Введение к работе
Актуальность темы.
В последние годы внимание многих исследователей, как теоретиков, так и экспериментаторов, было привлечено к изучению поверхностных поляритонов (ПП) [1,2]. Был достигнут значительный прогресс в систематическом использовании ПП в качестве диагностического инструмента для получения характеристик твердого тела вблизи поверхности. Физические характеристики поверхностных слоев конденсированных сред отличаются от свойств объемных, а наличие тонких пленок, деффектов, покрытий приводят к дальнейшему изменению свойств, наибольшую информацию о которых можно получить, изучая спектральные характеристики колебаний, связанных с поверхностью, а именно ПП.
Взаимодействие ПП .с шероховатостью поверхности
может приводить к последствиям разного рода: может
существенно изменяться дисперсионная зависимость; при
распространении вдоль шероховатой поверхности ПП может
затухать или рассеиваться, а его волновой вектор изменяться;
электромагнитное поле ПП, оставаясь в основном
локализованным вблизи поверхности, может иметь
радиационную компоненту. Сравнение результатов
теоретичеких и экспериментальных исследований
характеристик распространения ПП вдоль шероховатой поверхности могло бы дать полезную информацию о характере поверхности, ее степени отклонения от идеальности [3,4].
В последние годы был достигнут существенный прогресс
в области спектроскопии с использованием источников и
детектирующих устройств когерентного ТГц излучения [5].
Генерация импульсов ТГц излучения весьма важна для точных
спектроскопических исследований в далеком инфракрасном
диапазоне. Появление источников высокомощного
когерентного излучения (лазеры, мазеры) делает возможным осуществление многих нелинейных эффектов, таких, как генерация гармоник, смещение частоты и др.
Хотя появление лазеров фемтосекундной длительности открывает новые возможности для создания источников в терагерцовои области частот, однако импульсный характер и узкий диапазон частотной перестройки ограничивают их использование на практике. Генерация излучения разностной частоты (ИРЧ) позволяет получать широкоперестраиваемое когерентное излучение в области спектра, где отсутствуют лазерные источники, в частности, в дальнем инфракрасном диапазоне длин волн.
Интерес к генерации разностной частоты с прикладной точки зрения связан с открывающимися здесь возможностями генерации мощного когерентного излучения в дальнем инфракрасном диапазоне. Она позволяет получать широкоперестраиваемое когерентное излучение в области спектра, где отсутствуют лазерные источники.
Разрешающая способность известных оптических
микроскопов ограничена приблизительно половиной длины
волны сканирующего света, что обусловлено
дифракционными процессами. В фотосканирующем туннельном микроскопе используются поверхностные эванесцентные волны. Поэтому образование поверхностных волн является ключевым для процессов в этих микроскопах.
Обсуждаемый в диссертации призматический резонатор (ПР) может использоваться для генерации поверхностных эванесцентных волн в терагерцовои области частот [6]. Диссертационная работа посвящена изучению перечисленных здесь проблем, и в этой связи ее тема является актуальной.
Целью диссертационной работы является:
изучение возможностей аномального возрастания волновых полей ПП, что позволяет выяснить природу увеличения нелинейного оптического отклика от шероховатой поверхности металла;
исследование черенковского механизма генерации разностной частоты в оптическом волноводе для создания
непрерывного и перестраиваемого источника излучения в
дальнем инфракрасном диапазоне; изучение особенностей ПР, который работает в субмиллиметровом диапазоне и обеспечивает частотно -перестраиваемое преобразование плоских волн на эванесцентные поверхностные волны.
Научная новизна.
Изучены особенности сверхфокусировки ПП в конической структуре и в системе, состоящей из двух соприкасающихся конических структур. Получены аналитические выражения для аномально возрастающих волновых полей ПП и дисперсионные уравнения, учитывающие потери.
Исследован черенковский механизм генерации разностной частоты в оптических волноводах двух конфигурации - симметричной и асимметричной.
Проведен экспериментальный и теоретический анализ процесса образования поверхностных волн в ПР в диапазоне частот 300+500 ГГц. Получены выражения для добротности и чувствительности ПР.
Предложен новый чувствительный химико - оптический сенсор на базе ПР.
Практическая ценность работы.
Исследованный в диссертационной работе эффект сверхфокусировки ПП открывает новые возможности в нелинейной спектроскопии поверхности. Этот эффект можно использовать также в сканирующей оптической микроскопии ближнего поля, где локализация волны по возможности в малой области пространства играет определяющую роль.
Изучена возможность эффективного преобразования частоты при мощностях, типичных для современных полупроводниковых лазеров, что можно использовать для создания непрерывных и перестраиваемых источников излучения практически во всем инфракрасном диапазоне.
ПР вместе с электрооптическим волноводом можно использовать для генерации терагерцового излучения с
помощью оптической накачки. Можно также создавать чувствительное химико - оптическое сенсорное устройство на базе ПР, изготовление и эксплуатация которого достаточно просты по сравнению с другими аналогичными приборами.
Апробация полученных результатов.
Результаты работы докладывались автором на международных конференциях по лазерной физике и нелинейной оптике (Аяггарак, Армения 1997; Тусон, США, 1998; Квебек, Канада 1999; Дилижан, Армения, 1999; Ереван, Армения 2000), научных семинарах кафедр СВЧ электроники радиофизического факультета и квантовой электроники физического факультета ЕГУ.
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 9 работ, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из трех глав, введения и заключения. Диссертация изложена на 89 страницах машинописного текста, содержит 13 рисунков, 2 таблицы, библиографию, включающую 147 наименований.
