Рассеяние света в однородных кристаллах. Изучение характеристик однородных и слоистых кристаллов ниобата лития с различным содержанием примесей методом спектроскопии спонтанного параметрического рассеяния. Четырехфотонное рассеяние света на поляритонах.
Аннотация к работе
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ ТРЕХ-И ЧЕТЫРЕХВОЛНОВОЕ РАССЕЯНИЕ СВЕТА НА ПОЛЯРИТОНАХ В КРИСТАЛЛАХ НИОБАТА ЛИТИЯ С ПРИМЕСЯМИ выпускника физического факультетаВ свою очередь, среди них выделяются три группы: пространственно-однородные кристаллы, но с различным содержанием примеси (используются кристаллы с примесью магния и неодима), пространственно-неоднородные монодоменные среды и пространственно-неоднородные полидоменные среды с регулярными слоями роста, которые могут использоваться для квазисинхронного преобразования лазерного излучения. Для изучения этих трех групп кристаллов используется спонтанное параметрическое рассеяние (СПР) и рассеяние света на поляритонах (РСП) [1]. C помощью этого метода можно обнаружить явления, не проявляющиеся в спектрах комбинационного рассеяния света на фононах. В данной работе получены спектры спонтанного рассеяния однородных кристаллов ниобата лития с различной концентрацией примеси магния, измерены показатели преломления в видимой и инфракрасной области спектра. В полидоменных кристаллах параметрическое рассеяние при наличии нелинейной дифракции несет в себе информацию не только о дисперсионных характеристиках среды (зависимости средних значений показателей преломления и поглощения, квадратичной восприимчивости как от частот так и от поляризации накачки, сигнальной и поляритонной волн); но и о характеристиках периодической доменной структуры (пространственного распределения оптических свойств).Параметрическое рассеяние света представляет собой процесс спонтанного распада фотонов накачки (WL, KL) в кристалле с отличной от нуля квадратичной восприимчивостью на сигнальный (WS, KS) и холостой фотоны (WP, KP), либо фотон и поляритон.Основные черты частотно-углового спектра СПР определяются дисперсионной кривой w(k) кристалла. Дисперсионное соотношение кубического (неанизотропного) кристалла в гармоническом приближении в однорезонансном случае имеет вид: , (2) где e - диэлектрическая проницаемость среды на частотах много больших фундаментальных частот кристаллической решетки, но много меньших частот электронных переходов, f=e0-e - сила осциллятора, w0 - фундаментальная частота оптического колебания решетки. Запаздывающее взаимодействие между этими колебаниями в кристалле приводит к поляритонным возбуждениям, имеющим смешанную электромеханическую природу. В анизотропных одноосных кристаллах частотам поперечных и продольных колебаний WT и WL соответствуют частоты колебаний, смещения которых параллельны (WET; WEL) и перпендикулярны (WOT; WOL) оптической оси. На рис.2 изображены дисперсионные кривые, соответствующие случаю, когда вектор перпендикулярен главной оптической оси кристалла.Изменение нелинейной восприимчивости в пространстве оказывает воздействие на протекание параметрического процесса в кристалле. Периодическая модуляция нелинейной восприимчивости влияет на условия пространственного синхронизма[6]: , (6) где - вектор обратной решетки, связанный со слоями-доменами, d - толщина слоя, - единичный вектор, перпендикулярный слоям, m - целое число. Отсюда видно, что интенсивность рассеянного излучения в направлении, соответствующем m-ому порядку дифракции, пропорциональна Фурье-амплитуде cm. Нелинейная дифракция позволяет получить новое уравнение пространственного синхронизма при генерации второй гармоники. В работе [7] исследовали генерацию второй гармоники (ВГ) в слоисто-неоднородном кристалле ниобата бария-натрия.Основными элементами экспериментальной установки (рис.3) для получения спектров спонтанного параметрического рассеяния на поляритонах (ПР-спектрограф) являются: аргоновый лазер (1) с длиной волны LL=488 нм, нелинейный кристалл (6), две призмы Глана (поляризатор (5) и анализатор (6)), трехлинзовая оптическая система (8) для получения углового спектра и спектрограф (10) для получения частотного спектра. Излучение лазера после направляющих зеркал (2) проходит через диафрагмы (3); служащие для контроля положения накачки. Далее поляризатор (5) выделяет поляризацию накачки, параллельную щели спектрографа. Анализатор (6) пропускает сигнальную волну с поляризацией, перпендикулярной выделенной поляризации накачки. Интерференционный фильтр (9) задерживает оставшееся излучение накачки.Исследовались кристаллы ниобата лития с различной концентрацией примесей (Табл.1). Кристалл ниобата лития - одноосный отрицательный в видимой области спектра, имеющий большое двулучепреломление Dn=ne-no~-0.1. Кристаллы ниобата лития с вращательными слоями роста и закрепленными на них доменами выращивают путем вытягивания из расплава. В образцах ниобата лития с периодической доменной структурой варьировалась концентрация магния от слоя к слою, соответственно от слоя к слою менялся показатель преломления на малую величину, Dn~10-4 [10]. Значения обыкновенного и необыкновенного показателей преломления в кристалле ниобата лития без примесей No.1 получены в статье [11].
План
Содержание
Введение
Глава 1. Рассеяние света на равновесных поляритонах
1. Рассеяние света в однородных кристаллах
1.1 Дисперсионная кривая кристалла
1.2 Интенсивность СПР и симметрия кристалла LINBO3
2. Рассеяние света на поляритонах в условиях нелинейной дифракции
3. Экспериментальная установка для наблюдения СПР
Глава 2. Исследование характеристик однородных и слоистых кристаллов ниобата лития с различным содержанием примесей методом спектроскопии СПР
1. Образцы кристаллов LINBO3
2 Показатели преломления кристаллов в видимом и инфракрасном диапазоне спектра излучения
2.1 Дисперсия в видимой и ближней ИК области спектра
2.2 Дисперсия в поляритонной области спектра
3. СПР в моно- и полидоменных кристаллах
4. Толщина слоя в полидоменном LINBO3
Глава 3. Четырехфотонное рассеяние света на поляритонах
1. Обзор эффектов в нецентросимметричных средах
2. Прямое четырехфотонное взаимодействие
3. Каскадные трехволновые процессы
4. Экспериментальная установка для наблюдения четырехфотонного рассеяния света на поляритонах
Глава 4. Исследование характеристик кристаллов методом активной спектроскопии