Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

МОСКОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ім. М. В. ЛОМОНОСОВА

ФІЗИЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ

ТРЬОХ-і чотирьох РОЗСІЮВАННЯ СВІТЛА

На поляритоні В КРИСТАЛАХ

Ніобіту літію з домішками.

реферат випускника фізичного

факультету Лосевских П.С.

Науковий керівник

кандидат фіз.-мат. наук,

ст. н. с. Китаєва Г. Х.

МОСКВА - 1997

Зміст.

Введення.

3

Глава 1. Розсіяння світла на рівноважних поляритонах.

§ 1 Розсіяння світла в однорідних кристалах.

1.1 Дисперсійна крива кристала.

1.2. Інтенсивність СПР і симетрія кристала LiNbO3.

§ 2. Розсіяння світла на поляритонах в умовах

нелінійної дифракції.

§ 3. Експериментальна установка для спостереження СПР.

5

5

5

7

9

11

Глава 2. Дослідження характеристик однорідних та шаруватих кристалів

ніобіту літію з різним вмістом домішок методом

спектроскопії СПР.

§ 1. Зразки кристалів LiNbO3.

§ 2 Показники заломлення кристалів у видимому й інфрачервоному

діапазоні спектру випромінювання.

2.1 Дисперсія у видимій та ближній ІЧ області спектра.

2.2 Дисперсія в поляритонної області спектра.

§ 3. СПР в моно-і полідоменних кристалах.

§ 4. Товщина шару в полідоменном LiNbO3.

12

12

13

13

19

21

24

Глава 3. Чотирьох розсіювання світла на поляритонах.

§ 1. Огляд ефектів в нецентросиметричних середовищах.

§ 2. Пряма чотирьох взаємодію.

§ 3. Каскадні трьоххвилеві процеси.

§ 4. Експериментальна установка для спостереження

чотирьох фотонного розсіяння світла на поляритонах.

26

26

27

29

31

Глава 4. Дослідження характеристик кристалів методом активної спектроскопії.

34

Висновок.

44

Література.

45

Введення.

Завданням даної роботи є дослідження розсіювання світла на рівноважних і порушуваних поляритонних станах в кристалах. До таких типів розсіяння відноситься спонтанне параметричне розсіювання (СПР) і деякі різновиди чотирьох розсіювання. Кінцевою метою є розробка методики визначення оптичних характеристик кристалів з різною структурою методом активної спектроскопії. Зразками для дослідження служать кристали ніобіту літію. У свою чергу, серед них виділяються три групи: просторово-однорідні кристали, але з різним вмістом домішки (використовуються кристали з домішкою магнію і неодиму), просторово-неоднорідні моно доменні середовища і неоднорідні полідоменні середовища з регулярними шарами зростання, які можуть використовуватися для квазісинхронного перетворення лазерного випромінювання.

Для вивчення цих трьох груп кристалів використовується спонтанне параметричне розсіювання (СПР) і розсіяння світла на поляритонах (РСП) [1]. C допомогою цього методу можна виявити явища, що не виявляються в спектрах комбінаційного розсіяння світла на фононах. Це відбувається в тих достатньо поширених випадках, коли частоти фононів залишаються практично незмінними, а міняються тільки сили осциляторів або константи загасання фононів. При цьому істотно змінюється і закон дисперсії поляритонних станів. У даній роботі отримані спектри спонтанного розсіювання однорідних кристалів ніобіту літію з різною концентрацією домішки магнію, виміряні показники заломлення у видимій та інфрачервоній області спектра. Потім були досліджені кристали з шарами зростання, деякі з яких мають регулярну доменну структуру. У полідоменних кристалах параметричне розсіювання при наявності нелінійної дифракції несе в собі інформацію не тільки про дисперсійні характеристики середовища (залежності середніх значень показників заломлення та поглинання, квадратичної сприйнятливості як від частот так і від поляризації накачування, сигнальної та поляритонної хвиль); але і про характеристики періодичної доменної структури (просторового розподілу оптичних властивостей).

Також розглядаються два процеси активної спектроскопії: прямі чотирьохфотонні процеси та каскадні трьохфотонні процеси, пов'язані з нелінійними сприйнятливостями c (3) і c (2) відповідно. Перші роботи в цій галузі були початі ще в кінці 60-х років [2]. Ця частина дослідження представляє найбільший інтерес, оскільки спектроскопія нерівноважних станів здатна дати значно більше інформації на відміну від інших методів, які мають набагато меншу величину корисного сигналу на виході з досліджуваного об'єкта. Досліджено особливості чотирьох процесів розсіювання світла на поляритонах для створення оптимальної спектроскопічної схеми, що дозволяє проводити вимірювання дисперсії поляритонів. Далі результати чотирьох методики порівнюються з дисперсією поляритонних станів, отриманої за спектрами трьох хвильового розсіювання світла на поляритонах.

Глава 1. Розсіяння світла на рівноважних поляритонах.

§ 1 Розсіяння світла в однорідних кристалах.

Параметричне розсіювання світла є процес спонтанного розпаду фотонів накачування (w L, kL) в кристалі з відмінною від нуля квадратичної сприйнятливістю на сигнальний (w S, kS) і холостий фотони (w P, kP), або фотон і поляритон. Хвильові вектори і частоти при стоксовом розсіянні задовольняють таким умовам:

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками , (1)

які є законами збереження імпульсу і енергії. Частоти власних механічних коливань кристалічної решітки мають той самий порядок коливань, що і частоти інфрачервоних електромагнітних хвиль: від 1011 до 1013 Гц (10-3000 см-1). За певних умов можливе пряме взаємодія оптичних коливань решітки з інфрачервоними електромагнітними хвилями, тобто існування поляритоних хвиль.

1.1 Дисперсійна крива кристала.

Основні риси частотно-кутового спектра СПР визначаються дисперсійної кривої w (k) кристала. Дисперсійне співвідношення кубічного (неанізотропного) кристала в гармонійному наближенні в одно випадку має вигляд:

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками , (2)

де e Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками - Діелектрична проникність середовища на частотах багато великих фундаментальних частот кристалічної решітки, але багато менших частот електронних переходів, f = e 0-e Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками - Сила осцилятора, w 0 - фундаментальна частота оптичного коливання решітки. На рис.1 приведена дисперсійна крива відповідна рівнянню (2). Якби поперечні механічні коливання і електромагнітні хвилі були незалежні, то перші описувалися

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками

Рис.1 Дисперсія кубічного кристала.

