Двухфотонное поглощение пикосекундных лазерных импульсов в кристаллах вольфраматов и молибдатов

• Автор: Луканин, Владимир Ильич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 126 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Нелинейные процессы двухфотонного поглощения

1.1. Теоретические аспекты многофотонных процессов

1.2. Методы измерения коэффициентов и сечений двухфотонного поглощения

1.2.1. Прямые методы измерения

1.2.2. Косвенные методы измерения

1.3. Межзоннос двухфотонное поглощение. Обзор литературы

1.4. Выводы к Главе

Глава 2. Методики экспериментов

2.1. Лазерный пикосекундный источник возбуждения

2.2. Метод измерения коэффициентов двухфотонного поглощения с использованием цугов никосекундных лазерных импульсов
2.3. Измерение коэффциентов двухфотонного поглощения в сфокусированных пучках
2.4. Выводы к Главе
Глава 3. Коэффициенты двухфотонного поглощения в кристаллах АМО4 (А=РЬ, Zn, Са, Ва, Квй; М=У, Мо)
3.1. Объекты исследования
3.2. Коэффициенты двухфотонного поглощения в кристаллах при возбуждении излучением с длиной волны 523,5 нм
3.3. Коэффициенты двухфотонного поглощения в кристаллах при возбуждении излучением с длиной волны 349 нм
3.4. Конкуренция двухфотонного поглощения и вынужденного комбинационного рассеяния
3.5. Выводы к Главе
Глава 4. Динамика генерации и релаксации электронных возбуждений при двухфотонном межзонном поглощении в кристаллах
4.1. Кинетические методы исследования в широком временном, спектральном и температурном диапазонах
4.2. Кинетики наведенного поглощения при двухфотониом межзонном поглощении в кристаллах АМО
4.3. Выводы к Главе
Выводы
Список литературы

Введение.
Оптические методы исследования материалов, основанные на нелинейном двухфотонном поглощении (ДФП) мощных сверхкоротких импульсов, находят все большее распространение вследствие ряда замечательных достоинств. Исследованию процессов генерации и релаксации электронных возбуждений при двухфотонном и однофотонном поглощении в органических и неорганических средах уделяется пристальное внимание, о чем свидетельствует большое количество публикаций (см. [1,2] и ссылки в них). Достоинства метода ДФП особенно наглядно проявляются при возбуждении межзонных переходов в диэлектриках. Так при однофотонном возбуждении электронных уровней в зоне проводимости материал практически непрозрачен, и энергия возбуждения претерпевает безызлучательные потери в приповерхностном слое. В этом случае люминесцентные или абсорбционные характеристики, например кристаллов вольфраматов и молибдатов, зависят от способа приготовления и обработки поверхности образца [3]. В случае двухфотонного лазерного возбуждения, когда энергия одного из фотонов соответствует области прозрачности материала, вероятность подобных эффектов не высока, и появляется возможность исследования спектрально-люминесцентных свойств при объемном однородном возбуждении образца и селективном возбуждении электронных уровней в зоне проводимости.
Следует заметить, что техника ДФП получила широкое распространение, в частности, с развитием технологии приготовления различных органических сред. Если посмотреть на более чем 150 публикаций по ДФП, приведенных в обзоре [2], то примерно две трети из них касаются ДФП в органических средах. Тем не менее, из большого ряда материалов, исследуемых методами ДФП, практически выпадают неорганические оксидные кристаллы и, в частности кристаллы вольфраматов и молибдатов двухвалентных металлов. Исследования оптических свойств этих кристаллов

актуальны вследствие их использования в качестве детекторов ионизирующего излучения [1], а также перспективных нелинейных оптических материалов, например преобразователей частоты лазерного излучения с использованием вынужденных процессов ВКР и четырехфотонного смешения [4-6]. Для практических применений кристаллов в датчиках ионизирующих излучений необходимо знать скорость сцинтилляционного отклика. В связи с этим особый интерес представляют вопросы, связанные с генерацией и релаксацией электронных возбуждений в средах. Наряду с хорошо развитыми методами линейной абсорбционной и люминесцентной спектроскопии, использование методов двухфотонной нелинейной спектроскопии открывает дополнительные возможности, связанные с селективным возбуждением электронных состояний в зоне проводимости с помощью мощного пико- или фемтосекундного лазерного излучения, а также с различием правил отбора для одно- и двухфотонных процессов возбуждения.
Цель работы.
Перспективность исследования кристаллов вольфраматов с использованием метода ДФП была показана в работе [7], где при наносекундном лазерном возбуждении исследовались люминесцентные характеристики кристаллов Са\Ю4, и в работах [8, 9], в которых методом Z-scan измерялось ДФП в кристаллах Ва¥С>4 и К.0с1(\/04)2. К моменту начала работы над диссертацией данные о характеристиках ДФП для большинства кристаллов вольфраматов и молибдатов отсутствовали. В связи с этим измерение коэффициентов межзонного двухфотонного поглощения, исследование динамики генерации и релаксации электронных возбуждений, сопоставление эффективности ДФП с эффективностью двухфотонного процесса вынужденного комбинационного рассеяния имеет важное научное значение для дальнейшего использования исследованных кристаллов в нелинейной оптике и физике высоких энергий. Это и являлось основной

Рисунок 8 - Внешний вид квантрона.
Система охлаждения двухконтурная. По внутреннему замкнутому контуру циркулирует дистиллированная вода, по внешнему проточному контуру течет обычная водопроводная вода. Такая конструкция позволяет эффективно охлаждать осветитель и все элементы, входящие в него, в такой схеме устанавливается высокостабильный температурный режим, а загрязнение квантрона примесями водопроводной воды исключается.
Резонатор лазера состоял из двух зеркал: выходного клиновидного зеркала с коэффициентом отражения Я = 35% (рисунок 9) и заднего клиновидного зеркала с коэффициентом отражения Я = 100% (рисунок 10). Длина резонатора равнялась примерно одному метру.
Рисунок 9 - Внешний вид выходного клиновидного зеркала.
Для исключения селекции мод выходное зеркало выполнено в форме клина (рисунок 9). Такая конструкция позволяет также использовать часть отраженного излучения для регистрации и контроля генерации.