WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

В соответствии с классификацией [9] доменная структура в кристалле SBO представляет собой одномерный нелинейный фотонный кристалл. В связи с этим, предложено ввести понятие зонной структуры нелинейного фотонного кристалла, которая обусловлена периодичностью изменения знака нелинейной а) б) Рис. 2. а) Теоретическая спектральная зависимость эффективности ГВГ при случайном квазифазовом синхронизме в нерегулярной доменной структуре SBO и в монодоменном образце в отсутствии синхронизма. б) Зонная структура нелинейного фотонного кристалла.

восприимчивости второго порядка от пространственной координаты.

Естественными координатами зонной структуры нелинейного фотонного кристалла будут длина волны и угол падения. Таким образом, зонная структура нелинейного фотонного кристалла является обобщением его спектральных и угловых характеристик, отражая области наиболее эффективной генерации излучения (рис. 2 б). Отличительной особенностью зонной структур нелинейного фотонного кристалла является красный вращательный сдвиг, который заключается в сохранении эффективности генерации излучения при совместном увеличении длины волны основного излучения и угла падения излучения на доменную структуру.

В третьей главе рассмотрен процесс генерации второй гармоники в режиме нелинейной дифракции [8] на доменной структуре тетрабората стронция. В этом случае излучение на основной частоте распространяется в плоскости доменных стенок либо под углом к ним. В качестве источника излучения использовался лазер на аллюмо-иттриевом гранате с неодимом, излучение которого было сфокусировано внутрь исследуемого образца, с помощью линзы с фокусным расстоянием 10 см. Поляризация излучения содержала как горизонтальную, так и вертикальную компоненты. За кристаллом был расположен экран, на который проецировались пучки второй гармоники, число которых определялось поляризацией основного излучения и ориентацией кристалла. При нормальном падении накачки на входную грань кристалла наблюдались две группы пучков второй гармоники, каждая из которых содержала по три компоненты различной поляризации, происхождение которых соответствует нелинейно-оптическим процессам, указанным в таблице 1. Измеренные углы нелинейной дифракции на частоте второй находятся в хорошем согласии с их расчетными значениями и приведены в таблице 1.

Таблица. 1. Измеренные и расчетные углы нелинейной дифракции на частоте второй гармоники, обусловленные различными нелинейно-оптическими процессами.

Нелинейный Измеренный Расчетный коэффициент угол ВГ, град угол ВГ, град.

daac 13.4 13.dccc 14.2 14.dcaa 15.4 15.Измерена зависимость угла, под которым распространяется генерируемое излучение на удвоенной частоте, обусловленное нелинейным коэффициентом dcaa от угла поворота доменной структуры (рис. 3 а). Эта зависимость находится в хорошем соответствии с теоретической кривой, подтверждая предположение о том, что излучение на удвоенной частоте обусловлено нелинейной дифракцией на а) б) Рис. 3. а) Зависимость угла нелинейной дифракции от угла поворота кристалла.

Сплошная линия является расчетной кривой, точками обозначены экспериментальные данные. б) Угловая зависимость энергии правого пучка второй гармоники в двух исследуемых образцах, полученных в отдельных ростовых экспериментах. Выделенная область от 2° до 9.6° соответствует диапазону векторов обратной решетки, дающих вклад в нелинейную дифракцию в области перестройки лазера на титан-сапфире.

доменной структуре SBO. Наблюдалась нелинейная дифракция на частоте третьей гармоники при накачке первой и второй гармониками, обусловленная нелинейным коэффициентом daac. Измеренное значение угла нелинейной дифракции на частоте третьей гармоники, равное 16°, находится в достаточно хорошем согласии с расчетным значением 16.5°. Во всех случаях, при повороте кристалла вокруг кристаллографической оси c пучки второй гармоники лежат в кристаллографической плоскости ab. При распространении излучения накачки в плоскости ac, пучки второй гармоники лежат в кристаллографической плоскости ac. Это означает, что доменные стенки компланарны кристаллографической плоскости bc.

Измерена угловая зависимость энергии пучков второй гармоники при накачке излучением с длиной волны 1.064 мкм, которая представляет Фурье-образ функции нелинейной восприимчивости второго порядка от координаты в направлении, перпендикулярном стенкам доменов (рис. 3 б). Эта зависимость показывает, что эффективные толщины доменов, вносящие вклад в нелинейную дифракцию, лежат в пределах от 0.18 до 7.2 мкм. Сравнение спектров векторов обратной решетки в двух образцах, полученных в отдельных ростовых экспериментах, показывает, что диапазон значений векторов обратной решетки, дающий вклад в эффективную нелинейную дифракцию, воспроизводится, в то время как детали спектров могут заметно отличаться. Расчеты показывают, что спектр векторов обратной решетки исследованных нами образцов включает область значений, которая будет давать вклад в эффективную неколлинеарную ГВГ в диапазоне длин волн накачки вплоть до 460 нм. Указанный спектральный диапазон включает область перестройки фемтосекундного лазера на титансапфире. На угловой зависимости этой области соответствует диапазон углов поворота доменной структуры от 2° до 9.6°.