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками

Рис.2 Дисперсія анізотропного кристала.

б прямими. w (k) = w TO і w (k) = w LO, а другі - прямий w = Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками . Запізнюється взаємодія між цими коливаннями в кристалі призводить до поляритонних збуджень, що мають змішану електромеханічну природу. На частотах, великих w LO знаходитися верхня поляритонна гілку. На частотах між w TO і w LO знаходиться заборонена зона, де середовище не прозора для об'ємних хвиль.

У анізотропних одновісних кристалах частотах поперечних і поздовжніх коливань w Т і w L відповідають частоти коливань, зміщення яких паралельні (w ЕТ; w ЕL) і перпендикулярні (w ВІД; w оL) оптичної осі. На рис.2 зображені дисперсійні криві, що відповідають випадку, коли вектор Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками перпендикулярний головної оптичної осі кристала.

1.2. Інтенсивність СПР і симетрія кристала LiNbO3.

Вперше питання про інтенсивність СПР розглядався в роботі [3]. Коли поляритонна частота wp далека від частоти фонона, досить розглядати квадратичну нелінійну сприйнятливість c (2). Будемо розглядати накачування, як плоску монохроматичну хвилю з інтенсивністю SL і припустимо, що кути розсіювання qp, s на частотах wp, ws малі, так що Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками , Де А - перетин розсіюючого об'єму V, l - довжина кристала. Тоді потужність, що розсіюється на частоті ws в напрямку Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками в одиничний спектральний і кутовий інтервали, дорівнює [4]:

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками (3)

де Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками - Згортка тензора c (2) і ортов поляризації відповідних хвиль, ns, p, L - показники заломлення на відповідних частотах, а Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками - Форм-фактор, що описує частотно-кутову структуру СПР, коли середовище прозора на всіх трьох частотах. В останньому виразі введено позначення Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками ,. Де Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками - Відбудова хвильового вектора поляритону від точного синхронізму.

Тензор квадратичної сприйнятливості c (2) однорідних кристалів ніобіту літію, що використовувалися в даній роботі, має вигляд [5]:

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками , (4)

причому c xxy =- 2c yyy, c yxx =- c yyy, c yyz = c xxz, c zyy = c zxx. Кристалофізичні осі орієнтовані щодо елементів симетрії наступним чином: вісь Z збігається з оптичною віссю кристала, віссю симетрії третього порядку, вісь X перпендикулярна площині дзеркальної симетрії m, а вісь Y лежить у цій площині. Геометрії розсіювання, яка була реалізована в експерименті, відповідає схематична запис X (Z, Y) X + D Z. Тут послідовність індексів задає напрями векторів Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками відповідно. Останній вираз X + DZ визначає площину розсіювання, яка, у свою чергу, задається орієнтацією вхідної щілини спектрографа (в даному випадку площина XZ). Відповідно до виду тензора нелінійної поляризуемости (4) константа нелінійного взаємодії дорівнює:

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками (5)

Це означає, що реєструвалося випромінювання, розсіяне на звичайних поляритонах.

§ 2. Розсіяння світла на поляритонах в умовах нелінійного дифракції.

Зміна нелінійної сприйнятливості в просторі надає вплив на протікання параметричного процесу в кристалі. Періодична модуляція нелінійної сприйнятливості впливає на умови просторового синхронізму [6]:

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками , (6)

де Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками - Вектор оберненої гратки, пов'язаний з шарами-доменами, d - товщина шару, Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками - Одиничний вектор, перпендикулярний верствам, m - ціле число. Умови тимчасового синхронізму при цьому не змінюються. Ефективна нелінійна сприйнятливість (5) може бути розкладена в вигляді (c eff (2) º c):

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками (7)

Амплітуди просторових гармонік квадратичної сприйнятливості мають вигляд:

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками (8)

Тоді поляризація на частоті розсіяного випромінювання виглядає наступним чином:

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками (9)

Звідси видно, що інтенсивність розсіяного випромінювання в напрямку, відповідному m-ому порядку дифракції, пропорційна Фур'є-амплітуді c m.

Нелінійна дифракція дозволяє отримати нове рівняння просторового синхронізму при генерації другої гармоніки. У роботі [7] досліджували генерацію другої гармоніки (ВГ) в шарувато-неоднорідному кристалі ніобіту барію-натрію. Прослідкувала температурна залежність інтенсивності ВГ при нелінійної дифракції світла в околиці сегнетоелектричної фазового переходу. Вище температури цього переходу доменів немає, тому інтенсивність ВГ різко падає, не опускаючись до нуля, тому що існує залишкова поляризованность шарів.

У роботі [6] отримані спектри нелінійної дифракції в полідоменном кристалі ніобіту барію-натрію при параметричному розсіянні світла. При цьому вектор нормалі верств Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками був перпендикулярний вектору накачування Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками . Спостерігалося розсіяння в першому і другому порядку дифракції, зміщеного по куту щодо нульового порядку дифракції. За отриманими спектрами визначено відхилення напрямку росту шарів від оптичної осі кристала і період регулярної доменної структури.

У роботі [8] отримані одночасно в одному кристалі друга і третя гармоніки випромінювання 1,064 мкм. При генерації другої гармоніки в рівняння хвильових векторів входив хвильовий вектор нелінійної дифракції першого порядку (m = 1), а при генерації третьої гармоніки - третього порядку (m = 3). Кристал складався з ділянок з періодичними доменами різної товщини. У кожному процесі брала участь область з доменами, товщина яких задовольняла рівняння просторового синхронізму.

§ 3. Експериментальна установка для спостереження СПР.

Основними елементами експериментальної установки (рис.3) для отримання спектрів спонтанного параметричного розсіювання на поляритонах (ПР-спектрограф) є: аргоновий лазер (1) з довжиною хвилі l L = 488 нм, нелінійний кристал (6), дві призми Глана (поляризатор ( 5) і аналізатор (6)), лінзова оптична система (8) для отримання кутового спектра і спектрограф (10) для отримання частотного спектру.

