Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Детектирование терагерцового излучения в нелинейно-оптических схемах 16
1.1 Детекторы прямого действия и полупроводниковые детекторы 16
п.1.1.1 Болометры 20
п.1.1.2 Диоды Шоттки (SBD) и полевые транзисторы (FET) 24
п.1.1.3 Фотопроводящис антенны и фотомикссры 25
1.2 Анализ процесса детектирования тсрагсрцоїзого излучения в нелинейно-оптической схеме 27
1.3 Пробно-энергетический метод детектирования терагерцового излучения 33
1.4 Пробно-фазовый метод детектирования терагерцового излучения 35
1.5 Нелинейно-оптическое детектирование терагерцового излучения в непрерывном и квазинспрерывном режиме 37
Глава 2 Флуктуационные поля в установке для нелинейно-оптического детектирования терагерцового излучения 41
2.1 Экспериментальная установка для квазинепрсрывного нелинейно-оптического детектирования терагерцового излучения 42
2.2 Фоновые сигналы преобразования флуктуационных полей, регистрируемые при нелинейно-оптическом преобразовании излучения терагерцового диапазона 44
2.3 Экспериментальный анализ структуры оптического фона установки квазинепрерывного детектирования 51
2.4 Детектирование терагерцового излучения 58
2.5 Процедура измерения спектральной яркости терагерцового излучения 59
2.G Заключение по Главе 2 63
Глава 3 Использование флуктуационных полей в качестве терагерцовых источников для измерения спектрального распределения чувствительности квазисинхронных детекторов терагерцового излучения 65
3.1 Задача характсризации спектрального распределения чувствительности кристалла-детектора терагерцового излучения 66
3.2 Процедура характеризации спектрального распределения чувствительности поляризованного кристалла ниобата лития 69
3.3 Результаты измерений форм-факторов различных кристаллов-детекторов терагерцового излучения 72
п.3.3.1 Асимметрия стоксовой и антистоксовой компонент сигнальной волны 76
3.4 Заключение по Главе 3 79
Глава 4 Проектирование и исследование спектральной формы терагерцового отклика апериодически поляризованного кристалла ниобата лития. 81
4.1 Численный расчет спектра генерации поляризованного кристалла ниобата. лития 82
п.4.1.1 Расчет величин волновых расстроек 83
4.2 Проектирование мультичастотпого кристалла-генератора терагерцового излучения 85
п.4.2.1 Создание доменной структуры в кристаллах ниобата лития постростовым методом 87
4.3 Экспериментальный анализ созданной структуры 91
п.4.3.1 Процесс генерации терагерцового излучения в нелинейно-оптической схеме 91
п.4.3.2 Установка ТСВР 92
п.4.3.3 Источники шумов в схемах ТСВР 95
4.4 Исследование апериодически поляризованного кристалла 96
4.5 Заключение по Главе 4 102
Заключение 103
- Анализ процесса детектирования тсрагсрцоїзого излучения в нелинейно-оптической схеме
- Экспериментальный анализ структуры оптического фона установки квазинепрерывного детектирования
- Результаты измерений форм-факторов различных кристаллов-детекторов терагерцового излучения
- Исследование апериодически поляризованного кристалла
Введение к работе
Актуальность темы. Терагерцовый диапазон электромагнитного спектра занимает область спектра с частотами между 0.1 10 и 10 10 Гц (длины волн диапазона 3...0.03 мм). Спектроскопия в данном диапазоне длин волн имеет множество областей применения. В фундаментальных исследованиях основными являются области астрофизических измерений и спектроскопии колебательных и вращательных переходов сложных органических веществ. В астрофизических измерениях важная часть спектра реликтового излучения лежит в терагерцовом диапазоне, и для его исследования уже в настоящее время используются методы болометрического детектирования терагерцового излучения. Терагерцовая спектроскопия сложных химических и биологических веществ позволяет исследовать кон-формационные модификации сложных органических молекул и отличать друг от друга структурные изомеры, поскольку характерные частоты переходов между соответствующими состояниями часто попадают в терагерцовый диапазон. Эта особенность спектроскопии в терагерцовом диапазоне создает пространство для приложений в области безопасности и фармакологии, где различение структурных изомеров является особенно важным.
