Введение к работе
Актуальность теми диссертации. Нелинейная оптика изучает иракий круг физических явлений, в основе которых лежит взаимодействие вещества с сильными электромагаитными полями оптического диапазона частот. За трехдосятилетний период интенсивного развития нелинейной оптики, начало которому полошило изобретение лазера, важные результаты получены в таких ее фундаментальних областях, как физика оптиче.кой нелинейности (нелинейная оптическая спектроскопия) и волновая нелинейная оптика. Фундаменталыше разделы находят практический выход в прикладной нелинейной оптике, предметом которой является разработка и оптимизация параметров целого ряда устройств: преобразователей частоты и параметрических генераторов оптического излучения, компрессоров сверхкоротких световых импульсов, бистабилышх и мультистабильных элементов оптических процессоров.
Одной из приоритетных областей применения достижений нелинейной оптики является опті. іеская обработка информации. Повышение эффективности работы нелинейных оптических устройств обработки информации возможно за счет увеличения нелинейности используемых материалов и усиления концентрации энергии световых волн в области нелинейного взаимодействия. В связи с этим возрастает актуальность поисков новых нелинейных оптических материалов и конструктивных решений нелгиейных элементов и устройств.
В последние года наряду с ичтенсификацией работ в традиционной области синтеза нелинейных кристаллов наблюдается рост числа исследований, направленных на создание искусственных нелинейных сред. Успехи, достигнутые в области физики нь-лине"ного отклика поверхности твердого тела, гетерограницы и тонкого слоя, создали предпосылки для формирования принципиально нового класса материалов - многослойных нелинейных сред. Результатом работ в этом направлении стал ряд экспериментальных демонстрация возможности получения высокой оптической нелинейности к многослойных эпитаксиалышх гетеро-структура.^ (сверхрекетнах). Достижения п разработке нелинеП-
ных оптических элементов на основе таких структур представляются в настоящее время наиболее впечатл оцими.
Так, в многослойных эпитаксиальных структурах из кристаллических полупроводниковых материалов AjjjBy для создания искусственной квадратичной нелинейности вводится асимметрия профиля одномерны;, потенциальных ям отдельных слоев. Благодаря этому на частотах, близких к резонансным частотам меамини-зонного поглощения, удается получить чрезвычайно высокие значения нелинейной восприимчивости второго порядка.
Всплеск интереса к изучении электронных и оптических свойств многослойных структур из аморфных материалов обусловлен, в частности, регистрацией ряда особенностей фотолюминесценции, фотопроводимости и электропоглощения многослойных структур на основе гидрогенизированного аморфного кремния (<*-Si:H), обнаруживающих их сходство с эпитаксиальными сверхрешетками.
Использование многослойных структур из тонких аморфных слоев, прозрачных в широкой спектральной области, практически не ограничивающих класса материалов подложки и обладающих высокой искусственной квадратичной оптической нелинейностью, открывает новые возможности создания эффективных нелинейны:: преобразователей для оптических устройств обработки информации.
Эти возможности выглядят наиболее выигранными в случае реализации волноводного реноїма распространения волн, участвующих в нелинейных взаимодействиях. Его особенности: отсутствие дифракционной расходимости и возможность взаимной компенсации материальной и волноводной дисперсии в рейте фазового согласования взаимодействующих волн - позволяют обеспечить высокую концентрацию модности волнн накачки на больной когерентной длине нелинейного взаимодействия.
Цель работы. Исследование квадратичной оптнческог нелинейности многослойных структур из алорфаых диэлектрических материалов. Создание многослойных волноводннх структур из аморфных диэлектриков с искусственной квадратичной нелинейностью и изучение их оптических свойств.
Научная новизна. В результате проведенных исследований получены следующие оригинальные результаты:
-
Теоретически установлено, что наличие областей с высокой напряженность!) электростатического поля, локализованных в непосредственной близости к плоскостям границ раздела между материалами, может служить причиной существования значительной квадратичной оптической нелинейной восприимчивости многослойных структур из аморфных диэлектриков.
-
Подучены выражение для величины интеграла перекрытия полей волноводных волн, участвующих в процессе генерации второй гармоники оптического излучения в многослойном планарном анизотропном диэлектрическом волноводе с произвольным распределением компонент тензора нелинейной восприимчиаости второго порядка в поперечном сечении волноводного слоя.
-
На основе экспериментального исследования оптических спектров поглощения многослойных структур из тонких пленок аморфной пятиокиси тантала (оС-Та205) и аморфной двуокиси кремния (d.-SL02), изготовленных методом высокочастотного катодного распыления, показано что глубина взаимной диффузии материалов на границе раздела не превышает 0,5 нм.
Л. Впервые наблюдалась генерация второй гармоники в многослойной структуре из аморфных диэлектрических пленок с искусственной квадратичной нелинейностью. Периодическая структура из слоев оС-Та205 и <-Si02 изготовлена методом высокочастотного к/годного распыления. При когерентной длине нелинейного взаимодействия волн ТЕ0Ш [\ = 1,06 «км) и TM0Zw, равной 0,5 ми, и мощности излучения накачки Pw = 9 Вт получена эффективность преобразования ті = V М/Р = 3« 10 .
5. Экспериментально продемонстрирована возможность значительного повышения искусственной квадратичной нелинейност.. путем увеличения асимметрии профиля электростатического потенциала в aMoptuiNX диэлектрических слоях. Генерация второй гармоники реализована в структур-' из трех периодически чере-дущихся пленок: с-Та205, <-А1203 и rf-SI0o. Полученная искусственная квадратичная нелинейность слоев <*-Та205 по порядку величины сравнима с нелинейностью кристалла KDP.
Практическая ценность работы» Полученные результаты могут быть использованы в исследованиях физических свойств поверхностей аморфных материалов, границ раздела мешду ними и многослойных структур на их основе, а также при создании интегрально-оптических и оптоэлектронных устройств обработки информации.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на I Всесоюзной конференции по интегральной оптике (Ужгород, 1991 г.), 2 Всесоюзной научно-технической конференции "Оптические сети связи" (Владимир, 1991 г.), VIII региональном семинаре "Оптические и оптоэлектронные методы и устройства обработки информации" (Краснодар, 1990 г.), ряде научных конференций факультета физико-математических и естественных наук и конференций молодых ученчх Университета дружбы народов им. П.Лумуыбы.
Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в 13 работах.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, двух глав, заключения и списка литературы, содержит 89 страниц машинописного текста, .таблиц;*, <3рисунков. Список цитируемой литературы содержит об наименований.