Випромінювання лазера після направляючих дзеркал (2) проходить через діафрагми (3); служать для контролю положення накачування. Далі поляризатор (5) виділяє поляризацію накачування, паралельну щілини спектрографа. Аналізатор (6) пропускає сигнальну хвилю з поляризацією, перпендикулярної виділеної поляризації накачування. Інтерференційний фільтр (9) затримує випромінювання накачування.

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками

Рис.3. Оптична схема для спостереження параметричного розсіювання.

1. Ar + лазер; 2. Дзеркало; 3. Діафрагма; 4. Довгофокусна лінза; 5. Призма Глана (поляризатор); 6. Зразок (кристал); 7. Призма Глана (аналізатор); 8. Трьохлінзова система; 9 Інтерференційний фільтр; 10. Спектрограф.

Глава 2. Дослідження характеристик однорідних та шаруватих кристалів ніобіту літію з різним вмістом домішок методом спектроскопії СПР.

§ 1. Зразки кристалів LiNbO3.

Досліджувалися кристали ніобіту літію з різною концентрацією домішок (Табл.1). Кристал ніобіту літію - одноосьовий негативний у видимій області спектра, що має велике двопромінепреломлення D n = ne-no ~ 0.1. Концентрація домішок (Nd і Mg) була виміряна за допомогою рентгенівського мікроаналізу. Однорідні кристали No.4, 5,6 вирощені вздовж оптичної осі Z.

Шаруваті кристали No.2, 3 мали форму паралелепіпеда. Домішка неодиму практично не впливає на значення показників заломлення. Шари паралельні грані Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками . Оптична вісь розташована в площині ZY під кутом 57о до нормалі шарів. Кристали ніобіту літію з обертальними шарами зростання і закріпленими на них доменами вирощують шляхом витягування з розплаву. У зразках ніобіту літію з періодичною доменної структурою варіювалася концентрація магнію від шару до шару, відповідно від шару до шару змінювався показник заломлення на малу величину, D n ~ 10-4 [10]. Для вирощування монодоменних кристалів, які мають шари з односпрямованим вектором спонтанної поляризації, прикладають невелика напруга до зразка.

ТАБЛИЦЯ 1.

Кристал LiNbO3

No.

Концентрація магнію.

NMg, мас.%

Концентрація неодиму.

NNd, мас.%

1

0

0

2

0.33

0.31

3

0.41

0.32

4

0.68

0

5

0.79

0

6

1.04

0

§ 2 Показники заломлення кристалів у видимому й інфрачервоному

діапазоні спектру випромінювання.

2.1 Дисперсія у видимій та ближній ІЧ області спектра.

Були виміряні дисперсійні характеристики кристалів Nd: Mg: LiNbO3 (No.2, 3) у видимому і ближньому ІЧ діапазоні методом найменшого відхилення променя, використовуючи гоніометр-спектрометр ГС-5. Для цього з частини кристала вирізувалася призма. На частоті 1.06 мкм для візуалізації випромінювання використовувався прилад нічного бачення. Абсолютна помилка вимірювання становила в середньому Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками 0.0002. Значення no і ne є середніми по області кристала, що значно перевищує період модуляції лінійної та нелінійної сприйнятливості. Результати вимірювання показників заломлення кристалів No.5, 6 представлені в роботі [10]. Значення звичайного та незвичайного показників заломлення в кристалі ніобіту літію без домішок No.1 отримані в статті [11]. Порівняння отриманих даних і результатів робіт [10,11] дозволяє судити про вплив домішки на дисперсійні характеристики. На Рис.4, 5 приведені залежності зміни no і ne від концентрації домішки магнію на довжині хвилі 546 нм і 1064 нм. Видно, що залежності мають однаковий характер у різних областях спектру, причому наявність домішки неодиму в кристалах No.2, 3 не впливає помітно на хід цих кривих.

Дисперсійні характеристики no (l) і ne (l) даних кристалів можуть бути описані формулою Селмейера:

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками , (10)

де A, B, C, D - коефіцієнти Селмейера. Значення коефіцієнтів Селмейера для кристалів No 1,2,3,5,6 дані в таблиці 2, при цьому довжина хвилі використовується в нанометрах. З використанням цих коефіцієнтів були побудовані дисперсійні криві, а потім пораховано D no (l) і D ne (l) - відмінність дисперсій кристалів з домішками від дисперсій бездомішкового кристала (рис.6, 7), також на графіки нанесені експериментальні точки. Можна помітити, що поведінка дисперсії незвичайного показника заломлення полідоменного кристала No.2 сильно відрізняється від ходу D ne (l) монодоменних кристалів. Особливості в спектральній поведінці показника заломлення полідоменного кристала можуть бути пояснені впливом зарядів, що знаходяться на стінках доменів.

Таблиця 2.

Коефіцієнти Селмейера кристалів ніобіту літію

з різною концентрацією домішки магнію.

Кристал No.

Поляризація

A

10-4B

10-4C

108D

1

o

e

4.9025

4.5808

11.8522

9.9699

4.6746

4.3743

2.5609

2.1225

2

o

e

4.911

4.5999

11.3803

8.3609

5.0317

6.2881

3.0712

4.69

3

o

e

4.9001

4.5581

11.5737

9.7078

4.8182

4.4267

3.0052

2.3873

5

o

e

4.9007

4.5574

11.2695

9.2166

4.9275

4.7665

3.9162

3.1645

6

o

e

4.8853

4.5667

11.0338

8.7097

5.0611

5.3125

3.7467

3.7893

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками

Рис.4. Залежність зміни показників заломлення в кристалах ніобіту літію від

концентрації домішки магнію на довжині хвилі 546 нм.

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками

Рис.5. Залежність зміни показників заломлення в кристалах ніобіту літію від

концентрації домішки магнію на довжині хвилі 1064 нм.

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками

Рис.6. Криві відмінності дисперсій незвичайного показника заломлення кристалів з домішкою магнію від дисперсій бездомішкового кристала і експериментальні точки для кристалів No 2 .... n,

No 3 .... l,

No 5 .... s,

No 6 .... t.

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками

Рис.7. Криві відмінності дисперсій звичайного показника заломлення кристалів з домішкою магнію від дисперсій бездомішкового кристала і експериментальні точки для кристалів No 2 .... n,

No 3 .... l,

No 5 .... s,

No 6 .... t.

2.2 Дисперсія в поляритонної області спектра.

