Генерация терагерцовых волн движущимися светоиндуцированными источниками

• Автор: Бодров, Сергей Борисович
• Шифр специальности: 01.04.03, 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 150 с. : ил.

Освоение терагсрцового ТГц диапазона частот одно из наиболее горячих и бурно развивающихся направлений современной прикладной физики. Терагерцовый бум, охвативший многие исследовательские группы в различных странах мира, обусловлен перспективами широких практических приложений ТГц излучения или, как иногда говорят, Тлучей. В терагерцовом диапазоне лежат спектры многих важных органических молекул, включая белки и ДНК , а также фонониые резонансы кристаллических решеток 2, что позволяет развивать новые, методы спектроскопии биологических и полупроводниковых образцов . С помощью терагерцового излучения можно управлять химическими реакциями и манипулировать электронными состояниями в квантовых ямах , . В отличие от рентгена Тлучи позволяют проводить безвредную для человека диагностику , , в том числе раковых опухолей, глубины и степени ожогов. Перспективны такие применения ТГц излучения, как беспроводная коммуникация компьютеров и периферийных устройств внутри зданий, разработка систем безопасности на основе терагсрцового видения и др.


Колебания возбуждаются нондеромоторной силой, выталкивающей электроны из области сильного поля. Исследование кильватерных воли в целях создания компактных лазерных ускорителей частиц активно ведется уже более лет см. В экспериментах концентрация плазмы составляет обычно около см3, при этом плазменная частота лежит как раз в терагерцовом диапазоне. Однако использовать интенсивные плазменные колебания в качестве источника терагерцового излучения непосредственно нельзя их групповая скорость равна нулю или мала при учете теплового движения в плазме, и, следовательно, они не могут высвечиваться из плазмы в вакуум. В работах 13 на основании численного Р1С моделирования продемонстрирована возможность трансформации кильватерной волны в терагерцовое излучение в слое неоднородной плазмы. Другая идея, предложенная в работе 4, состоит в наложении на плазму внешнего магнитного ноля в поперечном по отношению к траектории лазерного импульса направлении. Простые оценки в рамках одномерной модели предсказывают высокую мощность излучения до МВт при использовании в качестве накачки наиболее мощных современных лазеров. Двумерные и трехмерные численные расчеты методом I подтвердили возможность достижения высокой выходной мощности 5. Однако проведенные в годах японской группой эксперименты с использованием фемтосекундного лазера мощностью 0. ТВт и магнитного поля напряженностью до нескольких килогаусс не дали ожидаемого уровня мощности терагерцового излучения 6, 7. Зарегистрированная в экспериментах мощность составила всего несколько десятков милливатт. Неадекватность предложенной в 4 одномерной модели связана с тем, что в экспериментах для достижения высокой интенсивности оптического излучения используют сильно сфокусированные лазерные пучки. Например, в экспериментах 6, 7 диаметр лазерного пучка составлял около мкм, что па порядок меньше длины волны генерируемого терагерцового излучения. В численном моделировании 5 влияние ширины лазерного пучка на эффективность генерации не исследовалась. Для исследования роли . Перейдем к последовательному краткому изложению содержания диссертации. Диссертации состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Во введении обосновывается актуальность работы, формулируются ее цели, кратко излагается содержание диссертации, приводятся основные положения, выносимые на защит. В первой главе предложен и исследован метод черепковского возбуждения терагерцовых поверхностных волн светоипдуцированпым нелинейным источником, движущимся вдоль поверхности полупроводника со сверхсветовой скоростью. В и. Показано выполнение кинематического условия фазового синхронизма между движущимся источником и парциальной поверхностной волной в пределах черепковского конуса. Рассмотрение ведется применительно к поверхностным волнам определенного типа поверхностным плазмонполяритопам, направляемым поверхностью легированного полупроводника. В и. Максвелла и уравнение движения свободных носителей электронов. В уравнения Максвелла в качестве источника входит нелинейная поляризация, наводимая в полупроводнике в результате выпрямления лазерного импульса. Предполагается, что энергия оптического кванта превышает ширину запрещенной зоны полупроводника, и лазерный импульс поглощается в тонком приповерхностном слое. Это соответствует типичным экспериментальным условиям возбуждения ваАв излучением титансанфирового лазера. Применяя преобразование Фурье к исходным уравнениям и сшивая решения полученных в результате уравнений на границе полупроводника, рассчитаны Фурьеобразы электромагнитных полей в вакууме и полупроводнике. В п. Фурьеиреобразованию из общего поля излучения выделены поверхностные волны. Построена картина поля излучения поверхностных волн. Обнаружено, что в зависимости от направления нелинейной поляризации картина ноля может быть как симметричной относительно траектории движения светового пятна, так и асимметричной, что дает возможность управлять направлением эмиссии тсрагерцовых поверхностных волн путем . Исследовано влияние ширины и длительности лазерного импульса на картину ноля. В п.