В настоящее время нет свидетельств вреда терагерцовых полей для человека, и его высокая проникающая способность и чувствительность к химическому составу в совокупности со слабыми ионизирующими свойствами превращает терагерцовую спектроскопию в потенциально полезный инструмент в сфере безопасности и в медицине. Известны проекты вычислительных и телекоммуникационных устройств, основанных на терагерцовых фотонных кристаллах и линий связи повышенной пропускной способности, работающих в терагерцовом диапазоне.
Распространение терагерцовых приложений, однако, сдерживается трудностями при генерации и детектировании терагерцовых полей. В настоящее время активно разрабатываются различные устройства для генерации и детектирования терагерцового излучения (ТИ), такие как фотомиксеры, фотопроводящие антенны, болометры, а также группа
нелинейно-оптических методов, основанных на преобразовании излучения терагерцового диапазона в оптическое и последующей регистрации оптическими детекторами.
Действие нелинейно-оптических детекторов терагерцового излучения основано на регистрации суммарной или разностной частот, возникающих в нелинейно-оптическом кристалле при взаимодействии оптической лазерной накачки и терагерцового излучения. При параметрическом преобразовании частоты ТИ сигнальное излучение суммарной и разностной частоты попадает в оптический диапазон, где регистрируется обычными оптическими фотоприемниками. Подобные схемы хорошо развиты для детектирования импульсного когерентного терагерцового излучения, например, в схемах терагерцовой спектроскопии временного разрешения (ТСВР). Однако нелинейно-оптическое детектирование некогерентного терагерцового поля, необходимое для ряда приложений, может быть осуществлено только в схемах квазинепрерывного действия, основанных на наносекундном или непрерывном лазерном источнике накачки. Подобные схемы квазинепрерывного детектирования на данный момент активно разрабатываются в мире.
Процесс преобразования терагерцового излучения в оптический диапазон в нелинейно-оптическом кристалле зависит от параметров кристалла и может носить синхронный или квазисинхронный характер. В свою очередь, условия квазисинхронизма в кристалле зависят от его пространственной структуры, и это создает возможность для управления спектральными характеристиками отклика нелинейно-оптических терагерцовых генераторов и детекторов. В связи с широкой областью потенциальных приложений, существующей для терагерцовых генераторов и детекторов с заданным спектром отклика, дальнейшие исследования этой темы не теряют свою актуальность.
Существенной проблемой в области детектирования терагерцового излучения в настоящий момент является сложность проведения количественных измерений энергетических параметров терагерцовых волн. Наиболее распространены методы терагерцовой фотометрии, основанные на исполь-
зовании в качестве детекторов сверхпроводящих болометров, ячеек Голея или пироэлектриков, калибровка отклика которых проводится на основе внешних терагерцовых источников с известными характеристиками. Создание подобных источников на данный момент не всегда является тривиальной задачей. Кроме того, болометрические измерения требуют охлаждения детектора до гелиевых температур, а ячейки Голея и пироэлектрические детекторы обладают слабой чувствительностью. В то же время в нелинейно-оптических методах прецизионные измерения энергетических параметров терагерцового поля пока затруднены.
Метод измерения величины спектральной яркости в нелинейно-оптической схеме был предложен в теоретической работе Д.Н. Клышко1 для оптического диапазона и затем реализован экспериментально2'3. Суть метода Клышко состоит в использовании в качестве опорного сигнала при нелинейно-оптическом детектировании эффекта спонтанного параметрического рассеяния света, мощность которого зависит от параметров нелинейного кристалла, излучения накачки и фундаментальной величины эффективной яркости нулевых флуктуации электромагнитного вакуума. Для измерения спектральной яркости внешнего поля проводились сравнительные измерения мощности сигнального излучения в присутствие и в отсутствие внешнего детектируемого поля, и таким образом измеряемая величина яркости внешнего поля сравнивалась с эффективной величиной яркости нулевых флуктуации, что позволяло получить абсолютное значение спектральной яркости измеряемого поля. Однако, существенным отличием терагерцового диапазона от оптического при нормальных условиях является высокая яркость тепловых флуктуационных полей, и в оригинальном виде в терагерцовом диапазоне метод Клышко применяться не может.
