ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ФЕМТОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ В ШИРОКОМ СПЕКТРАЛЬНОМ ДИАПАЗОНЕ НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА МНОГОФОТОННОГО ПОГЛОЩЕНИЯ В КРИСТАЛЛЕ НАТУРАЛЬНОГО АЛМАЗА
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”
Òîì 75, ¹ 3, ìàðò 2008
ÑÎÄÅÐÆÀÍÈÅ
ÔÈÇÈ×ÅÑÊÀß ÎÏÒÈÊÀ
3 Èçìåðåíèå ïàðàìåòðîâ ôåìòîñåêóíäíûõ èìïóëüñîâ â øèðîêîì ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå íà îñíîâå ýôôåêòà ìíîãîôîòîííîãî ïîãëîùåíèÿ â êðèñòàëëå íàòóðàëüíîãî àëìàçà Ãàãàðñêèé Ñ.Â., Ïðèõîäüêî Ê.Â.
9 Ìåòîä ïðÿìîãî èçìåðåíèÿ äîïëåðîâñêèõ ñìåùåíèé è ýôôåêòà Çååìàíà ïî îïòè÷åñêèì öèôðîâûì ñïåêòðîãðàììàì Ñîëíöà è äîëãîïåðèîäè÷åñêèå êîëåáàíèÿ ñîëíå÷íûõ ïÿòåí Åôðåìîâ Â.È., Ïàðôèíåíêî Ë.Ä., Ñîëîâüåâ À.À.
ÐÀÑ×ÅÒ, ÏÐÎÅÊÒÈÐÎÂÀÍÈÅ È ÏÐÎÈÇÂÎÄÑÒÂÎ ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÕ ÑÈÑÒÅÌ
18 Øèðîêîóãîëüíûå îïòè÷åñêèå ñèñòåìû ñ êîìáèíåðîì íà îñíîâå ñèíòåçèðîâàííûõ îáúåìíûõ ãîëîãðàìì äëÿ íàøëåìíûõ äèñïëååâ Ãàí Ì.À., Ùåãëîâ Ñ.À., Ãàí ß.Ì., ×åðòêîâ À.Ñ.
24 Êîìïüþòåðèçèðîâàííûé èíòåðôåðîìåòð ñäâèãà Ëå Çóé Òóàí, Êèðèëëîâñêèé Â.Ê.
30 Ãðàäèåíòíûé ìåòîä ðàñ÷åòà îïòè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ çàäàííîé îñâåùåííîñòè íà êðèâîëèíåéíîé ïîâåðõíîñòè Áåëîóñîâ À.À., Äîñêîëîâè÷ Ë.Ë., Õàðèòîíîâ Ñ.È.
36 Âçàèìíîå íåêîëëèíåàðíîå îòîáðàæåíèå ïðîñòðàíñòâà ïðåäìåòîâ è ïðîñòðàíñòâà âèäèìûõ èçîáðàæåíèé Ïîòàïîâà Ã.Ê., Ìîñêàëåíêî Ì.À.
43 Èçîïëàíàòèçì îïòè÷åñêîé ñèñòåìû ÷åëîâå÷åñêîãî ãëàçà Äóáèíèí À.Â., Áåëÿêîâ À.È., ×åðåçîâà Ò.Þ., Êóäðÿøîâ À.Â.
ÈÊÎÍÈÊÀ – ÍÀÓÊÀ ÎÁ ÈÇÎÁÐÀÆÅÍÈÈ
46 Èññëåäîâàíèå ñòàòèñòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê îáîëî÷åê 3D-îáúåêòîâ Êðàñèëüíèêîâ Í.Í., Êðàñèëüíèêîâà Î.È.
ÃÎËÎÃÐÀÔÈß
50 ×óâñòâèòåëüíîñòü îáúåìíûõ ãîëîãðàôè÷åñêèõ ñðåä Ãóðåâè÷ Á.Ñ., Ãóðåâè÷ Ñ.Á., Ïåöêóñ À.