Дисперсійні характеристики кристалів у середньому ІЧ діапазоні ми отримали використовуючи спонтанне параметричне розсіювання. Цей метод дозволяє виміряти уявну і дійсну частину діелектричної проникності в області спектра, де поглинання кристала велике: на частотах фононного поляритону і на верхній поляритонної гілки. На відміну від прямого вимірювання ми отримуємо інформацію про ГИК спектрі використовуючи дисперсійні характеристики у видимій області спектра. При процесі СПР частоти і хвильові вектора взаємодіючих хвиль повинні задовольняти умовам частотного та просторового синхронізму (1). Якщо ми знаємо дисперсію кристала на частотах накачування і сигнальної хвилі, то ми можемо отримати дисперсію на поляритонних частотах, використовуючи рівняння (1). На установці, зображеній на рис.3, отримані двовимірні частотно-кутові розподілу інтенсивності розсіяного випромінювання кристалів No.2, 3,4,5. За цих спектрах визначена дисперсія звичайного показника заломлення кристалів на частотах 1.7-10 мкм і 17,5-20,8 мкм. На нижній поляритонної гілки вказана помилка, яка з'являється при вимірюванні частоти та кута розсіяння сигнальної хвилі. На верхній поляритонної гілки помилка не перевищує розміру символу, що позначає експериментальну точку. Таким чином похибка вимірювання показників заломлення спектру методом СПР не дозволяє нам помітити вплив домішки на дисперсію кристалів у ІЧ області. Слід зауважити, що тільки в кристалі No.5 використовувалася геометрія розсіювання, у якій "еліпс" розсіяння на верхній поляритонної гілки досягав довгохвильової області видимої частини спектру. Можливо, якщо розглянути всі кристали в тій геометрії розсіювання, в якій можна отримати дисперсію верхньої поляритонної гілки на частотах поляритону великих 3000 см-1, то ми зможемо виявити відмінність в дисперсійні характеристики кристалів на відповідних частотах. Але поблизу фононної частоти методом СПР це зробити неможливо, оскільки дисперсія тут має велику крутість.

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками

Рис.8. Поляритонна дисперсія кристалів: No.2 ........ n,

No.3 ........ s,

No.4 ........ l,

No.5 ........ Ž.

§ 3. СПР в моно-і полідоменних кристалах.

У шаруватих кристалах може спостерігатися лінійна дифракція світла. Лінійна дифракція може відбуватися на варіаціях діелектричної проникності, тобто зміні показника заломлення кристала. Хвильовий вектор дифрагованого променя повинен лежати на тій же поверхні Френеля, що і падаючий промінь, оскільки лінійна дифракція відбувається без зміни частоти випромінювання. При параметричному розсіянні дифрагувати може будь-яка з хвиль беруть участь у взаємодії (накачування, поляритон), якщо її хвильовий вектор в кристалі задовольняє попереднє положення. На рис.9, 10 дано два спектри для монодоменного No.3 і полідоменного No.2 кристалів відповідно з однаковою товщиною шарів і в однаковій геометрії (поза кристалом кут між накачуванням і нормаллю до верствам 9,6 о). Особливістю розсіювання в області частот від 4000 см-1 до 900 см-1 є падіння інтенсивності до нуля в околиці 1700 см-1. Це явище пояснюється інтерференцією електронної та граткової частин сприйнятливості [12].

У разі монодоменного кристала спостерігається декілька додаткових "еліпсів" в червоній області спектра. Це явище не можна пояснити, як лінійну дифракцію, так як відбувається зміна частоти в порівнянні з основним "еліпсом". А всередині кристалу вектор Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками , Нормальний верствам, майже паралельний накачуванні, тому він не може перевести хвильовий вектор Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками на ту саму поверхню Френеля. Аналогічна ситуація для сигнальної хвилі, так як вона розсіюється на невеликий кут. Виникнення додаткових "еліпсів" на спектрі (рис.9) можна пояснити неоднорідністю кристала або відхиленням його складу від складу, відповідного хімічній формулі. У ніобіті літію відміну, як правило, полягає в невідповідності числа атомів літію в елементарній комірці числа, визначеного хімічною формулою. Цей ефект можна теж віднести до просторової неоднорідності кристала. Судячи по спектру, можна сказати, що в кристалі існує чотири області з різним власним складом. Згідно [13] у видимому діапазоні спектру звичайний показник заломлення не залежить від стехіометрії кристала. Проте в інфрачервоному діапазоні ця залежність досить сильна. Можна визначити показник заломлення поляритону по перебудованих кривих для областей кристала різного складу. Наприклад, на частоті 2700 см-1 він має значення np = 2.133; 2.143; 2.154; 2.167. Це відповідає максимальному розкиду коефіцієнта стехіометрії на 0.01.

У полідоменних кристалах додатково до варіацій показника заломлення варіюється нелінійна сприйнятливість другого порядку. Але вона може змінюватися набагато сильніше лінійної характеристики, в нашому зразку c (2) змінюється від - | c (2) | до + | c (2) | від шару до шару. Нелінійна дифракція відбувається на варіаціях цієї нелінійної сприйнятливості. Сусідні домени мають антипаралельну поляризацію, причому вектора поляризації орієнтовані вздовж оптичної осі кристала. На рис.10 зображений спектр полідоменного кристала ніобіту літію No.2. Крім основного "еліпса" верхньої поляритонної гілки, видно частину "еліпса" розсіяння в перший порядок нелінійної дифракції. Розсіяння в інші дифракційні максимуми не спостерігається, так як для них не виконується умова просторового синхронізму. Також на спектрі, крім поляритонного розсіяння на фононі 580 см-1, видно частину поляритонного розсіяння в перший дифракційний максимум. На рис.11 зображено спектр цього ж кристала No.2 в іншій геометрії розсіювання (кут між накачуванням і нормаллю до верствам -9,2 о поза кристала). "Еліпс" розсіяння на верхній поляритонної гілки збільшився і стосується кривої розсіяння в перший дифракційний максимум. Тепер ми маємо розсіяння в нульовий і перший порядки дифракції на однакових частотах, це дозволяє визначити період доменної структури.

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками Рис.9. Спектр параметричного розсіювання в монодоменному Nd: Mg: LiNbO3.

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками = 47.4o поза кристалом.