Целью диссертационной работы являлось исследование тепловых и квантовых флуктуационных полей, участвующих в процессах параметрического преобразования частоты, для разработ-
1 Клышко Д. Н. Использование вакуумных флуктуации как эталона спектральной яркости // Квантовая электроника. — 1977. — Т. 4.
2Г. X. Китаєва, А. Н. Пенин, В. В. Фадеев, Ю. А. Янайт // Доклады АН СССР, сер. физ. — 1979. - Т. 24. - С. 564.
3Аброскина О. А., Китаєва Г. X., Пенин А. Н. // Измерительная Техника. — 1986. — Т. 14, No 3.
ки методов измерения спектральных и энергетических параметров нелинейно-оптических детекторов терагерцового излучения
Для решения поставленной цели были сформулированы следующие задачи диссертационной работы:
-
Исследовать спектры параметрического рассеяния (ПР) в терагер-цовом диапазоне холостых частот: проверить корректность модели фоновых шумов в детекторе квазинепрерывного терагерцового излучения и установить возможность измерения спектральной яркости некогерентного терагерцового излучения в нелинейно-оптической детектирующей схеме.
-
Экспериментально исследовать метод измерения спектрального распределения чувствительности нелинейно-оптических терагерцовых детекторов на основе спектроскопии ПР.
-
Разработать метод управления спектральным распределением чувствительности но основе проектирования пространственного распределения нелинейно-оптической восприимчивости кристалла-детектора.
Новизна диссертационной работы заключается в следующих положениях:
-
Установлена природа и характер проявления шумовых полей в нелинейно-оптических детекторах терагерцового излучения.
-
Разработана и экспериментально проверена модель параметрического рассеяния света при высокой яркости равновесного теплового поля на частоте холостой волны и сильном поглощении в диапазоне холостых волн.
-
На основе метода Д.Н. Клышко измерения спектральной яркости оптического излучения предложен метод измерения спектральной яркости терагерцового излучения с использованием эффективной величины яркости нулевых флуктуации вакуума в качестве эталона.
-
Установлена возможность измерения спектрального распределения чувствительности квазинепрерывных нелинейно-оптических терагерцовых детекторов с помощью спектроскопии параметрического рассеяния света.
-
Разработан метод управления спектром генерации и детектирования терагерцового излучения в нелинейно-оптических схемах на основе моделирования пространственной неоднородности величины нелинейной восприимчивости кристалла.
Научная и практическая значимость диссертационной работы:
-
Исследован новый метод измерения спектральной яркости терагерцового поля, доступный при комнатных температурах. Данный метод может существенно упростить и повысить точность измерения энергетических параметров по отношению к используемым в настоящее время методам фотометрии терагерцового излучения.
-
Разработанная методика создания мультичастотных терагерцовых генераторов и детекторов имеет широкую область потенциальных применений в терагерцовой спектроскопии сложных химических веществ, связанных с управляемым возбуждением колебательных и вращательных состояний комплексных молекул.
Положения, выносимые на защиту:
-
Присутствие тепловых флуктуационных полей приводит к зависимости соотношения между плотностями мощности стоксовой и антистоксовой компонент сигнального излучения параметрического рассеяния света в области терагерцовых холостых частот от температуры кристалла и терагерцовой частоты.
-
Абсолютная величина спектральной яркости тепловых флуктуационных полей может быть определена по результатам измерения относительных приращений к стоксовым и антистоксовым сигналам параметрического рассеяния, наблюдаемым при параметрическом преобразовании частоты внешнего терагерцового излучения. При этом
эффективная яркость квантовых флуктуации выступает в качестве эталона.
