Динамика оптических спектров примесных центров в кристаллических и аморфных матрицах : исследования методами когерентного и некогерентного фотонного эха

• Автор: Каримуллин, Камиль Равкатович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 160 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СПЕКТРОСКОПИЯ ПРИМЕСНЫХ КРИСТАЛЛОВ И ПОЛИМЕРОВ

1.1. Особенности динамики оптических спектров редкоземельных ионов в кристаллических матрицах

1.1.1. Спектры примесных редкоземельных ионов в кристаллах

1.1.2. Обзор основных методов и результатов исследований в области спектроскопии примесных центров в кристаллах, активированных редкоземельными ионами

1.2. Спектроскопия примесных хромофорных молекул в аморфных матрицах

1.2.1. Особенности внутренней динамики неупорядоченных сред

1.2.2. Спектры и динамика оптических переходов примесных центров в полимерах и стёклах. Основные методы исследования и их обзор
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ТЕХНИКА КОГЕРЕНТНОЙ И НЕКОГЕРЕНТНОЙ ЭХО-СПЕКТРОСКОПИИ ПРИМЕСНЫХ
КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕД
2.1. Эхо-спектрометры для исследования низкотемпературной динамики оптических спектров примесных кристаллов
2.1.1. Импульсный эхо-спектрометр па основе лазера на красителе
2.1.2. Оптический эхо-процессор
2.2. Экспериментальная техника для спектроскопии неупорядоченных твердотельных сред
2.2.1. Спектрометр некогерентного фотонного эха
2.2.2. Техника контроля и измерения гидростатического давления
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИМЕСНЫХ КРИСТАЛЛОВ МЕТОДАМИ СПЕКТРОСКОПИИ ФОТОННОГО ЭХА
3.1. Фотонное эхо. Оптическая когерентная эхо-спектроскопия
3.2. Спектроскопия перспективных носителей информации для оптического эхо-процессора
3.2.1. Выбор образцов
3.2.2. Спектроскопическое исследование кристаллов, допированных трёхзарядными ионами тулия
3.3. Оптическая эхо-спектроскопия высококонцентированного граната с тулием
3.4. Численное моделирование спектров сигналов первичного и стимулированного фотонного эха в примесных кристаллах
3.4.1. Моделирование оптических когерентных переходных явлений

3.4.2. Провалы в спектрах эхо-сигналов и их численное моделирование
ГЛАВА 4. ДИНАМИКА ОПТИЧЕСКИХ СПЕКТРОВ ПРИМЕСНЫХ ЦЕНТРОВ В ПОЛИМЕРАХ: ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОМ НЕКОГЕРЕНТНОГО ФОТОННОГО ЭХА
4.1. Некогерентное фотонное эхо. Физика явления
4.2. Спектроскопия аморфных примесных полимеров при высоких температурах
4.2.1. Методика приготовления образцов и их спектроскопическое исследование
4.2.2. Метод измерения времён фазовой релаксации по спадам сигналов четырёхволнового смешения
4.3. Температурная зависимость однородной ширины спектральной полосы молекул тетра-терт-бутилтеррилена в матрице полиизобутилена
4.3.1. Теоретические модели температурной зависимости однородной ширины спектральных линий примесных центров в аморфных средах
4.3.2. Исследование температурной зависимости однородной ширины полосы спектрального перехода Sg-S/ хромофорных молекул тетра-терт-бутилтеррилена в матрице полиизобутилена методом некогерентного фотонного эха
4.4. Первые эксперименты по исследованию влияния повышенного гидростатического давления на спектры примесных полимеров
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРА ТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
БЛАГОДАРНОСТИ

ВВЕДЕНИЕ
Оптическая спектроскопия занимает особое место среди различных методов исследования вещества. Одним из важнейших факторов, способствовавших её интенсивному развитию в середине прошлого столетия, стало создание мощных источников монохроматического когерентного излучения — лазеров, благодаря которым возникла лазерная спектроскопия. Развитие лазерной техники и создание новых источников лазерного излучения тесно связаны со спектроскопией примесных кристаллов.
Спектроскопические исследования кристаллов, содержащих примесные атомы с недостроенной электронной оболочкой, послужили основой развития ряда направлений техники, объединяемых термином квантовая электроника. В свою очередь технологические потребности стимулировали дальнейшие фундаментальные исследования энергетических спектров примесных кристаллов. Подобные системы стали пробными средами для отработки новых методов спектроскопии, расширивших и дополнивших возможности традиционных методов исследования. Теоретическое предсказание [1], а затем и практическая реализация явления фотонного эха [2] послужили основой создания новой области знания -когерентной оптики, и в частности, - эхо-спектроскопии. Благодаря высокой степени пространственного разрешения данный вид оптической спектроскопии позволяет в отличие от сходных широко известных методик ЯМР и ЭПР изучать слабые сигналы светового эха на фоне мощных возбуждающих импульсов. Перспективы технических приложений когерентных оптических переходных явлений также очень широки. В оптике они связаны с обнаружением долгоживущего стимулированного фотонного эха [3], а также эффектов корреляции [4] и обращения временных форм и волновых фронтов оптических импульсов [5]. Созданные на основе когерентных переходных явлений оптические запоминающие устройства и эхо-процессоры, наряду с практической реализацией динамической эхо-голографии - объекты интенсивно развивающейся в настоящее время области нелинейной оптики - когерентной оптической обработки информации.
Кристаллы, копированные трёхзарядными редкоземельными ионами, находят широкое применение в науке и технике [6]. На сегодняшний день исследования в

примесного 11е3+-иона в нанокристалле. Применение метода спектроскопии одиночных молекул для исследования флуоресценции одиночных нанокристаллов позволило получить ряд очень интересных результатов (см., например, [80]). Развитие данного направления исследований также представляется чрезвычайно важным и перспективным. Существует множество методов исследования нанобъектов, основанных на локальном усилении световых полей. Следует отметить, например, сканирующую зондовую микроскопию [81], а также методы, использующие различные микроволноводы, включая метаматериалы (например, искусственные волноводы, диэлектрические сферы [82], полупроводниковые диски [83], микро-резонаторы [84] и фотонные кристаллы [85]). Локальные оптические поля могут взаимодействовать с оптическими системами размером в несколько нанометров, такими как нанокристаллы, квантовые ямы, квантовые точки, одиночные атомы, ионы и молекулы в ловушках и твердотельных матрицах. Данные исследования тесно связаны с техникой квантовых вычислений и квантовой информатикой [86], в которой квантовые состояния могут «записываться» на атомах и молекулах, храниться и повторно считываться [87]. Существует огромное количество работ посвященных проблемам когерентности в оптике и спиновых системах, например, исследования медленного света в У80:Рг3+ [88] и анализ возможности осуществления квантовых вычислений с использованием редкоземельных ионов [89]. Диапазон исследуемых материалов и доступных временных рамок экспериментов продолжает расширяться в настоящее время и наверняка сохранит подобную тенденцию и в будущем. Перспективные материалы включают в себя кристаллы с очень низким содержанием примесных ионов (в особенности монокристаллы), отдельные нанокристаллы и полупроводники. Подобные исследования потребуют существенного увеличения временного разрешения экспериментальных методик, что в свою очередь даст возможность исследовать сверхкороткие времена спиновых дефазировок и высокотемпературную релаксацию в неупорядоченных системах. Увеличение времени когерентности расширит возможности хранения данных в устройствах квантовой обработки информации. Эксперименты, связанные с увеличением времени когерентности, дадут возможность исследовать с более высоким временным разрешением взаимодействие ядерных спинов [66]. Ожидается, что