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками Рис.10. Спектр параметричного розсіювання в полідоменном Nd: Mg: LiNbO3.

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками = 47.4o поза кристалом.

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками Рис.11. Спектр параметричного розсіювання в полідоменном Nd: Mg: LiNbO3.

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками = 66.2o поза кристалом.

§ 4. Товщина шару в полідоменном LiNbO3.

На рис.13. зображена дисперсія звичайного показника заломлення полідоменного кристала ніобіту літію No.2 на верхній поляритонної гілки, яка отримана за перебудованих кривих рис.10, 11. Ця дисперсія використовується при обчисленні хвильового вектора оберненої гратки, відповідної доменної структурі кристалу. Оскільки при нелінійній дифракції в умову просторового синхронізму входять чотири хвильових вектора, то для цього явища доступна більш велика частотна і кутова область при параметричному розсіянні, ніж для лінійної дифракції. Векторна діаграма цієї взаємодії зображена на рис.12. Хвильовий вектор оберненої гратки можна отримати з рівнянь:

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками (11)

Вектор Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками по порядку величини такої ж, як і хвильовий вектор поляритону, тому не виконується умова просторового синхронізму для нелінійної дифракції в другій і подальші максимуми. Товщина шару була отримана з рівнянь (11) при розсіянні на поляритонах з різними частотами в трьох геометріях Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками = 47.4o, 57о, 66.2o. Її значення склало d = 5.6 ± 0.1 мкм.

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками

Рис.12. Векторна діаграма взаємодії параметричного

розсіювання та нелінійної дифракції.

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками

Рис.13. Дисперсія звичайного показника заломлення полідоменного кристала ніобіту літію, отримана в різній геометрії:

l Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками = 47.4o поза кристалом.

| Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками = 66.2o поза кристалом.

Глава 3. Чотирьох розсіювання світла на поляритонах.

§ 1. Огляд ефектів в нецентросиметричних середовищах.

Випадок нецентросиметричного середовища є найбільш загальним при розгляді процесів активної спектроскопії. У кристалах без центру симетрії в інтенсивність сигналу активної спектроскопії комбінаційного розсіювання (АСКР) дають внесок як прямі чотирьохфотонні процеси, так і каскадні трьоххвилеві процеси, що йдуть через проміжні збуджені стани. Ці процеси йдуть на різних нелінійних восприимчивостях: на кубічній і квадратичної відповідно. Внаслідок когерентності розсіяння різні внески не підсумовуються, а інтерферують. Тому вони можуть призводити до значних змін спектрів АСКР: деформації форми лінії і появі дублетної структури [14]. Детально проаналізовано явище інтерференції трьох-і чотирьоххвильового механізму утворення розсіяних хвиль в роботі [15].

У роботі [2] отримано збудження поляритонної хвилі методом чотирьохфотонної спектроскопії в кристалі GaP. Був визначений показник заломлення і коефіцієнт загасання для трьох частот поляритонної хвилі. Однак при розрахунку коефіцієнта загасання не враховувалися расходимости променів, немонохроматичність збуджуючих накачувань, а також вплив довжини взаємодії на ширину лінії розсіяння. Також проводилися експерименти з порушенням поверхневих поляритонів в кристалі GaP [16].

При каскадному процесі, що складається з двох трьоххвилеві взаємодій, спочатку збуджується поляритонне стан з хвильовим вектором рівним ефективному збудливому, яке може поширюватися за межі області збудження. Потім на ньому розсіюється пробна хвиля. У зв'язку з цим генерація сигналу може мати набагато більшу нелокальність. У роботі [17] досліджувалися пикосекундной поляритонне збудження в хлориді амонію. Спочатку збуджувався поляритон двома накачування, а потім пускався пробний промінь зі зсувом у просторі в напрямку розповсюдження поляритону і з затримкою в часі. При цьому спостерігалося розсіювання на поляритоні поза області її порушення. Це дозволило виміряти групову швидкість поляритону прямим методом, а не через похідну Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками . Також було виміряно час життя збудженого поляритонного стану.

§ 2. Пряма чотирьох взаємодію.

Розглянемо стоксово компоненту розсіяного випромінювання (рис.14). Співвідношення між частотами для даного випадку виконується у вигляді:

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками (12)

де w L-частота пробного випромінювання, що подається на зразок, ws - частота розсіяного на поляритоні випромінювання. При цьому для спостереження ефективного прямого процесу повинна виконуватися умова просторового синхронізму:

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками (13)

Наведемо вираз для інтенсивності сигнальної хвилі з частотою ws [18]:

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками , (14)

IL, I Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками , I Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками -Інтенсивність хвиль з частотами w L, w Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками і w Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками , Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками - Расстройка хвильових векторів, l-довжина взаємодії в кристалі. Чисельний коефіцієнт, що залежить від симетрії кристала, тут і далі опущений. У ефективну кубічну сприйнятливість входять кубічні сприйнятливості прямого і каскадного процесів: Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками .. У свою чергу сприйнятливість прямого процесу поділяється на резонансну та нерезонансну частини: Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками . Зокрема, резонансна частина кубічної сприйнятливості в одно наближенні складає:

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками , (15)

де Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками - Похідна чисто електронної поляризованості в рівноважному положенні ядер, N, M - концентрація і маса ядер відповідно. В останньому виразі Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками , Де w ph - фононів частота, Г-коефіцієнт, що описує згасання (напівширина на напіввисоті фононній лінії розсіяння). Резонансна сприйнятливість зростає при наближенні різницевої частоти до частоти фонона.

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками

Рис.14. Прямий чотирьохфотонний процес.

§ 3. Каскадні трьоххвилеві процеси.

У чотирьох процеси в нецентросиметричних кристалах вносять свій внесок каскадні трьоххвилеві процеси (рис.15). У даному випадку створюється підвищена (в порівнянні з рівноважною) населеність поляритонних станів "розігріваючими" променями з частотами w 1, w 2. Каскадному когерентному розсіювання відповідає приватне рішення неоднорідного хвильового рівняння, в правій частині якого стоїть нелінійна поляризація, збуджена "розігріваючими" променями. Крім співвідношень (12) і (13), в даному випадку необхідно виконання ще однієї умови просторового синхронізму:

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками (16)

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками

Рис.15. Каскадний трьоххвилеві процес.