-
Спектральная яркость терагерцового излучения может быть измерена в нелинейно-оптическом терагерцовом детекторе с использованием яркостей квантовых и тепловых флуктуационных полей в качестве реперных величин.
-
Использование квантовых и тепловых флуктуационных полей в качестве встроенных источников терагерцового излучения позволяет измерять спектральное распределение чувствительности нелинейно-оптических квазисинхронных детекторов, выполненных на кристаллах с нестабильным периодом доменной структуры.
-
Метод моделирования неоднородного пространственного распределения величины нелинейной восприимчивости нелинейно-оптического кристалла позволяет проектировать кристаллы с заданным спектральным распределением терагерцового отклика, при этом достигается количественное совпадение экспериментального и теоретического спектрального профиля терагерцового отклика кристалла.
Обоснованность и достоверность результатов определяется использованием апробированных экспериментальных методик. Экспериментальные данные подтверждены теоретическими расчетами, основанными на адекватно выбранных физических моделях анализируемых процессов, а также не противоречат результатам других групп исследователей. Результаты экспериментальных и теоретических исследований неоднократно обсуждались на семинарах и докладывались на специализированных конференциях по проблемам, связанным с тематикой диссертационной работы. Большая часть результатов опубликована в международных журналах.
Апробация работы Результаты работы прошли апробацию на следующих российских и международных конференциях
1. The International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz), Mainz, Germany, 2013
-
Advanced Laser Technologies (ALT-12), Thun, Switzerland, 2012
-
5-th Workshop ad memoriam of Carlo Novero "Advances in Foundations of Quantum Mechanics and Quantum Information with atoms and photons" (IQIS), Turin, Italy, 2010.
-
International conference on coherent and non-linear optics ICONO/LAT, Kazan, Russia, 2010
-
German-French-Russian Laser Symposium (GFRLS), Goessweinstein, Germany. 2011.
-
2nd International Conference "Terahertz and Microwave radiation: Generation, Detection and Applications" (TERA), Moscow, Russia 2012
-
Third Russian-Taiwan School-Seminal "Nonlinear Optics and Photonics", Vladimir, Russia, 2013
-
Всероссийский семинар по радиофизике миллиметровых и субмиллиметровых волн, Н.Новгород, 2009.
-
XIV Национальная конференция по росту кристаллов и IV Международная конференция "Кристаллофизика 21 века", Москва, 2010.
10. Шестая международная конференция молодых ученых и специалистов "ОПТИКА", С. Петербург, 2009
Публикации
Основные результаты работы содержатся в печатных публикациях. По материалам диссертации опубликованы 14 работ, 3 из которых - статьи в реферируемых научных журналах из списка ВАК, перечень которых приведен в конце автореферата, 1 патент на изобретение, а также тезисы к 10 докладам на научных конференциях.
Личный вклад автора Все результаты, представленные в диссертационной работе, получены автором лично либо при его непосредственном участии. Постановка задач,
интерпретация полученных результатов и формулировка выводов исследования осуществлялись совместно с научным руководителем и другими соавторами публикаций.
Структура и объем диссертационной работы Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 97 наименований, изложена на 119 страницах и содержит 33 рисунка и 2 таблицы.
Анализ процесса детектирования тсрагсрцоїзого излучения в нелинейно-оптической схеме
Как видно из 1.1, среди методов прямого детектирования и методов, основанных на свойствах полупроводников, лишь немногие способны работать без охлаждения жидким гелием, и только фото про водящие антенны обеспечивают широкий спектральный диапазон чувствительности при работе в схемах с использованием фемтосскундпой накачки.
Нелинейно-оптические методы детектирования ТИ по смыслу близки к гетсродшшроваиию, только сигнал переносится не в СВЧ область, а в оптическую или ближнюю ИК область, и в качестве миксера служит нелинейно-оптическая среда.
Детектирование терагерцового излучения в нелинейно-оптическом кристалле представляет собой процесс регистрации сигнального излучения на разностной или суммарной частоте ш\, возникающего при взаимодействии между излучением оптической накачки на частоте шр и терагер-цового излучения на частоте и 2- Поскольку и 2 « ир, то сигнальная волна попадает в оптический диапазон. Данный процесс удовлетворяет волновому уравнению для трехволновых процессов в нелинейно-оптической среде
При детектировании терагсрцовой волны величина волнового вектора &2 оказывается много меньше к\ и кр, и, в результате, величина волновой расстройки для обратной сигнальной волны оказывается большой для любого значения Ш2, попадающего в терагерцовый диапазон, и решение Аь может быть исключено из рассмотрения. Величина нелинейной поляризации среды Р(0 определяется сверткой тензора нелинейной восприимчивости и векторов детектируемого терагерцового поля и поля излучения накачки
Сигнальное излучение на частоте и\- называется стоксовой, а на частоте cji+ антистоксовой компонентами сигнальной волны.
Обычно в кристаллах, используемых в нелинейно-оптических тера-герцовых детекторах, можно пренебречь поглощением в оптическом диапазоне. В тсрагсрцовом диапазоне, напротив, поглощение часто является значительным, и это приводит к тому, что напряженность терагерцового поля в кристалле-детекторе затухает как \ETHZ(%)\ e aLli, где а - бугеров-ский коэффициент поглощения. С учетом затухания терагерцового сигнала, а также неоднородности пространственного распределения Х (ж), значения амплитуд сигнальной волны, возникающей при взаимодействии монохроматического терагерцового излучения и монохроматической накачки на выходе из кристалла, могут быть вычислены следующим образом [45]:
Удобно рассматривать неравномерно распределенную вдоль кристалла нелинейную восприимчивость Х (х) с помощью се разложения в пространственный ряд Фурье
Поскольку х 2\х) является действительной величиной, величины пространственных Фурье-гармопик Хт удовлетворяют условию Хт = Х-т- Используя такое представление х 2\ можно записать (1.2) для стоксовой ком-поиеитьі сигнальной волны как
Для антистоксовой компоненты (1.1) выражения для амплитуд могут быть получены аналогично.
Величина Д является безразмерной волновой расстройкой включающей также величину поглощения терагсрцового излучения а в кристалле в качестве мнимой части aL = 21т {Д} = 21т {&гЬ}. Равенство нулю действительной части волновой расстройки Д является выполнением условия волнового синхронизма при нелинейно-оптическом детектировании.
В случае, когда можно пренебречь дисперсией групповой скорости в диапазоне частот между частотами накачки и сигнальной волны, волновая расстройка может быть вычислена, исходя из величины групповой скорости в нелинейной среде на частоте накачки шр
Структура выражения (1.4) позволяет выделить вклад структуры кристалла (Т-функции) в амплитуду сигнальной волны. Т-функция кристалла определяется пространственным распределением величины нелинейной восприимчивости кристалла \ (х); и выражается как [64]
Стоит заметить, что величина Т-функции будет иметь максимум при равенстве нулю какой-либо из расстроек Ат = А + 2ixm, и величніш этого максимума будет пропорциональна величине соответствующей пространственной гармоники Хт- Условие равенства Ат = 0 называется условием волнового квазисинхронизма. Эффект квазисипхроиного детектирования позволяет использовать пространственную неоднородность нелинейно-оптической восприимчивости для управления спектральным распределением чувствительности терагерцовых детекторов. Конкретному методу управления спектральным распределением отклика неоднородного нелинейно-оптического кристалла посвящена четвертая глава данной работы.
Используя (1.6), выражение для комплексных амплитуд сигнального поля на выходе из кристалла можно записать в удобном для дальнейшего использования виде
Существует два основных подхода к реализации схем нелинейно-оптического детектирования. Первый метод предполагает использование квазинепрерывиой оптической накачки, ширина спектра которой значительно меньше частоты детектируемого терагерцового поля. При этом подходе сигнальное излучение и излучение накачки оказываются частотно разделены.
