Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6 | Следующая страница реферата

(2. Прямое четырёхфотонное взаимодействие.

Рассмотрим стоксову компоненту рассеянного излучения (рис.14).
Соотношение между частотами для данного случая выполняется в виде:

[pic]
(12) где L-частота пробного излучения, подаваемого на образец, (s - частота рассеянного на поляритоне излучения. При этом для наблюдения эффективного прямого процесса должно выполняться условие пространственного синхронизма:

[pic]

(13)

Приведем выражение для интенсивности сигнальной волны с частотой s
[18]:

[pic], (14)
IL, I[pic], I[pic]-интенсивность волн с частотами (L, [pic]и [pic], [pic]- расстройка волновых векторов, l -длина взаимодействия в кристалле.
Численный коэффициент, зависящий от симметрии кристалла, здесь и далее опущен. В эффективную кубическую восприимчивость входят кубические восприимчивости прямого и каскадного процессов: [pic].. В свою очередь восприимчивость прямого процесса делится на резонансную и нерезонансную части: [pic]. В частности, резонансная часть кубической восприимчивости в однорезонансном приближении составляет:

[pic], (15) где [pic] - производная чисто электронной поляризуемости в равновесном положении ядер, N, M - концентрация и масса ядер соответственно. В последнем выражении [pic], где (ph - фононная частота, Г- коэффициент, описывающий затухание (полуширина на полувысоте фононной линии рассеяния).
Резонансная восприимчивость возрастает при приближении разностной частоты к частоте фонона.

[pic]

Рис.14. Прямой четырехфотонный процесс.

(3. Каскадные трехволновые процессы.

В четырехфотонные процессы в нецентросимметричных кристаллах вносят свой вклад каскадные трехволновые процессы (рис.15). В данном случае создается повышенная (по сравнению с равновесной) населённость поляритонных состояний “разогревающими” лучами с частотами (1, (2. Каскадному когерентному рассеянию соответствует частное решение неоднородного волнового уравнения, в правой части которого стоит нелинейная поляризация, возбуждённая “разогревающими” лучами. Кроме соотношений (12) и (13), в данном случае необходимо выполнение ещё одного условия пространственного синхронизма:

[pic]

(16)

[pic]

Рис.15. Каскадный трехволновый процесс.

Такой процесс является когерентным, потому что происходит рассеяние пробной волны непосредственно на возбуждении с волновым вектором [pic].
Каскадная восприимчивость третьего порядка когерентного процесса задаётся выражением:

[pic] (17)

Знаменатель этого выражения указывает на то, что на интенсивность в выражении (14) влияет еще одна расстройка волновых векторов: [pic].
Процессы с возбуждением поляритонного состояния и последующего рассеяния на нем происходят как два трехволновых процесса на квадратичной восприимчивости ((2) [19]. Квадратичная восприимчивость тоже делится на резонансную и нерезонансную части. Нерезонансная составляющая [pic] где - квадратичная поляризуемость, а резонансная составляющая:

[pic] (16)
- дипольный момент молекулы.

Вклады от прямого четырехфотонного процесса, идущего на кубической нелинейности, и от двухступенчатых трехволновых процессов могут быть соизмеримы. Используя различия в условиях фазового синхронизма, можно разделять прямые и каскадные процессы.
(4. Экспериментальная установка для наблюдения четырехфотонного рассеяния света на поляритонах.