Такий процес є когерентним, тому що відбувається розсіяння пробної хвилі безпосередньо на порушенні з хвильовим вектором Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками . Каскадна сприйнятливість третього порядку когерентного процесу задається виразом:

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками (17)

Знаменник цього виразу вказує на те, що на інтенсивність у виразі (14) впливає ще одна расстройка хвильових векторів: Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками . Процеси з порушенням поляритонного стану і подальшого розсіяння на ньому відбуваються як два трьоххвилеві процесу на квадратичної сприйнятливості c (2) [19]. Квадратична сприйнятливість теж ділиться на резонансну та нерезонансну частини. Нерезонансних складова Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками де b - квадратична поляризовність, а резонансна складова:

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками (16)

m - дипольний момент молекули.

Внески від прямого чотирьох процесу, що йде на кубічної нелінійності, і від двоступеневих трьоххвилеві процесів можуть бути співмірні. Використовуючи відмінності в умовах фазового синхронізму, можна розділяти прямі та каскадні процеси.

§ 4. Експериментальна установка для спостереження чотирьох розсіювання світла на поляритонах.

У більшості виконаних раніше робіт використовувалася традиційна схема КАРС-спектроскопії, в якій одна з накачувань є двічі виродженої з точки зору процесу чотирьоххвильового змішання, і реєстрація сигналу ведеться на антистоксовой частоті. У даному випадку використовувався найбільш загальний варіант чотирьоххвильового взаємодії, в якому всі хвилі мають різні частоти і реєструється стоксова компонента розсіяного випромінювання. Схема експериментальної установки наведена на рис.16. Джерелами хвиль збуджуючого випромінювання з частотами w 1 і w 2 служать YAG: Nd +3- лазер і перестроюваний лазер на кристалі Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками , Що мають довжини хвиль генерації l 1 = 1,064 мкм і l 2 в інтервалі 1,08-1,22 мкм відповідно і працюють з частотою повторення 1-33 Гц. Накачуванням для перебудованого лазера на кристалі з центрами забарвлення служить випромінювання основної гармоніки YAG: Nd +3- лазера, що пройшло через YAG: Nd +3- підсилювач і поляризаційну призму Глана-Томсона Пг1. Як зондуючого хвилі використовується випромінювання другої гармоніки YAG: Nd +3- лазера (довжина хвилі l L = 532 нм), що генерується подвоювачем частоти ГВГ, який відділяється від випромінювання основної гармоніки за допомогою дзеркала з селективним за частотою коефіцієнтом відбиття. Завдяки використанню джерел ближнього ІЧ діапазону для порушення поляритонної хвилі, паразитні засвічення, викликані люмінесценцією досліджуваного середовища під дією їх випромінювання, потрапляють в ГИК діапазон, далекий від області реєстрації сигналу, що лежить у видимій частині спектру. Необхідна поляризація променів, падаючих на кристал, визначається поляризаційними призмами Глана-Томсона Пг1 і Пг2. Кути падіння променів нагнітання на досліджуваний кристал задаються системою дзеркал З2-з4. Крім того, введення в промені накачувань додаткових фокусуючих лінз Л1-Л3 дозволяє варіювати значення щільності потужності накачувань в області їх взаємодії і їх кутову розбіжність. Розсіяне випромінювання збирається трьохлінзовою системою ЛЗ в площині вхідної щілини спектрографа СП, пройшовши попередньо через поляризаційну призму Глана-Томсона Пг3, що служить аналізатором розсіяного випромінювання і відсікає що пройшло через зразок Про випромінювання пробної хвилі.

На виході спектрографа формувалася двовимірна частотно-кутова картина розсіяння. Відхилення променя по горизонталі відповідало частоті розсіяної хвилі, по вертикалі - куту розсіяння в площині хвильових векторів накачувань. Пристрій касетної частини спектрографа дозволяє проводити як фотографічну, так і електронну реєстрацію сигналу. В останньому випадку приймачем сигналу служить Феу2, що працює в аналоговому режимі. Його сигнал через широкосмуговий підсилювач з регульованим коефіцієнтом передачі надходить в швидкодіючий стробований АЦП інтегруючого типу, що входить до складу крейта КАМАК і далі в ЕОМ типу IBM PC / AT. ЕОМ за допомогою блоків, що входять до складу крейта КАМАК, здійснює синхронізацію і управління роботою окремих вузлів установки. У цьому варіанті установки, при фотоелектронної реєстрації спектру, ФЕУ був нерухомий, і перед ним була поміщена щілина змінної ширини з мікрометричним гвинтом. Сканування спектру по частоті здійснювалося шляхом повороту призматичної частини спектрографа кроковим двигуном ШД1. Інший двигун ШД2 служить для повороту кристала у площині, що містить всі промені накачувань, що дає можливість змінювати розлад фазового синхронізму у зразку. Додатковий фотоприймач Феу1 служить для контролю потужності накачування. Використання переривника пробного променя ПЛ дозволяє автоматично віднімати фон, пов'язаний із засвіченням фотоприймача випромінюванням сумарної частоти двох інфрачервоних лазерів. Оптична схема установки орієнтована на реєстрацію стоксовой компоненти розсіяного випромінювання. Це дозволяє легко переходити від спостереження спонтанного фотонного розсіювання світла на поляритонах до спостереження розсіяння на когерентне збуджених станах середовища простим включенням ІК накачувань, оскільки в обох випадках розсіяне випромінювання лежить в одному частотно-кутовому інтервалі.

Глава 4. Дослідження характеристик кристалів методом активної спектроскопії.

Чотирьох розсіювання світла порушувалася в кристалах ніобіту літію, легованих магнієм Mg: LiNbO3 c концентрацією домішки Мg 0.68масс.% І 0.79масс.% (Кристали No.4, 5). Дані за показниками заломлення у видимій та ближній ІЧ області для кристала No.4 були отримані шляхом інтерполяції даних для кристалів No.3, 5. В експерименті збуджувався поляритон в околицях частот 541см-1, 550см-1, 558.5см-1, 560см-1. Для цього для кожного вибраного значення частоти поляритону w P встановлюється частота генерації перебудованого лазера w 2 відповідно до другого рівняння з (12). Потім промені ІК накачувань направлялися на кристал під фіксованими кутами q 1 і q 2 до напряму розповсюдження зондуючого накачування. Далі вимірювалася залежність інтенсивності сигналу на частоті w S = w Lw 1 + w 2 від кута повороту кристала a у площині хвильових векторів накачувань.