В четвертой главе рассмотрена возможность нелинейно-оптического преобразования ультракоротких импульсов в нерегулярных доменных структурах в режиме нелинейной дифракции. Приведены результаты экспериментальных исследований генерации второй гармоники фемтосекундного лазера в неколлинеарной схеме для двух образцов, исследованных в третьей главе с помощью излучения Nd:YAG лазера. В качестве накачки использовался фемтосекундный лазер на титан-сапфире, генерирующий спектрально ограниченные импульсы длительностью 40-100 фс с частотой следования 80 МГц.

Рис. 4. а) Спектральная зависимость мощности ГВГ Ti:sapphire лазера. б) Отношение мощности второй гармоники к квадрату мощности накачки. Сплошная линия – с подстройкой кристалла на максимальную мощность ГВГ; пунктирная линия – фиксированное положение кристалла; точки – экспериментальные данные.

Излучение лазера средней мощностью до 1 Вт было сфокусировано внутрь кристалла с помощью 10 см линзы, так что размер фокального пятна составил мкм, а пиковая плотность мощности достигала 25 ГВт/см2. Поляризация излучения накачки и генерируемой второй гармоники была направлена вдоль кристаллографической оси c. При удалении кристалла из области распространения лазерного излучения форма пятна накачки сохраняется, что свидетельствует об отсутствии термической самофокусировки, присутствующей в аналогичной работе в кристалле ниобата стронция бария (SBN) [10].

Измерена спектральная зависимость мощности второй гармоники для фиксированного положения кристалла относительно накачки и с подстройкой на максимальную мощность ВГ при данной длине волны излучения накачки (рис. а). Подстройка осуществлялась путем перемещения кристалла вдоль кристаллографической оси a, а также путем вращения вокруг кристаллографической оси c, таким образом, что в область пучка накачки попадали различные области доменной структуры, содержащие наиболее благоприятный спектр векторов обратной решетки для эффективного преобразования. Максимальная мощность второй гармоники в режиме нелинейной дифракции составляет 6 мВт в двух пучках при мощности накачки 940 мВт. Коэффициент преобразования во вторую гармонику составляет 0.63%, что превышает достигнутый для кристалла SBN [10], несмотря на то, что нелинейная восприимчивость последнего более чем в 4 раза выше, чем у SBO.

Нормировка спектральных зависимостей мощности второй гармоники на квадрат мощности Ti:sapphire лазера позволяет избавиться от энергетических параметров накачки, тем самым, проявив спектр векторов обратной решетки (рис. 4 б).

Для двух образцов измерена зависимость мощности второй гармоники от а) б) Рис. 5. Зависимость отношения мощности второй гармоники к квадрату мощности накачки от смещения доменной структуры в направлении кристаллографической оси a: а) образец №1; б) образец №2.

перемещения их в направлении кристаллографической оси a. Эта зависимость, нормированная на квадрат мощности накачки, приведена на рисунке 5. Из графика следует, что в эффективную генерацию излучения на данной длине волны вносят вклад отдельные участки доменной структуры, протяженность которых не превышает размер фокального пятна. Это свидетельствует о необходимости дальнейшего развития технологии роста доменных структур. Рассчитаны требуемые векторы обратной решетки, дающие вклад в эффективную неколлинеарную генерацию излучения в области перестройки лазера на титансапфире и в области перестройки его второй гармоники, а также соответствующие им эффективные толщины доменов (Таблица 2).

Таблица. 2. Расчетные значения векторов обратной решетки и соответствующие им эффективные толщин доменов.

Длина волны Q, мкм-1 dэфф = Q/, мкм накачки, нм 710-930 3.56-5.67 0.55-0.800 4.56 0.355-465 13.7-26.3 0.12-0.400 19.5 0.Спектры излучения накачки на центральной длине волны 800 нм и генерируемой второй гармоники приведены на рисунке 6 а. Спектр накачки не имеет признаков фазовой самомодуляции и вызванного ею уширения, наблюдавшихся в кристалле SBN [10]. Спектр второй гармоники имеет небольшое сужение, которое не превышает 10-20% относительно спектра накачки для а) б) Рис. 6. а) Спектр накачки (толстая линия) на центральной длине волны 800 нм и второй гармоники (тонкая линия). б) Спектральная зависимость угла нелинейной дифракции в области перестройки титан-сапфирового лазера.

различных длин волн. Это подтверждает предположение о том, что в нерегулярных доменных структурах неколлинеарная генерация излучения благоприятна для преобразования широких по спектру фемтосекундных импульсов.

Измеренная спектральная зависимость угла нелинейной дифракции находится в хорошем согласии с теоретической кривой (рис. 6 б). При перемещении исследуемого образца вдоль кристаллографической оси c, форма пучков второй гармоники, их положение, спектр излучения второй гармоники, а также мощность сохраняются, что свидетельствует о том, что доменная структура достаточно хорошо упорядочена в кристаллографической плоскости bc.

