференции «Фундаментальные проблемы физики» (г. Казань, 2005г.), III Международном симпозиуме по фотонному эху и когерентной спектроскопии (ФЭКС – 2005) (г. Калининград (Светлогорск), 2005г.), IV Международной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика - 2005» (г. Санкт-Петербург, 2005г.), десятой Международной молодежной научной школе «Когерентная оптика и оптическая спектроскопия» (г. Казань, 2006г.), двенадцатой Международной молодежной научной школе «Когерентная оптика и оптическая спектроскопия» (г. Казань, 2008г.), V Международной конференции «Фундаментальные проблемы оптики» «ФПО - 2008» (г. Санкт-Петербург, 2008г.)

Публикации

Основные результаты диссертации изложены в 16 печатных работах, в том числе 6 печатных работ опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Список публикаций приведен в разделе «список литературы».

Личный вклад автора

Диссертант вместе с научным руководителем участвовал в постановке задач и обсуждении полученных результатов. Основные результаты расчетов получены лично диссертантом.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и двух приложений. Работа изложена на 159 страницах текста, включая 44 рисунка и список литературы из 118 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы ее цель, задачи и основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава содержит краткий обзор, в котором рассмотрены некоторые разновидности фотонного эха, представляющие наибольший практический интерес. Особое внимание уделено долгоживущему фотонному эху, а также формированию долгоживущего фотонного эха в кристалле.

Кроме того, в ней рассмотрены основы создания эхо-процессоров и оптической памяти. Рассматриваются процессы записи, хранения, кодирования, считывания информации в режиме долгоживущего фотонного эха, а также проблема стирания информации. Показано, что более выгодным оказывается не стирание, а «запирание» эхо-голографической информации.

Во второй главе развит математический формализм, пригодный для описания формирования переходных явлений при наличии внешних неоднородных электромагнитных полей. Получены выражения для матрицы плотности в двухуровневом приближении.

Исследована эффективность «запирания» информации и частотно-временной корреляции неоднородно уширенной линии при формировании стимулированного фотонного эха в двухуровневой среде при воздействии на нее неоднородного электрического поля и рассмотрена эффективность запирания стимулированного фотонного эха.

В работах [А1, А2, А3] был впервые рассмотрен процесс формирования откликов фотонного эха в зависимости от величины частотно-временной корреляции неоднородного уширения на разных временных интервалах при воздействии внешних пространственно неоднородных электрических полей (рис. 1).

Частотно-временная корреляция неоднородно уширенной линии резонансного перехода связана с жёстким соответствием отдельных “монохромат” линии на различных временных интервалах. Каждая “монохромата” неоднородно уширенной линии образуется совокупностью атомов (молекул, ионов), находящихся в одинаковых условиях (например, локальные поля в твёрдом теле), но распределённых в объёме образца случайным образом.

Рис. 1. Схема возбуждения СФЭ при наличии внешних неоднородных электрических полей

При воздействии неоднородного электрического поля каждый j-ый оптический центр, принадлежащий данной монохромате, получает дополнительный частотный сдвиг (штарк-эффект), зависящий от его пространственного местоположения в образце:

,

,

где - штарковский коэффициент, - напряженность электрического поля при.

В этом случае частотно-временной коэффициент корреляции неоднородного уширения имеет вид [А3]:

где

, - распределения оптических центров по координатам и частотам,

,

.

На рис. 2 представлена зависимость коэффициента частотно-временной корреляции неоднородного уширения от величины градиента внешнего электрического поля.

Рис. 2. Частотно-временная корреляция неоднородного уширения: зависимость коэффициента частотно-временной корреляции от величины градиента внешнего электрического поля на временном интервале между первым и вторым возбуждающими лазерными импульсами ()

Уравнение для одночастичной матрицы плотности во вращающейся системе координат имеет вид

,

где,,.

Здесь A - матрица перехода во вращающуюся систему координат, - оператор взаимодействия с -ым лазерным импульсом, Н0 - гамильтониан оптического центра во внешнем неоднородном электрическом поле.

Эффективность "запирания" (воспроизведения) информации в отклике ДФЭ можно оценить из выражения:

,

где напряженность электрического поля отклика в волновой зоне определяется как

,

где, - радиус-вектор местоположения j-го оптического центра,.

Напряжённость электрического поля отклика будет иметь вид [А7]:

где - площадь -го лазерного импульса, - временные интервалы между началом (концом) воздействия неоднородного внешнего возмущения и возбуждающего лазерного импульса.

На рис. 3 представлена эффективность запирания сигнала СФЭ при воздействии линейного градиента внешнего электрического поля на временном интервале между первым и вторым возбуждающими лазерными импульсами.

Рис. 3. Эффективность запирания сигнала СФЭ

Из сравнения рис. 2 и 3 следует, что эффективность запирания информации чрезвычайно чувствительна даже к незначительному изменению величины частотно-временной корреляции неоднородного уширения. Однако фазовая память системы может частично восстанавливаться при определённых значениях, что следует из характера зависимости интенсивности СФЭ от (рис. 3). Таким образом, наибольшая эффективность запирания информации может быть достигнута лишь при определённых значениях величины градиента.

Интерес представляет также эффект запирания информации при воздействии внешних нерезонансных электромагнитного полей [А7].

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»