Спектральні ширини ліній накачувань становили приблизно 1 см-1 для випромінювання основної та другої гармонік YAG: Nd +3- лазера і не більше 6 см-1 для перебудованого лазера. Ширини ліній народжується сигнального випромінювання повністю відповідали частотній структурі накачувань. Пікова потужність накачувань на вході в кристал: пробної хвилі ~ 0.25 МВт, першого збудливого променя ~ 0.05 МВт, другого збудливого променя ~ 0.01 МВт. В експерименті використовувалися накачування з частотами w L і w 1 з незвичайною поляризацією, випромінювання перебудованого Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками -Лазера мало звичайну поляризацію. Величина інтенсивності сигналу чотирьох розсіювання при точній настройці кутового синхронізму істотно - майже на 4 порядки - перевищувала інтенсивність спонтанного трьох хвильового розсіяння. При цьому сигнал спонтанного розсіювання збирався зі всієї довжини зразка ~ 1 см, а сигнал чотирьох розсіювання - лише з області перетину променів накачувань довжиною ~ 0,5-1мм.

Для кожної фіксованої сигнальної (а, значить, і поляритонної) частоти область рішень умов точного синхронізму в просторі кутів a, q 1 і q 2 являє собою ділянку кривої. З урахуванням можливого розладу синхронізму ця крива повинна розмиватися. Для кожної різниці частот w 1-w 2 = w P була проведена серія вимірювань форми лінії Is (a), в якій взаємна орієнтація зондуючого хвилі і одній з ІК накачувань залишалася постійною на вході кристала, а кут падіння інший ІК накачування змінювався від постанова до постанову. Типовий вигляд окремої форми лінії розсіяння приведений на рис.17. На нижній осі абсцис відкладена розлад просторового синхронізму прямого процесу, на верхній осі абсцис відкладений кут повороту кристала. Лінія розсіяння має один яскраво виражений максимум з кутовою шириною порядка 0.50, в одиницях хвильових розладів - 600 см-1. Однак, по ширині цієї лінії не можна визначити величину поглинання, оскільки істотна розбіжність променів. Було підтверджено, що при зменшенні расходимости першого збудливого променя зменшується ширина лінії розсіяння. Також в інтенсивність сигналу складається розсіяння на сусідніх частотах з певним розладом, так як порушується поляритон з частотною шириною близько 5 см-1. Кожна серія подібних вимірювань форми лінії Is (a), знятий при фіксованому куті q 2 і змінному вугіллі q 1, представляла собою розподіл Is (a, q 1).

На верхньому графіку рис.18 на площині координат кут повороту кристала a - кут падіння ІК хвилі q 1 представлені результати вимірювань для однієї серії, в рамках якої зберігалися постійними кут падіння q 2 = 410 і центральна частота генерації w 2 перебудований ГИК лазера, при якій збуджується поляритон на частоті np = 541 см-1. Крапками відзначені положення максимумів експериментально спостерігалися кривих Is (a). Розмір вертикальних штрихів відповідає ширині максимумів. На нижньому графіку рис.18 представлена ​​інтенсивність розсіяного випромінювання в максимумі при кожному положенні кута q 1. При проходженні цієї серії вимірювань при кутах закладу першого "розігріваючого" променя q 1 = 600-680, послідовно збуджувався поляритон на частотах np = 539-543 см-1. Спостерігалося збільшення інтенсивності розсіяної хвилі при q 1 = 640-650, так як інтенсивність другого "розігріваючого" променя має максимум на частоті, відповідній частоті поляритону np = 541 см-1. Знаючи взаємну орієнтацію і довжини хвильових векторів Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками , Можна визначити з рівнянь (13) і (16) довжину хвильового вектора і показник заломлення поляритону. Основну помилку в точність вимірювання показника заломлення вносить ширина лінії генерації лазера.

На графіках рис.19 представлені результати серії вимірювань для кута q 2 = 29.50 і центральної частоти генерації w 2 перебудований ГИК лазера, при якій порушується поляритон на частоті np = 550 см-1. У даному випадку спостерігається максимальна інтенсивність сигнальної хвилі при куті q 1 = 570, це говорить про те, що при цьому вугіллі збуджується поляритон на частоті np = 550 см-1. На рис.20 представлені перебудовані криві серії вимірювань для двох кристалів з концентрацією домішки магнію 0.68масс.% І 0.79масс.% Для кута q 2 = 18.50. При цьому порушується поляритон в околиці частоти np = 560 см-1. Очевидна відмінність в перебудовних кривих і в положенні максимуму інтенсивності розсіяної хвилі для двох кристалів. На рис.21 представлена ​​перебудована крива серії вимірювань для кристала з концентрацією домішки магнію 0.41масс.% Для кута q 2 = 00. Цей кристал має відмінний від двох попередніх кристалів напрямок осі Z, тому необхідні інші значення кутів закладу променів, щоб порушити таку ж частоту поляритону. Аналогічно можна визначити показник заломлення поляритону для цих трьох зразків кристалів на частоті np = 560 см-1.

Отримані за допомогою чотирьох методики значення звичайного показника заломлення на частоті 560 см-1 для кристалів з різною концентрацією магнію рівні: no (0.41масс.% Mg) = 6.53, no (0.68масс.% Mg) = 6.37, no (0.79масс. % Mg) = 6.2. Основну частку в похибка вимірювання no вносить точність вимірювання частоти лазера і частотна ширина його генерації. Однак, при фіксованій частоті поляритону точність вимірювання частоти лазера на помилку величини зміни показника заломлення не впливає. Тому в даному випадку помилка вимірювання зміни показника заломлення залежно від концентрації домішки не перевищує ± 0.02. Таким чином, ми можемо сказати, що на верхньому фононному поляритоні виявляється аналогічна залежність, як і у видимому діапазоні: при збільшенні концентрації домішки показник заломлення падає.

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками

Рис.17. Форма лінії розсіяння при повороті кристала.

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками

Рис.18. Перебудовна крива a (q 1) і інтенсивність розсіяного випромінювання I (q 1) при куті падіння q 2 = 410 і порушення поляритону в околиці частоти np = 541см-1 для кристала ніобіту літію з концентрацією домішки магнію 0.68масс.%.

