Временная динамика поляризационно-чувствительного нелинейного отклика среды при взаимодействии сверхкоротких лазерных импульсов с молекулами в объеме и на поверхности

• Автор: Шкуринов, Александр Павлович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 324 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Г лава 1. Фемтосекундные лазерные системы оптического и терагерцового диапазонов частот, созданные на основе твердотельных лазеров на Ti: Sapphire с килогерцовой частотой повторения импульсов
1.1 Фемтосекундные экспериментальные установки для исследования энергетических, поляризационных и спектральных свойств нелинейно-оптических сигналов в оптически-активных средах
1.2 Импульсные терагерцовые спектрометры на основе фемтосекундных лазеров с килогерцовой частотой повторения импульсов
1.3 Газово-плазменные (ГПС) методы генерации и регистрации импульсного терагерцового излучения и спектрометры, созданные на их основе
1.4 Выводы к Главе
Глава 2. Исследование нелинейных оптических эффектов в объеме и на поверхности оптически активной жидкости при взаимодействии с пучком фемтосекундных лазерных импульсов
2.1 Пространственная симметрия среды и ее оптические восприимчивости
2.2 Исследованике поляризационно-чувствительных нелинейно оптических свойств поверхности растворов оптически-активных молекул с помощью генерации «отраженной второй гармоники»
2.3 Экспериментальное исследование нелинейноых оптических поляризационных эффектов в объеме оптически-активной жидкости при взаимодействии со сфокусированным лазерным пучком фемтосекундных импульсов

2.4 Исследование свойств "запрещенной" Второй Гармоники в мелкодисперсной суспензии пурпурных мембран (бактериородопсин)
2.5 Исследование свойств растворов зеркально-асимметричных молекул в условиях усиления нелинейно-оптического отклика среды при возбуждении поверхностных электромагнитных волн (ПЭВ)
2.6 Выводы к Главе
Глава 3. Импульсная терагерцовая спектроскопия молекулярных кристаллов и нанострутурированных оксидов
3.1 Импульсная терагерцовая спектроскопия молекулярных кристаллов
3.2 Импульсная Терагерцовая спектроскопия кортикостероидных гормонов
3.3 Исследуемые вещества
3.4 Параметры компьютерного моделирования: моделирование молекулярного кристалла
3.5 Экспериментальное исследования кортикостероидных гормонов методом импульсной терагерцовой спектросокопии
3.6 Исследование свойств наноструктурированного оксигидроксида алюминия в терагерцовом диапазоне частот
3.7 Выводы к Главе
Заключение
Литература

Введение.
Поляризационные нелинейно-оптические эффекты, т.е. зависимость нелинейного отклика среды от состояния поляризации взаимодействующих с ней световых волн, являются одной из существенных составляющих волновой оптики и служат основой реальных методов исследования вещества. Принципы поляризационной нелинейной оптики используются для анализа распространения света в активных лазерных средах для поляризационной спектроскопии конденсированных сред.
Существует несоколько наиболее эффективных и развитых методов нелинейной спектроскопии является спектроскопия основанная на генерации второй гармоники, расностной и суммариной частоты и четырехволнового смешения. В полной мере это относится и к поляризационной нелинейной спектроскопии, различные варианты которой развиваются с 1956 года, когда Букингемом была развита теория оптического эффекта Керра - простейшего проявления вырожденного по частоте четырехволнового взаимодействия в поляризационной нелинейной оптике.
Новые возможности открываются при изучении нелинейных поляризационных эффектов, обусловленных нелокальностью, т.е. пространственной дисперсией нелинейного оптического отклика. Причины этого понятны, если принять во внимание, что тензоры нелокальной и локальной восприимчивости имеют различную симметрию и, следовательно, описывают различные механизмы формирования оптического отклика. Так нелинейным обобщением естественной оптической активности - поворота плоскости поляризации световой волны в гиротропной среде -является эффект нелинейной оптической активности (НОА), впервые описанный Ахмановым и Жариковым (1967). В простейшем варианте он проявляется как зависимость вращательной способности вещества от интенсивности распространяющейся в нем световой волны. Однако современная трактовка НОА как процесса четырехволнового смешения шире, чем просто поляризационного самовоздействия. Например, эффективным инструментом изучения механизма формирования нелокального оптического отклика является многолучевая НОА, когда

При линейном ЭО процессе вызванное полем фазовое запаздывание пропорционально приложенному электрическому полю; таким образом, ЭО коэффициент определенного ряда ЭО кристаллов может быть охарактеризован полуволновым полем Еж кристалла, которое определяется как минимальное электрическое поле, приводящее к фазовому запаздыванию ж радиан в ЭО кристалле с единичной толщиной. В результате максимальное фазовое запаздывание, которое может вызвать ТГц поле в ЭО кристалле, есть
Г = ^ ^

В таблице 1.1 приведены свойства пяти наиболее используемых ЭО кристаллов со структурой сфалерита [26].
Табл. 1.1 Свойства пяти ЭО кристаллов со структурой сфалерита
2пТе ваАв ІпР ОаР гп
Е* (/ = 1 мм), кВ/см 89.0 161 153 252
Чувствительность, мВ/см Гц 3.20 5.80 5.51 9.07 12.
Эквивалентная мощность шумов, 10“16Вт/Гц 0.27 0.89 0.80 2.2 5.
уто, ТГц 5.3 8.0 10.4 11 10.
3.18 3.63 3.54 3.34 2.
п 2.85 3.63 3.54 3.18 2.
Длина волны фазового согласования, нм 822 1405 1230 1030
Частота ТО фотона, ТГц 5.3 7.6 10.0 10.8 9.
Для измерения фазового запаздывания зондирующего лазерного луча может применяться метод балансного измерения, который обеспечивает высокий сигнал и непосредственно измеряет напряженность ТГц поля. Принципиальная схема метода балансного детектирования приведена на рис. 1.7. Линейно поляризованный зондирующий пучок превращается в эллиптически поляризованный вследствие ЭО процесса. Для изменения типа поляризации зондирующего пучка используется четвертьволновая пластинка, которая может быть помещена или перед, или после ЭО кристалла. Анализатор расщепляет зондирующий пучок, прошедший ЭО кристалл, на два пучка с я- и /^-поляризациями. Для измерения разности интенсивностей этих пучков используется пара сбалансированных фотодетекторов. Если ТГц поле отсутствует, то после четвертьволновой пластинки поляризация излучения круговая и 5- и р-поляризованные пучки после анализатора будут иметь одинаковую интенсивность; следовательно, на выходе балансного детектора сигнал будет равен нулю. Присут-