В большинстве выполненных ранее работ использовалась традиционная схема КАРС-спектроскопии, в которой одна из накачек является дважды вырожденной с точки зрения процесса четырехволнового смешения, и регистрация сигнала ведется на антистоксовой частоте. В данном случае использовался наиболее общий вариант четырехволнового взаимодействия, в котором все волны имеют разные частоты и регистрируется стоксова компонента рассеянного излучения. Схема экспериментальной установки приведена на рис.16. Источниками волн возбуждающего излучения с частотами (1 и (2 служат
YAG:Nd+3-лазер и перестраиваемый лазер на кристалле [pic] , имеющие длины волн генерации (1=1,064 мкм и (2 в интервале 1,08-1,22 мкм соответственно и работающие с частотой повторения 1-33 Гц. Накачкой для перестраиваемого лазера на кристалле с центрами окраски служит излучение основной гармоники
YAG:Nd+3-лазера, прошедшее через YAG:Nd+3-усилитель и поляризационную призму Глана-Томсона ПГ1. В качестве зондирующей волны используется излучение второй гармоники YAG:Nd+3-лазера (длина волны (L=532 нм), генерируемой удвоителем частоты ГВГ, которое отделяется от излучения основной гармоники при помощи зеркала с селективным по частоте коэффициентом отражения. Благодаря использованию источников ближнего ИК диапазона для возбуждения поляритонной волны, паразитные засветки, вызванные люминесценцией исследуемой среды под действием их излучения, попадают в ИК диапазон, далекий от области регистрации сигнала, лежащей в видимой части спектра. Необходимая поляризация лучей, падающих на кристалл, определяется поляризационными призмами Глана-Томсона ПГ1 и ПГ2. Углы падания лучей накачки на исследуемый кристалл задаются системой зеркал З2-
З4. Кроме того, введение в лучи накачек дополнительных фокусирующих линз Л1-
Л3 позволяет варьировать значение плотности мощности накачек в области их взаимодействия и их угловую расходимость. Рассеянное излучение собирается трехлинзовой системой ЛС в плоскости входной щели спектрографа СП, пройдя предварительно через поляризационную призму Глана-Томсона ПГ3, служащую анализатором рассеянного излучения и отсекающую прошедшее через образец О излучение пробной волны.

На выходе спектрографа формировалась двумерная частотно-угловая картина рассеяния. Отклонение луча по горизонтали соответствовало частоте рассеянной волны, по вертикали - углу рассеяния в плоскости волновых векторов накачек. Устройство кассетной части спектрографа позволяет проводить как фотографическую, так и электронную регистрацию сигнала. В последнем случае приемником сигнала служит ФЭУ2, работающий в аналоговом режиме. Его сигнал через широкополосный усилитель с регулируемым коэффициентом передачи поступает в быстродействующий стробируемый АЦП интегрирующего типа, входящий в состав крейта КАМАК и далее в управляющую
ЭВМ типа IBM PC/AT. Управляющая ЭВМ посредством блоков, входящих в состав крейта КАМАК, осуществляет синхронизацию и управление работой отдельных узлов установки. В настоящем варианте установки, при фотоэлектронной регистрации спектра, ФЭУ был неподвижен, и перед ним была помещена щель переменной ширины с микрометрическим винтом. Сканирование спектра по частоте осуществлялось путем поворота призменной части спектрографа шаговым двигателем ШД1. Другой двигатель ШД2 служит для поворота кристалла в плоскости, содержащей все лучи накачек, что дает возможность изменять расстройку фазового синхронизма в образце. Дополнительный фотоприемник ФЭУ1 служит для контроля мощности накачки. Использование прерывателя пробного луча ПЛ позволяет автоматически вычитать фон, связанный с засветкой фотоприемника излучением суммарной частоты двух инфракрасных лазеров.
Оптическая схема установки ориентирована на регистрацию стоксовой компоненты рассеянного излучения. Это позволяет легко переходить от наблюдения спонтанного трехфотонного рассеяния света на поляритонах к наблюдению рассеяния на когерентно возбужденных состояниях среды простым включением ИК накачек, поскольку в обоих случаях рассеянное излучение лежит в одном частотно-угловом интервале.

Глава 4. Исследование характеристик кристаллов методом активной спектроскопии.

Четырехволновое рассеяние света возбуждалось в кристаллах ниобата лития, легированных магнием Mg:LiNbO3 c концентрацией примеси Мg
0.68масс.% и 0.79масс.% (кристаллы No.4,5). Данные по показателям преломления в видимой и ближней ИК области для кристалла No.4 были получены путем интерполяции данных для кристаллов No.3,5. В эксперименте возбуждался поляритон в окрестностях частот 541см-1, 550см-1, 558.5см-1, 560см-1. Для этого для каждого выбранного значения частоты поляритона (P устанавливается частота генерации перестраиваемого лазера (2 в соответствии со вторым уравнением из (12). Затем лучи ИК накачек направлялись на кристалл под фиксированными углами (1 и (2 к направлению распространения зондирующей накачки. Далее измерялась зависимость интенсивности сигнала на частоте
(S=(L-(1+(2 от угла поворота кристалла ( в плоскости волновых векторов накачек.

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: виды шпор, в контакте сообщения.





Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6 | Следующая страница реферата