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками

Рис.19. Перебудовна крива a (q 1) і інтенсивність розсіяного випромінювання I (q 1) при куті падіння q 2 = 29,50 та порушення поляритону в околиці частоти np = 550 см-1 для кристала ніобіту літію з концентрацією домішки магнію 0.68масс.%.

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками

Рис.20. Перебудовна крива a (q 1) і інтенсивність розсіяного випромінювання I (q 1) при куті падіння q 2 = 18,50 і порушення поляритону в околиці частоти np = 560 см-1 для кристалів ніобіту літію з концентрацією домішки магнію:

0.68масс.% L; 0.79масс.% N.

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками

Рис.21. Перебудовна крива a (q 1) і інтенсивність розсіяного випромінювання I (q 1) при куті падіння q 2 = 00 і порушення поляритону в околиці частоти np = 560см-1 для кристала ніобіту літію з концентрацією домішки магнію 0.41масс.%.

Трьох-і чотирьох розсіювання світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками

Рис.22. Дисперсія поляритонів, виміряна по трьох хвильовій і чотирьох методикою для кристалів ніобіту літію з концентрацією домішки магнію:

0.41масс.% S; 0.68масс.% L; 0.79масс.% Ž.

.

Висновок.

У роботі досліджувалися кристали ніобіту літію з різною концентрацією магнію. При цьому використовувалися метод спонтанного параметричного розсіяння і чотирьох змішання.

1. Отримані залежності показників заломлення у видимому і ближньому інфрачервоному діапазоні від концентрації домішки магнію. Концентрація домішки магнію змінювалася в межах 0-1%.

2. Виявлено аномальну поведінку незвичайного показника заломлення в полідоменном кристалі.

3. Спостерігалась нелінійна дифракція при спонтанному параметричному розсіянні в полідоменном кристалі. Визначено період доменної структури в полідоменном кристалі методом СПР.

4. Отримані дисперсії звичайного показника заломлення на поляритонних частотах для кристалів з різною концентрацією домішки методом СПР. Однак, цей метод не дозволив виявити відмінності дисперсійних характеристик кристалів у далекій інфрачервоній області.

5. Обмірювано звичайний показник заломлення на поляритоні фонона 580 см-1 для трьох концентрацій домішки магнію методом чотирьох змішання. Цей метод дає набагато більшу точність, що дозволило виявити різницю в показнику заломлення для кристалів з різною концентрацією домішки магнію.

6. Розроблена методика чотирьох змішування на когерентно порушуваних поляритонах.

Список літератури.

1. Д. Н. Клишко. Фотони і нелінійна оптика, Наука, М., 1980 р.

2. JPCoffinet and F. De Martini. Phys.Rev.Lett. vol.22, № 2, pp.60-64 (1969).

3. Д. Н. Клишко. Листи до: рис, 6, 490, 1967.

4. Д. Н. Клишко, В. Ф. Куцов, А. Н. Пенін, Б. Ф. Полковников. : Рис, 62,

1846, 1972.

5. Ф. Церніке, Д. Мідвінтера. "Прикладна нелінійна оптика". "Світ"; М.; 1976.

6. А. Л. Александровський, Г. Х. Китаєва, С. П. Кулик, А. Н. Пенін. "Нелінійна дифракція при параметричному розсіянні світла".: Рис, 63, 613-615, 1986.

7. А. Л. Александровський, П. Посмикевіч, І. А. Яковлєв. ФТТ, 25, 1199, 1983.

8. ALAleksandrovski, IINaumova, VVTarasenko. Ferroelectrics, 141, 147-152, 1993.

9. А. Л. Александровський, О. А. Гліко, І. І. Наумова, В. І. Прялкин. "Лінійна та нелінійна дифракційні грати в монокристалах ніобіту літію з періодичною доменної структурою". Квантова електроніка, Т.23, № 7, с. 1-3, 1996.

10. А. Л. Александровський, Г. І. Єршова, Г. Х. Китаєва, С. П. Кулик, І. І. Наумова, В.В. Тарасенко. "Дисперсія показників заломлення в кристалах LiNbO3: Mg і LiNbO3: Y". Квантова електроніка, 18, 254-256, фев., 1991.

11. Г. М. Георгієв, Г. Х. Китаєва, О. Г. Михайловський, А. Н. Пенін, Н. М. Рубініна. Фіз. Твердий. Тіла (Ленінград), 16, 3524, 1974.

12. Д. Н. Клишко, А. Н. Пенін, Б. Ф. Поливанов. "Параметрична люминисценция та розсіювання світла на поляритонах". Листи до: рис, 2, 11-14, 1970.

13. Winter FX, Claus R. Optic Communication, 6, 22-25, 1972.

14. Ю. М. Поліванов, А. Т. Суходольський. "Спостереження інтерференції прямих і каскадних процесів при активній спектроскопії поляритонов". Листи до: рис, 25, 240-244, 1977.

15. В. Л. Стрижевський, Ю. М. Яшкір. . Квантова електроніка, т.2, № 5, стр.995, 1975.

16. F. DeMartini, G. Giuliani, P. Mataloni, E. Palange and YRShen. Phys.Rev.Lett. vol.37, № 7, pp.440-443, 1976.

17. GMGale, F. Vallee, and C. Flitzanis. Phys.Rev.Lett. vol.57, № 15, pp.1867-1870, 1986.

18. Ахманов С.А., Коротєєв Н.І. "Методи нелінійної оптики в спектроскопії розсіяння світла". с. 38, 1981.

19. Д. Н. Клишко. Квантова електроніка, т. 2, 2, c. 265-271,1974.


Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Курсова
106.7кб. | скачати


Схожі роботи:
Трьох- і чотирьох хвильове розсіяння світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками
Правило трьох і чотирьох
Комбінаційне і мандельштам бріллюенівське розсіювання світла
Комбінаційне і мандельштам-бріллюенівське розсіювання світла
Дослідження магнітної рідини методом розсіювання світла
Водень в шаруватих кристалах GaSe
Водень в шаруватих кристалах GaSe
Еноляти літію Конденсації Клайзена і Дікмана
Пошук нових фторідофосфатов літію і перехідних металів
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru