Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время большое научное и практическое значение приобретает физика резонансного взаимодейсі тшя лазерного излучения с веществом Среди изучаемых эффектов постоянный интерес вызывают переходные онпгческие явления, в частности, фотонное (световое) эхо (ФЭ), на основе коюрого разрабатываются методы когерентной эхо-спектроскопии и оптической обработки информации. Явление фотонного эха, по существу, иредсгапляет собой оптический аналог хорошо известного в спектроскопии ядерного магнитного резонанса явления спинового эха, но имеет, по сравнению с последним, рад особенностей. Поскольку длина волны возбуждающего света намного меньше линейных размеров используемых резонансных сред, формирование когерентного оптического отклика сопровождается возникновением в резонансной среде динамических решеток населенности и поляризации оптических центров и, как следствие, подчиняется условию пространственного синхронизма. Поэтому большой интерес представляет собой исследование именно угловых и поляризационных закономерностей фотонного эха. Данная задача является актуальной, прежде всего, с точки зрения разработки методов поляризационно-угловой эхо-спектроскопии твердых тел
Другое направление исследований фотонного эха связано с тем, что последнее может служить способом запоминания, преобразования и воспроизведения пространственно-временной структуры возбуждающих импульсов, что представляет интерес для разработки систем оптической памяти и оптической обработки информации. С этой точки зрения наиболее перспективным является долгоживущее ФЭ (ДФЭ), наблюдаемое в кристаллах ван-флековских парамагнетиков (ВФГТ), активированных редкоземельными ионами (РЗИ). Поскольку сама возможность долговременного хранения информации в таких кристаллах связана с процессами релаксации между сверхтоіпсими подуровнями
основного электронного состояния РЗИ, весьма актуальным является исследование ДФЭ с учётом релаксационных процессов данного типа Особый интерес представляет собой исследование многоимпульсных режимов ДФЭ, а именно, процессов аккумулированной записи и многократного считывания информации. Разработка данного вопроса имеет большое значение и с позиций эхо-спектроскопии. Информация о параметрах, характеризующих взаимодействие ядер РЗИ с решеткой, которая получается с помощью ДФЭ, в ряде случаев является уникальной, поскольку в данных эхо-экспериментах используются кристаллы ВФП с очень малой концентрацией примесных центров, когда сигналы ядерного спинового эха имеют ничтожно малую интенсивность.
Целью работы является теоретическое исследование ряда важных с точки зрения эхо-спектроскопии и разработки оптических запоминающих устройств закономерностей формирования откликов первичного, стимулированного и долгоживущего ФЭ в примесных кристаллах, а именно: а) влияние релаксационных процессов на формирование ДФЭ в кристаллах ВФП, определение оптимальных условий многоимпульсных процессов записи и считывания информации в режиме ДФЭ;
б) поляризационные и угловые закономерности ФЭ в твердых телах,
разработка методов поляризационно-угловой эхо спектроскопии;
в) разработка методов стирания информации, записанной в режимах
стимулированного и долгоживущего ФЭ.
Основные защищаемые положения. На основе проведённых исследований на защиту выносятся следующие положения:
-
Результаты исследования влияния ядерной релаксации на формирование долгоживущего ФЭ в кристаллах ВФП. Результаты исследования многократного считывания сигналов ДФЭ в кристалле LaFj^r3*.
-
Результаты теоретического изучения аккумулированного ДФЭ в кристаллах ВФП.
-
Результаты теоретического исследования поляризационных закономерностей стимулированного и долгожлвущего ФЭ в кристалле LaF3:i'r3*.
-
Результаты исследования угловых закономерностей первичного ФЭ в примесных кристаллах. Объяснение модуляционного характера зависимости интенсивности первинної о ФЭ от угла между волновыми векторами возбуждающих импульсов.
-
Метод "запирания" информации в оптических запоминающих устройствах на основе ФЭ.
-
Результаты исследования неравновесной населённости сверхтонких подуровней основного состояния РЗИ в кристаллах ВФП, возникающей после резонансного оптического возбуждения. Метод локального стирания информации в режиме ДФЭ и метод лазерного охлаждения ядерной спиновой системы в кристаллах ВФП.
Научная новизна полученных в диссертации результатов состоит в следующем:
Впервые проведен теоретический анализ ДФЭ в ВФП с учётом процессов релаксации населённостен сверхтонких подуровней основного электронного состояния редкоземельных ионов. Впервые теоретически проанализировано влияние процессов ядерной релаксации на многократное считывание сигналов ДФЭ в ван-флековских парамагнетиках. Впервые теоретически исследовано аккумулированное ДФЭ в ВФП с учетом реальной структуры энергетических уровней редкоземельных ионов и релаксационных процессов между сверхтонкими подуровнями. Теоретически исследованы угловые закономерности фотонного эха в примесных кристаллах. Впервые объяснена наблюдаемая экспериментально модуляция интенсивности ПФЭ, возникающая при изменении угла между волновыми векторами возбуждающих импульсов. Теоретически исследованы поляризационные закономерности СФЭ и ДФЭ в кристалле Lfd^Pr3*. Получено выражение, описывающее зависимость поляризации отклика СФЭ от поляризации
возбуждающих импульсов при произвольной площади последних. Рассмотрены случаи, когда импульс эха распространяется как вдоль, так и перпендикулярно оптической оси кристалла.
Практическая значимость работы заключается в получении результатов, которые могут быть использованы для развития методов оптической когерентной эхо-спектроскопии и для разработки систем оптической обработки информации.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на XV Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике (Санкт-Петербург, 1995), на X Феофиловском симпозиуме (Санкт-Петербург, 1995), на IV международной конференции по лазерной физике (Woikshop "Volga Laser Tour", 1995).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ, список которых приводится в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения и списка литературы (86 наименований). Работа изложена на 101 странице, включая 25 рисунков, 1 таблицу и список литературы.