Наблюдался линейный характер роста эффективности ГВГ от мощности накачки, который свидетельствует об отсутствии самофокусировки в кристалле тетрабората стронция.

Заключение Основные результаты работы могут быть сформулированы следующим образом:

1. Исследован процесс генерации второй гармоники в условиях случайного квазифазового синхронизма в кристалле тетрабората стронция, содержащем нерегулярную доменную структуру. Эффективность генерации второй гармоники за счет случайного квазифазового синхронизма в нерегулярной доменной структуре SBO превышает эффективность несинхронной генерации второй гармоники в монодоменном образце в 500 раз.

2. Наблюдалась генерация второй и третьей гармоник в режиме нелинейной дифракции, которая свидетельствует о наличии доменных структур, хорошо упорядоченных в направлениях кристаллографических осей b и c, но сильно разупорядоченных в направлении кристаллографической оси a. Диапазон векторов обратной решетки воспроизводится от одного ростового эксперимента к другому. Спектр векторов обратной решетки содержит компоненты, обеспечивающие эффективную неколлинеарную генерацию второй гармоники в широком спектральном диапазоне.

3. Продемонстрирована перестраиваемая по частоте генерация второй гармоники фемтосекундного Ti:sapphire лазера в ультрафиолетовую область спектра в режиме нелинейной дифракции на доменной структуре тетрабората стронция. Максимальная эффективность преобразования во вторую гармонику составила 0.63%. Сужение спектра излучения второй гармоники не превышает 10-20%.

Публикации Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. A. S. Aleksandrovsky, A. M. Vyunishev, I. E. Shakhura, A. I. Zaitsev, A. V.

Zamkov. Random quasi-phase-matching in nonlinear photonic crystal structure of strontium tetraborate // Phys. Rev. A. – 2008. – Vol. 78. – P. 031802-1-031802-4.

2. A. S. Aleksandrovsky, А. M. Vyunishev, А. I. Zaitsev, A. V. Zamkov, and V. G.

Arkhipkin. Detection of randomized nonlinear photonic crystal structure in a nonferroelectric crystal // J. Opt. A: Pure Appl. Opt. – 2007. – Vol. 9. – S334-S338.

3. A. S. Aleksandrovsky, V. G. Arkhipkin, I. E. Kuzey, A. M. Vyunishev, A. I.

Zaitsev, A. V. Zamkov. Nonlinear optical characterization of spontaneously grown domain structures in SBO crystals // Proc. SPIE. – 2007. – Vol. 6729. – P. 67290L1-67290L-8.

4. A. S. Aleksandrovsky, A. M. Vyunishev, A. I. Zaitsev, and A. V. Zamkov Characterization of Domain Structure in Strontium Tetraborate Crystals Via Nonlinear Diffraction // Известия высших учебных заведений. Физика. – 2007.

– Т. 51. – № 10/2. – С. 120.

5. А. С. Александровский, А. М. Вьюнышев, А. И. Зайцев, А. В. Замков.

Исследование доменной структуры в кристалле тетрабората стронция с помощью нелинейной дифракции // X Международная школа-семинар по люминесценции и лазерной физике, сборник трудов, Иркутск. – 2007. – С. 2938.

6. А. С. Александровский, А. М. Вьюнышев, А. И. Зайцев, А. В. Замков, В. Г.

Архипкин. Исследование доменной структуры в кристалле тетрабората стронция с помощью нелинейной дифракции // X Международная школасеминар по люминесценции и лазерной физике, тезисы докладов, Иркутск. – 2006. С. 13-14.

7. А. С. Александровский, А. М. Вьюнышев, И. Е. Шахура, А. И. Зайцев, А. В.

Замков. Нелинейно-оптические процессы в рандомизированных структурах тетрабората стронция // XI Международная школа-семинар по люминесценции и лазерной физике, тезисы докладов, Иркутск. – 2008. – С. 78.

8. А. Aleksandrovsky, А. Vyunishev, А. Zaitsev, A. Zamkov and V. Arkhipkin.

Detection of randomized nonlinear photonic crystal structure in a non-ferroelectric crystal // Advance programme, First Topical Meeting on Nanophotonics and Metamaterials. – 2007. – P. 37.

9. А. С. Александровский, А. М. Вьюнышев, В. В. Слабко, А. И. Зайцев, А. В.

Замков, Нелинейно-оптическая характеризация доменных наноструктур в кристаллах тетрабората стронция // II Всероссийская конференция по наноматериалам “НАНО-2007”, тезисы докладов, Новосибирск. – 2007. – С.

438.

10. A. S. Aleksandrovsky, V. G. Arkhipkin, A. M. Vyunishev, A. I. Zaitsev, A. V.

Zamkov, Nonlinear optical characterization of spontaneously grown domain structures in SBO crystals // ICONO/LAT 2007 Conference Program, Minsk. – 2007. - P. 22. Report I08/IV-3.

Pages:     | 1 || 3 |






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