Оптическая спектроскопия примесных кристаллов на основе явлений фотонного эха и параметрического рассеяния света

• Автор: Шкаликов, Андрей Викторович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 126 с. : ил.

1 Физические принципы модуляции формы сигналов фотонного эха, физика некогерентного фотонного эха и основы бифотонной оптической спектроскопии примесных кристаллов

1.1 Физические принципы модуляции формы сигналов ядерного и

электронного спинового эха

1.2 Модуляция временной формы сигнала первичного фотонного

эха на примере рубина и скалярные взаимодействия в нем, приводящие к модуляции

1.3 Кристалл рубина и его оптический спектр

1.4 Некогерентное фотонное эхо и оптическая спектроскопия на его

основе

1.5 Параметрическое рассеяние света и получение бифотонов

1.6 Кристалл иттрий-алюминиевого граната, легированный трехвалентным эрбием, и его оптический спектр

1.7 Выводы к главе

2 Экспериментальная аппаратура и методика измерений, использовавшиеся в диссертационном исследовании
2.1 Введение
2.2 Аппаратура, использовавшаяся в модуляционном оптическом
эхо-эксперименте
2.3 Экспериментальная установка по исследованию некогерентного
фотонного эха в рубине

2.4 Экспериментальная установка созданная и апробированная при
проведении бифотонных экспериментов
2.5 Выводы к главе
3 Исследование некоторых актуальных проблем фотонного эха и оптической эхо спектроскопии на примере кристалла рубина
3.1 Введение
3.2 Результаты эксперимента по исследованию модулированной временной формы сигнала обращенного фотонного эха в рубине
3.3 Особенности фотонного эха в корунде, обогащенном только ионами изотопа 53Сг
3.4 Наблюдение и исследование некогерентного фотонного эха в
условиях использования оптоволокна
3.5 Выводы к главе
4 Экспериментальная разработка основ бифотонной оптической спектроскопии примесных кристаллов
4.1 Введение
4.2 Некоторые теоретические основы бифотонной оптической спектроскопии
4.3 Бифотонная оптическая спектроскопия ИАГ легированного эрбием
4.4 Бифотонная оптическая спектроскопия рубина
4.5 Выводы к главе
Основные результаты
Список авторской литературы
Список цитированной литературы

Разработка новых методов оптической когерентной спектроскопии, наряду с развитием уже известных её режимов для спектроскопического изучения более сложных объектов, является по прежнему актуальным направлением современной оптики, относящемся к разделу 2.3 "Основных направлений фундаментальных исследований РАН на период 2007-2011 г.г.". В этом же русле находится одна из базовых тем Казанского ФТИ КНЦ РАН: "Фундаментальные проблемы функционирования фазовой памяти на основе явлений типа фотонного эха и сверхизлучения в примесных кристаллах и нанообъектах и разработка оптимальных режимов использования неклассического света в квантовых устройствах", в рамках выполнения которой проводились исследования по представленной кандидатской диссертации. Подчеркнем, что тематика фотонного эха (ФЭ), предсказанного в Казани, и оптическая эхо-спектроскопия являются традиционными для казанской оптической школы. По этой теме написано несколько книг, масса статей и проведен ряд всероссийских и международных конференций. Поэтому уже при постановке темы: диссертации трудно было ожидать принципиально новых результатов. Тем не менее некоторые из них все же были получены, благодаря использовавшейся аппаратуре. Речь идет о наблюдении модуляции огибающей сигнала ФЭ, вызванной сверхтонким взаимодействием изотопа "хром-53" в рубине, и об обнаружении некогерентного фотонного эха в концентрированном рубине при широкополосном возбуждении, которое возникает из-за использования оптического волокна. Хорошо известно, что ФЭ относится к классу оптических резонансных переходных явлений, формирующихся в условиях, когда длительность возбуждающих лазерных импульсов и времена между ними короче характеристических времен необратимых релаксаций. Сигнал двухимпульсного ФЭ, известный как первичное фотонное эхо (ПФЭ), испускается резонансной средой в момент времени, равный удвоенному интервалу
—У —У
времени между импульсами, в направлении волнового вектора к = 2к% — к,

задержки импульсов в наосекундном диапазоне; 6. блок подавления шума и дрейфа стробоскопического осциллографа.
Управление модулями и их связь с персональным компьютером осуществлялась через интерфейсную плату, подключенную к КА-шине компьютера. Для управления процессом измерения были написаны соответствующие программы на языке С++. Результаты измерений выводились на монитор и записывались в файл данных вместе с результатами статистической обработки: среднее, максимальное и минимальное значение амплитуд сигнала, значение среднеквадратичной ошибки, значение величины "фонового" сдвига сигнала. В итоге, данная экспериментальная установка давала возможность осуществлять полную автоматизацию измерений ОФЭ в наносекундном диапазоне длительностей.
Напомним, что регистрация сигналов ФЭ всегда традиционно производилась на скоростном запоминающем осциллографе типа 12-7 [1]. Главным недостатком этого метода регистрации является сложность получения информации от такого осциллографа. Поэтому, как правило, регистрация сигнала ФЭ производилась только путем фотографирования с экрана осциллографа и дальнейшая обработка проводилась вручную. Еще одним недостатком применения скоростного осциллографа является узкая полоса его пропускания, которая не позволяла различить возможные модуляции во временной форме эхо-сигнала. Поэтому для исследования временной формы фотонного эха в кристалле рубина был использован стробоскопический осциллограф С7-8, полоса пропускания которого составляла 1ГГц.
Как известно, в стробоскопическом осциллографе (СО) используется принцип последовательного стробирования мгновенных значений сигнала для преобразования (сжатия) его спектра; при каждом повторении сигнала определяется (отбирается) мгновенное значение сигнала в одной точке. К приходу следующего сигнала точка отбора перемещается по сигналу, и так до тех пор, пока он не будет весь простробирован. Преобразованный сигнал, представляющий собой огибающую мгновенных значений входного сигнала, повторяет