Другой подход предполагает использование широкополосной оптической накачки (фомтосекундпых лазеров). В этом случае происходит взаимодействие всех спектральных компонент излучения накачки и терагерцового поля, а спектр сигнальной волны оказывается широким и перекрывается со спектром накачки. Другой важный эффект широкополосной накачки в таких схемах проявляется при детектировании немонохроматического терагерцового излучения. Он заключается в том, что сигнальное излучение, имеющее частоту и \, будет являться результатом взаимодействия набора терагерцовых спектральных компонент со всеми спектральными компонентами излучения накачки
Экспериментальный анализ структуры оптического фона установки квазинепрерывного детектирования
Для детального экспериментального анализа модели поведения флуктуационпых полей в нелинейно-оптическом детекторе терагерцового излучения были произведены измерения ряда спектров ПР в периодически поляризованном кристалле пиобата лития конгруэнтного состава с периодом доменной структуры 66.7 мкм.
Излучение накачки, сигнальной и холостой воли были поляризованы вдоль кристаллографической оси Z, и, таким образом, для всех трех воли в кристалле показатель преломления являлся необыкновенным (имело место параметрическое взаимодействие еее типа).
Частотно-угловые спектры ПР были получены для различных температур кристалла в диапазоне от 35С до 15БС, нагревание кристалла производилось печкой Ekspla TKl KKl, обеспечивающей точность 0.5С и стабильность нагрева О.РС.
Показатель преломления, T=30 С Показатель преломления, Т=90 С Показатель преломления, Т=150 С го область коллипсариого взаимодействия, так как именно в коллинсариой геометрии проще всего осуществить детектирование тсрагерцового излучения [82]. Частотные профили рассеяния в коллинеарной геометрии (в « 0) при различных температурах приведены на Рис.2.4. Как видно, мощность сигнального излучения возрастает с ростом температуры кристалла. Кроме того, меняется соотношение высоты пиков, соответствующих выполнению условия квазисинхронизма (А - 0), и их положение на частотной шкале.
Для расчета величины волновых расстроек (2.1) были использованы данные для показателей преломления ниобата лития в оптическом [83] и терагерновом [83; 84] диапазонах. В качестве данных по поглощению тс рагерцового излучения в кристаллах ниобата лития были использованы результаты работы 85].
Для учета температурной зависимости показателей преломления nTHz была использована линейная аппроксимация вида
Сравнение экспериментальных результатов и расчетов, произведенных по формулам (2.10) и (2.11), представлено на Рис.2.6 и 2.7. Экспериментальные? результаты согласуются с расчетом для рассеяния в геометрии "вперед", и не со столь высокой точностью для рассеяния "назад", и показывают, что коэффициент усиления д может быть использован для описания спектральных характеристик параметрического преобразования теплового флуктуациошюго поля в процессе параметрического рассеяния света. Стоит заметить, что при больших частотах холостой волны (дальше от линии накачки), наблюдается дополнительное сигнальное излучение, источником которого, возможно, является сигнальное излучение нсколлипеарпого рассеяния на малых углах, частично попадающего на центральную часть ПЗС-матрицы детектора (как видно из частотно-углового спектра, показанного на Рис.2.2, холостые волны при нсколлинсарном рассеянии имеют большую частоту).
Выражения (2.10) и (2.11) кроме форм определяют также величины соотношения высот пиков спектральных линий сигнального излучения между стоксовои и антистоксовой частями спектра, которые могут быть получены следующим образом. В пренебрежении дисперсией групповой скорости оптического сигнального излучения в ниобате лития [и3дт = и = идг) выражения для волновых расстроек коллинеарных волн (2.1) принимают следующий вид выражений следует, что величины волновых расстроек достигают своего минимума по частоте холостой волны одновременно для стоксовои и антистоксовой компонент рассеяния одной геометрии при некоторой частоте холостой волны uJ2max{T)-, что обуславливает симметрию экспериментально полученных спектров ПР. Симметрия спектра позволяет измерить соотношения высот пиков спектральной зависимости, избегая необходимости учета формфактора рассеяния д. Действительно, исключая д из выражений .10) и (2.11), можно получить число фотонов теплового флук-туациоиного поля в моде холостой волны, на частоте которой величина волновой расстройки А минимальна
Результаты измерений форм-факторов различных кристаллов-детекторов терагерцового излучения
Для измерения спектрального распределения терагерцовой чувствительности кристаллов ниобата лития использовалась установка для нелинейно-оптического детектирования, описанная в 2.1. Измерялась форма линии сигнального излучения коллинеарного ПР, из которой затем, с учетом коэффициента несоответствия форм-факторов к, вычислялись значения спектрального распределения чувствительности кристалла.
В таблице 3.1 приведены типы поляризации исследованных методом ПР-характеризации кристаллов, геометрия нелинейно-оптического взаимодействия в установке-детекторе и примесный состав, а на Рис.3.4, 3.5 и 3.6 представлены измеренные зависимости спектрального распределения чувствительности с учетом и без учета дисперсии коэффициента к и спектральной неоднородности теплового терагерцового поля.
Результаты, приведенные на Рис.3.4,3.5 и 3.6, показывают, что кристаллы, поляризованные постростовым методом, в целом имеют более узкий спектральный диапазон чувствительности, чем кристаллы, поляризо ванные в процессе роста. С помощью результатов, приведенных на Рис.3.6 и Рис.3.4, можно оценить влияние к: форма узких линий в спектре форм-факторов не изменяется при учете к, в то время как соотношение их мощностей изменяется в некоторых случаях кардинальным образом.
Кроме измерений непосредственно частотных профилей чувствительности кристаллов-детекторов методом спектроскопии ПР можно также исследовать возможности для температурной перестройки полосы детектирования. На Рис.3.7 приведена теоретическая зависимость центральной частоты детектирования, рассчитанная на основе данных по показателям преломления из работ [84; 89], а также нанесены экспериментальные результаты. Как можно заметить, нагрев кристалла-детектора позволяет существенно изменять центральную частоту нелинейно-оптического детектора.
Исследование апериодически поляризованного кристалла
Измерения апериодически поляризованного кристалла-генератора проводились па той же установке, где были получены спектры генерации периодически поляризованного кристалла. Поскольку край спроектированной доменной структуры был выполнен точно только около одной грани кристалла (н.4.2.1), измерения были проведены только для случая, когда эта грань являлась выходной. В такой ориентации кристалла ошибка, связанная с присутствием лишнего участка доменной структуры была минимальной, поскольку генерируемое в этой структуре излучение поглощалось в кристалле прежде, чем могло сильно повлиять па итоговый спектр. Влияние неточности спила при обеих ориентациях кристалла проиллюстрировано на Рис.4.12.
Один из зарегистрированных временных профилей вместе с теоретическим расчетом представлен на Рис.4.14. Как видно, длительность сигнала апериодического генератора, достаточно велика, чтобы эхо могло внести искажения в спектр. Кроме того, изначально проектируемый спектр достаточно широк, чтобы поглощение паров воды в воздухе также сильно сказалось па результате. Однако, несмотря на это экспериментально измеренная набивка терагсрцового импульса в его начале хорошо описывается теоретическими расчетами. Сравнение расчетного и эксперименталь но спектров генерации, полученных с учетом поглощения паров воды при влажности в лаборатории 30%, приведено на Рис.4.13 и показывает хорошую точность воспроизведения теоретических расчетов в эксперименте.
Описанная в данной главе процедура расчета доменной структуры кристалла позволила достичь принципиально более близких к расчетным спектральных профилей излучения апериодической доменной структуры, чем в опубликованной ранее диссертационной работе [46], где можно было говорить лишь о качественном совпадении.