54 Êðîêîíèåâûé êðàñèòåëü â êà÷åñòâå ñåíñèáèëèçàòîðà ôîòîòåðìîïëàñòè÷åñêèõ ãîëîãðàôè÷åñêèõ ñðåä äëÿ áëèæíåé ÈÊ îáëàñòè ñïåêòðà Äàâèäåíêî Í.À., Èùåíêî À.À., Ãåòüìàí÷óê Þ.Ï., Äåðåâÿíêî Í.À., Êîñòåíêî Ë.È., Êóëèíè÷ À.Â., Êóðäþêîâ Â.Â., Ìîêðèíñêàÿ Å.Â., Ãóìåíþê Ë.Í., Ïàâëîâ Â.À., ×óïðèíà Í.Ã., Êóðàíäà Í.Í., Õóòîðíûé Ñ.Â.
ÎÏÒÈ×ÅÑÊÎÅ ÏÐÈÁÎÐÎÑÒÐÎÅÍÈÅ È ÒÅÕÍÎËÎÃÈß
60 Ñåðèÿ êðåìíèåâûõ ìóëüòèïëåêñîðîâ äëÿ ÊÐÒ-ôîòîäèîäîâ ñïåêòðàëüíîãî äèàïàçîíà 8–16 ìêì Êîçëîâ À.È., Ìàð÷èøèí È.Â., Îâñþê Â.Í., Àñååâ À.Ë.
68 Ñèñòåìà äèñòàíöèîííîãî îïòè÷åñêîãî êîíòðîëÿ ñå÷åíèÿ ïðîâîäà êîíòàêòíûõ ñåòåé æåëåçíûõ äîðîã Áàçèí Â.Ñ., Âåðõîãëÿä À.Ã., Âûõðèñòþê È.À., Êàëè÷êèí Ñ.Â., Êàëèêèí Â.Ý., Ìàêàðîâ Ñ.Í., Ñòóïàê Ì.Ô., ×óãóé Þ.Â.
ÎÏÒÈ×ÅÑÊÎÅ ÌÀÒÅÐÈÀËÎÂÅÄÅÍÈÅ È ÒÅÕÍÎËÎÃÈß
74 Ôèçèêî-õèìè÷åñêèå ìåòîäû ïîâûøåíèÿ òåðìè÷åñêîé ïðî÷íîñòè ëàçåðíûõ êðèñòàëëîâ LiYF4:Nd Èãíàòüåâ À.È., Íèêîíîðîâ Í.Â., Ìî÷àëîâ È.Â., Öûãàíêîâà Å.Â., Ðåéòåðîâ Â.Ì., Áàëòóøêà À.
79 Ñïåêòðû óñèëåíèÿ â èòòåðáèé-ýðáèåâûõ ìåòàôîñôàòíûõ ñòåêëàõ äëÿ ìèêðîëàçåðîâ Àñååâ Â.À., Çëàòîâ À.Ñ., Íèêîíîðîâ Í.Â., Ïðæåâóñêèé À.Ê., Ôåäîðîâ Þ.Ê.
83 Ñâÿçü îòíîñèòåëüíîãî ñäâèãà èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ è ïîãëîùåíèÿ ñâåòà ïîëóïðîçðà÷íûì ìåòàëëè÷åñêèì ñëîåì â äâóõëó÷åâîì èíòåðôåðîìåòðå Êóëàãèí Å.Ñ.
ÈÍÔÎÐÌÀÖÈß
89 Ìåæäóíàðîäíàÿ êîíôåðåíöèÿ “Îïòîèíôîðìàòèêà 2008” 90 Êîëëåêòèâíàÿ ìîíîãðàôèÿ “Îïòèêà íàíîñòðóêòóð” 91 Ìîíîãðàôèÿ “Îïòè÷åñêèå ìåòîäû âèçóàëèçàöèè ãàçîâûõ ïîòîêîâ”
Ñäàíî â íàáîð 18.12.07. Ïîäïèñàíî â ïå÷àòü 00.00.08. Ôîðìàò áóìàãè 60×84/8. Áóìàãà îôñåòíàÿ ¹ 1. Ãàðíèòóðà Times New Roman. Ïå÷àòü îôñåòíàÿ. Çàêàç ¹ 00. Îòïå÷àòàíî â ÎÎÎ «ÖÒÒ». Òèðàæ 300 ýêç. Öåíà ïîäïèñíàÿ. Àäðåñ òèïîãðàôèè: 199034, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã, Áèðæåâàÿ ëèíèÿ, ä. 16.
Êà÷åñòâî ãðàôè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ ñîîòâåòñòâóåò ïðåäñòàâëåííûì îðèãèíàëàì.
Íàó÷íûé ðåäàêòîð Â.Ï. Áåëîøååâ Êîððåêòîð Ý.À. Ðîæäåñòâåíñêàÿ
ÔÈÇÈ×ÅÑÊÀß ÎÏÒÈÊÀ
ÓÄÊ 621.373.826
ÈÇÌÅÐÅÍÈÅ ÏÀÐÀÌÅÒÐÎÂ ÔÅÌÒÎÑÅÊÓÍÄÍÛÕ ÈÌÏÓËÜÑÎÂ Â ØÈÐÎÊÎÌ ÑÏÅÊÒÐÀËÜÍÎÌ ÄÈÀÏÀÇÎÍÅ ÍÀ ÎÑÍÎÂÅ ÝÔÔÅÊÒÀ ÌÍÎÃÎÔÎÒÎÍÍÎÃÎ ÏÎÃËÎÙÅÍÈß Â ÊÐÈÑÒÀËËÅ ÍÀÒÓÐÀËÜÍÎÃÎ ÀËÌÀÇÀ
© 2008 ã.
C. Â. Ãàãàðñêèé, êàíä. ôèç.-ìàò. íàóê; Ê. Â. Ïðèõîäüêî, êàíä. ôèç.-ìàò. íàóê
Ñàíêò-Ïåòåðáóðãñêèé ãîñóäàðñòâåííûé óíèâåðñèòåò èíôîðìàöèîííûõ òåõíîëîãèé, ìåõàíèêè è îïòèêè, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã E-mail: s_gagarski@mail.ru
Èçìåðåíèå ïàðàìåòðîâ ôåìòîñåêóíäíûõ èìïóëüñîâ â ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå îò óëüòðàôèîëåòîâîãî äî èíôðàêðàñíîãî áåç èçìåíåíèÿ òèïà èçìåðèòåëüíîé ñèñòåìû èëè åå çíà÷èòåëüíîé ïåðåíàñòðîéêè ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé äîñòàòî÷íî ñëîæíóþ çàäà÷ó.  íàñòîÿùåé ðàáîòå ïðîâåäåíî èññëåäîâàíèå âîçìîæíîñòåé èñïîëüçîâàíèÿ äëÿ åå ðåøåíèÿ ýôôåêòà ìíîãîôîòîííîãî ïîãëîùåíèÿ â ïðîçðà÷íûõ â øèðîêîì ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå îïòè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ. Ïðèâîäÿòñÿ ðåçóëüòàòû èçìåðåíèÿ ïàðàìåòðîâ ôåìòîñåêóíäíûõ èìïóëüñîâ â óëüòðàôèîëåòîâîì (îò 230 íì), âèäèìîì è èíôðàêðàñíîì (âïëîòü äî 3000 íì) äèàïàçîíàõ ñ ïîìîùüþ ïðåäëîæåííîãî êîìáèíèðîâàííîãî êîððåëÿöèîííîãî èçìåðèòåëÿ, ðàáîòàþùåãî íà ýôôåêòå äâóõôîòîííîãî ïîãëîùåíèÿ â êðèñòàëëå íàòóðàëüíîãî àëìàçà.
Êîäû OCIS: 260.0260.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 19.06.2007.
Ââåäåíèå
Êîððåëÿöèîííûå èçìåðåíèÿ ÿâëÿþòñÿ ñòàíäàðòíûì ìåòîäîì îïðåäåëåíèÿ äëèòåëüíîñòè è ôàçîâîé ñòðóêòóðû óëüòðàêîðîòêèõ ñâåòîâûõ èìïóëüñîâ (ÓÊÈ). Ýòîò ìåòîä ðåàëèçóåòñÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì öåëîãî ðÿäà ôèçè÷åñêèõ ýôôåêòîâ, ïðåèìóùåñòâåííî íåëèíåéíî-îïòè÷åñêèõ. Êàê áûëî ïîêàçàíî â ðàáîòàõ [1–6], â öåëîì ðÿäå ïðàêòè÷åñêèõ ñèòóàöèé îïðåäåëåííûìè ïðåèìóùåñòâàìè îáëàäàåò ìåòîä, îñíîâàííûé íà ýôôåêòå äâóõôîòîííîãî ïîãëîùåíèÿ (ÄÔÏ) â ïðîçðà÷íûõ äëÿ èçìåðÿåìîãî èçëó÷åíèÿ ìàòåðèàëàõ. Ýòîò ìåòîä áàçèðóåòñÿ íà íå÷óâñòâèòåëüíûõ ê âûïîëíåíèþ óñëîâèé ôàçîâîãî ñèíõðîíèçìà êðîññêîððåëÿöèîííûõ èçìåðåíèÿõ ãðóïïîâîé çàäåðæêè ìåæäó èìïóëüñîì íàêà÷êè ñ öåíòðàëüíîé ÷àñòîòîé ωp è ïðîáíîãî èìïóëüñà ñ öåíòðàëüíîé ÷àñòîòîé ωi (â âûðîæäåííîì ñëó÷àå àâòîêîððåëÿöèîííûõ èçìåðåíèé ωp = ωi). Êðîññêîððåëÿöèîííûå èçìåðåíèÿ ïðîâîäÿòñÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì ýôôåêòà äâóõôîòîííîãî ïîãëîùåíèÿ â òîíêîì ñëîå ïîäõîäÿùåãî ìàòåðèàëà (âîäà, êâàðö è ò. ä.). Øèðèíà çàïðåùåííîé çîíû ïîãëîùàþùåãî ìàòåðèàëà Eg äîëæíà óäîâëåòâîðÿòü óñëîâèþ ωp < Eg/h < ωp + ωi + ΔΩi, ãäå ΔΩi – ñïåêòðàëüíîå ðàçðåøåíèå ìåòîäà, ñîîòâåòñòâóþùåå ìèíèìàëüíîé ñïåêòðàëüíîé øèðèíå èìïóëüñà.
Çà íåëèíåéíûì îïòè÷åñêèì ýëåìåíòîì ðàñïîëàãàåòñÿ ñïåêòðàëüíàÿ ñèñòåìà, ïîçâîëÿþùàÿ âûäåëèòü ÷àñòîòíûé èíòåðâàë ΔΩi ñ âûáðàííîé öåíòðàëüíîé ÷àñòîòîé ωi. Ïðîïóñêàíèå îáðàçöà íà ωi çàâèñèò îò ïëîòíîñòåé ìîùíîñòè ñôîêóñèðîâàííûõ èìïóëüñîâ íàêà÷êè è ïðîáíîãî èìïóëüñà, ñîîòâåòñòâóþùåãî çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòà ÄÔÏ (β2) è ñïåêòðàëüíî-âðåìåííîãî ïåðåêðûòèÿ âçàèìîäåéñòâóþùèõ èìïóëüñîâ. Ýêñòðåìóì êðîññêîððåëÿöèîííîé ôóíêöèè, ñîîòâåòñòâóþùèé ìèíèìóìó ïðîïóñêàíèÿ ìàòåðèàëà íà âûáðàííîé ÷àñòîòå ωi, ñäâèíóò íà âðåìåííóþ çàäåðæêó τD îò ðåàëüíîé “íóëåâîé ïîçèöèè”, ñîâïàäàþùåé ñ ìàêñèìóìîì àâòîêîððåëÿöèîííîé ôóíêöèè èìïóëüñà íàêà÷êè.  êîíå÷íîì èòîãå ìîæíî ïîñòðîèòü çàâèñèìîñòü ãðóïïîâîé çàäåðæêè îò ìãíîâåííîé ÷àñòîòû τD(ωi).  ñî÷åòàíèè ñ äàííûìè ïî ñïåêòðó ïðîïóñêàíèÿ àíàëèçèðóåìîãî ñèãíàëà ýòîé èíôîðìàöèè âïîëíå äîñòàòî÷íî äëÿ îïðåäåëåíèÿ âðåìåííîé è ôàçîâîé ñòðóêòóðû èññëåäóåìîãî èìïóëüñà, åñëè èçâåñòíà çàâèñèìîñòü β2(ωp, ωi). Ñïåêòðàëüíûé äèàïàçîí ïðèìåíåíèÿ óêàçàííîé ìåòîäèêè âåñüìà øèðîê è îãðàíè÷åí â êîðîòêîâîëíîâîì äèàïàçîíå ãðàíèöåé ôóíäàìåíòàëüíîãî ïîãëîùåíèÿ âûáðàííîãî îïòè÷åñêîãî ìàòåðèàëà (äëÿ áîëüøèíñòâà îïòè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ îáëàñòü äëèí âîëí êîðî÷å 200 íì).  èíôðàêðàñíîì äèàïàçîíå îãðàíè÷åíèÿ íà÷èíàþòñÿ äëÿ ÷àñòîò, ñî-
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 3, 2008
3
îòâåòñòâóþùèõ äëèíå âîëíû â íåñêîëüêî ìèêðîìåòðîâ. Äëÿ ïðîâåäåíèÿ èçìåðåíèé â ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå, ïðîñòèðàþùåìñÿ îò ãëóáîêîãî óëüòðàôèîëåòîâîãî äî ñðåäíåãî èíôðàêðàñíîãî, îäíèì èç íàèáîëåå ïåðñïåêòèâíûõ ìàòåðèàëîâ îêàçàëñÿ íàòóðàëüíûé àëìàç òèïà 2À. Òàêîé âûáîð îáóñëîâëåí òåì, ÷òî àëìàç îáëàäàåò íàèáîëåå îïòèìàëüíûì ñðåäè èçâåñòíûõ íà äàííûé ìîìåíò ìàòåðèàëîâ ñî÷åòàíèåì òåïëîâûõ, ìåõàíè÷åñêèõ è îïòè÷åñêèõ ñâîéñòâ. Ýòîò ìàòåðèàë ïðîçðà÷åí â äèàïàçîíå 230– 5000 íì, èìååò âûñîêèé êîýôôèöèåíò ÄÔÏ è íèçêèé êîýôôèöèåíò òðåõôîòîííîãî ïîãëîùåíèÿ, à òàêæå, èìååò âûñîêèé ïîðîã îïòè÷åñêîãî ðàçðóøåíèÿ. Ïî äàííûì íàøèõ ýêñïåðèìåíòîâ, ýòî çíà÷åíèå ñîñòàâëÿåò 0,2 TÂò/ñì2 äëÿ èìïóëüñîâ äëèòåëüíîñòüþ 100 ôñ íà äëèíå âîëíû 250 íì. Äèíàìèêà âçàèìîäåéñòâèÿ ÓÊÈ ñ àëìàçîì è ñîîòâåòñòâóþùàÿ ôîðìà êðîññêîððåëÿöèîííîé ôóíêöèè îïðåäåëÿåòñÿ ýíåðãåòè÷åñêîé ñòðóêòóðîé åãî óðîâíåé (ðèñ. 1) è çàâèñèò îò ñóììàðíîé ýíåðãèè âçàèìîäåéñòâóþùèõ ôîòîíîâ. Åñëè ýíåðãèÿ îäèíî÷íîãî ôîòîíà ìåíüøå øèðèíû çàïðåùåííîé çîíû, òî ìîæíî âûäåëèòü òðè îñíîâíûõ âîçìîæíûõ êàíàëà ìíîãîôîòîííîãî ïîãëîùåíèÿ [7–15]:
I. Ðåçîíàíñíîå (èñòèííîå) äâóõôîòîííîå ïîãëîùåíèå, âûçâàííîå ïðÿìûì äâóõôîòîííûì ïåðåõîäîì â çîíó ïðîâîäèìîñòè.
II. Ðåçîíàíñíîå äâóõôîòîííîå ïîãëîùåíèå ñ ó÷àñòèåì ôîíîíà, âûçâàííîå íåïðÿìûì ïåðåõîäîì â çîíó ïðîâîäèìîñòè.
III. Êàñêàäíîå ïîãëîùåíèå íèçêîýíåðãåòè÷íîãî ïðîáíîãî ôîòîíà äîëãîæèâóùèìè ñâîáîäíûìè íîñèòåëÿìè, èíäóöèðîâàííûìè ôîòîíàìè íàêà÷êè.
1,0 4,2
Ýíåðãèÿ, ýÂ 4,6 5,0
5,4
Ïðîïóñêàíèå, % Ýíåðãèÿ, ýÂ
τc 0,8 8
I II
0,6
4 hω1
τi
00
K
0,4 305
265 Äëèíà âîëíû, íì
225
Ðèñ. 1. Ýíåðãåòè÷åñêàÿ äèàãðàììà è ðåçóëüòàòû èçìåðåíèÿ âíóòðåííåãî ïðîïóñêàíèÿ îáðàçöà íàòóðàëüíîãî àëìàçà òèïà 2À òîëùèíîé 1 ìì. Îáëàñòü íàðàñòàíèÿ ïîãëîùåíèÿ â ðàéîíå 5,5 ý ñîîòâåòñòâóåò íåïðÿìûì äâóõôîòîííûì ïðîöåññàì, âêëþ÷àÿ ôîòîí-ôîííîííûå ïåðåõîäû.
4
Íå çàâèñèìûé îò òåìïåðàòóðû “èñòèííûé” êîýôôèöèåíò ÄÔÏ îòâåòñòâåíåí çà ïðîöåññû òèïà I. Îñíîâíûå öåëè íàøèõ èññëåäîâàíèé â ðàìêàõ äàííîé ðàáîòû ñîñòîÿëè â èçìåðåíèè êîýôôèöèåíòà ÄÔÏ àëìàçà òèïà 2À, îïðåäåëåíèè ïàðàìåòðîâ ôåìòîñåêóíäíûõ èìïóëüñîâ â îáëàñòè, ðàñïîëîæåííîé âáëèçè êðàÿ ïîëîñû ïîãëîùåíèÿ (äèàïàçîí 230– 280 íì), à òàêæå â îïðåäåëåíèè ãðàíè÷íûõ âîçìîæíîñòåé ïðèìåíåíèÿ äàííîãî ìàòåðèàëà ê èçìåðåíèÿì â èíôðàêðàñíîì äèàïàçîíå.
Èñòî÷íèê ìîùíûõ ôåìòîñåêóíäíûõ èìïóëüñîâ â äèàïàçîíå 230–3000 íì ñ êèëîãåðöîâîé ÷àñòîòîé ïîâòîðåíèÿ
Ñîâìåñòíî ñ Èíñòèòóòîì ôèçè÷åñêîé è òåîðåòè÷åñêîé õèìèè Ìþíõåíñêîãî òåõíè÷åñêîãî óíèâåðñèòåòà íàìè áûë ðàçðàáîòàí ëàçåðíûé êîìïëåêñ, ïîçâîëÿþùèé ãåíåðèðîâàòü èìïóëüñû ñ äëèòåëüíîñòüþ ïîðÿäêà 100 ôñ è ìîùíîñòüþ äî 1 ÃÂò â øèðîêîì ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå. Êîìïëåêñ ïðåäíàçíà÷åí äëÿ èçó÷åíèÿ ïðîöåññîâ ïåðåíîñà çàðÿäà â ñëîæíûõ îðãàíè÷åñêèõ ìîëåêóëàõ, à òàêæå äëÿ èçìåðåíèÿ õàðàêòåðèñòèê ðàçëè÷íûõ íåëèíåéíî-îïòè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ.
Çàäàþùèì ãåíåðàòîðîì â êîìïëåêñå ñëóæèò íåïðåðûâíîíàêà÷èâàåìûé ëàçåð íà òèòàí-ñàïôèðå MIRA (Coherent). Ãåíåðàöèÿ ôåìòîñåêóäíûõ èìïóëüñîâ îñóùåñòâëÿåòñÿ ìåòîäîì ñèíõðîíèçàöèè ìîä ñ ïîìîùüþ êåððîâñêîé íåëèíåéíîé ëèíçû, íàâîäèìîé â àêòèâíîì ýëåìåíòå. Íà âûõîäå ëàçåðà ãåíåðèðóþòñÿ ñïåêòðàëüíî-îãðàíè÷åííûå èìïóëüñû äëèòåëüíîñòüþ 60–70 ôñ íà äëèíå âîëíû 790 íì ñ ýíåðãèåé 0,5 ìêÄæ, ñëåäóþùèå ñ ÷àñòîòîé ïîâòîðåíèÿ 1 ÌÃö. Äàëåå êàæäûé òûñÿ÷íûé èìïóëüñ óñèëèâàåòñÿ äî ýíåðãèè 2 ìÄæ â îðèãèíàëüíîì ðåãåíåðàòèâíîì óñèëèòåëå, ñíàáæåííîì ñèñòåìîé âðåìåííîé äåêîìïðåññèè/êîìïðåññèè, ïîñòðîåííîé íà ðåøåòî÷íîé ýëåìåíòíîé áàçå. Íàêà÷êà ðåãåíåðàòèâíîãî óñèëèòåëÿ îñóùåñòâëÿåòñÿ íàíîñåêóíäíûìè èìïóëüñàìè ñ äëèíîé âîëíû 523 íì, ãåíåðèðóåìûìè òâåðäîòåëüíûì ëàçåðîì “SUPERMERLIN 23” íà êðèñòàëëå ÈËÔ:Nd. Ýíåðãèÿ âûõîäíîãî èìïóëüñà äîñòèãàåò 23 ìÄæ è èñïîëüçóåòñÿ äëÿ íàêà÷êè êðèñòàëëîâ òèòàí-ñàïôèðà ñîáñòâåííî ðåãåíåðàòèâíîãî óñèëèòåëÿ, à òàêæå äîïîëíèòåëüíîãî äâóõêàñêàäíîãî óñèëèòåëÿ. Ïîñëå âûõîäíîãî êîìïðåññîðà, ñîáðàííîãî íà ïàðå äèôðàêöèîííûõ ðåøåòîê, âûõîäíîé ïó÷îê èç ðåãåíåðàòèâíîãî óñèëèòåëÿ ðàçäåëÿåòñÿ íà äâà êàíàëà è èñïîëüçóåòñÿ äëÿ íàêà÷êè äâóõ ïàðàìåòðè÷åñêèõ ãåíåðàòîðîâ-óñèëèòåëåé ñåðèè TOPAS. ×àñòü ïåðåñòðàèâàåìîãî ïî ñïåêòðó âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ ñèãíàëüíîé è õîëîñòîé âîëí ñìåøèâàåòñÿ â íåëèíåéíîì êðèñòàëëå ãåíåðàòîðà
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 3, 2008
ðàçíîñòíîé ÷àñòîòû (ñïåêòðàëüíûé äèàïàçîí 445– 550 íì) è çàòåì óäâàèâàåòñÿ â ñâåðõòîíêîì êðèñòàëëå áåòàáîðàòà áàðèÿ.  ðåçóëüòàòå â óëüòðàôèîëåòîâîì äèàïàçîíå îáåñïå÷èâàåòñÿ ãåíåðàöèÿ ôåìòîñåêóíäíûõ èìïóëüñîâ ñ ýíåðãèåé 25–70 ìêÄæ, ïåðåñòðàèâàåìûõ â äèàïàçîíå 230–280 íì.  âèäèìîì è áëèæíåì èíôðàêðàñíîì äèàïàçîíàõ ýíåðãèÿ èìïóëüñîâ, ñîîòâåòñòâóþùèõ ïðÿìîé è õîëîñòîé âîëíàì ïàðàìåòðè÷åñêîãî ãåíåðàòîðà, à òàêæå èõ ãàðìîíèêàì, ñîñòàâëÿëà ñîòíè ìèêðîäæîóëåé. Òàêèì îáðàçîì, íà âûõîäå óñòàíîâêè èìåëè ìåñòî ñóáìèëëèäæîóëüíûå èìïóëüñû ñ äëèòåëüíîñòüþ ïîðÿäêà 100 ôñ, ïåðåêðûâàþùèå îáëàñòü äëèí âîëí îò 230 íì äî 3 ìêì, ïðè÷åì ïðîñòðàíñòâåííîå ðàñïðåäåëåíèå âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ áëèçêî ê äèôðàêöèîííîìó.
 ðÿäå èçìåðåíèé òàêæå èñïîëüçîâàëîñü èçëó÷åíèå ôåìòîñåêóíäíîãî êîíòèíóóìà, ñîçäàâàåìîå ïðè ôîêóñèðîâêå ñâåòîâûõ èìïóëüñîâ âî âðàùàþùèåñÿ îáðàçöû ïëàâëåíîãî êâàðöà, ôòîðèäà ëèòèÿ èëè ôòîðèäà ìàãíèÿ. Ïëîòíîñòè ìîùíîñòè â îáëàñòè ôîêóñèðîâêè äîñòèãàëè 1014 Âò/ñì2, ÷òî ñóùåñòâåííî ïðåâûøàëî ïîðîã ãåíåðàöèè êîíòèíóóìà. Êîýôôèöèåíò ïðåîáðàçîâàíèÿ â íåïðåðûâíûé ñïåêòð èçëó÷åíèÿ äîñòèãàë äåñÿòêîâ ïðîöåíòîâ ïðè âûñîêîé âîñïðîèçâîäèìîñòè ðàñïðåäåëåíèÿ ñïåêòðàëüíîé ïëîòíîñòè èçëó÷åíèÿ îò èìïóëüñà ê èìïóëüñó.
Äîñòèãíóòûå ïàðàìåòðû ñâåòîâûõ èìïóëüñîâ ïîçâîëÿþò ðåøàòü øèðîêèé êðóã çàäà÷ äèíàìè÷åñêîé ñïåêòðîñêîïèè è íåëèíåéíîé îïòèêè.
Èçìåðåíèå êîýôôèöèåíòà äâóõôîòîííîãî ïîãëîùåíèÿ êðèñòàëëà íàòóðàëüíîãî
àëìàçà âáëèçè êðàÿ çàïðåùåííîé çîíû
Ïî íàøèì äàííûì, ñèñòåìàòè÷åñêèå è äîñòîâåðíûå èçìåðåíèÿ äèñïåðñèè êîýôôèöèåíòà ÄÔÏ âáëèçè êðàÿ çàïðåùåííîé çîíû, ò. å. â îáëàñòè 230–280 íì, íå ïðîâîäèëèñü. Íåêîòîðûå äàííûå, ïîëó÷åííûå ðàíåå [3, 6] íà ðàçëè÷íûõ äëèíàõ âîëí, ðàçëè÷àþòñÿ íà ïîðÿäêè ïî âåëè÷èíå âñëåäñòâèå èñïîëüçîâàíèÿ ðàçíûõ ëàçåðíûõ èñòî÷íèêîâ è ïðîáëåì, ñâÿçàííûõ ñ òðóäíîñòÿìè ðàçäåëåíèÿ âêëàäîâ ïðÿìîãî è ñòóïåí÷àòîãî äâóõôîòîííîãî ïîãëîùåíèÿ.
Îñíîâíûì ìåòîäîì èçìåðåíèÿ êîýôôèöèåíòà ÄÔÏ ÿâëÿåòñÿ èçìåðåíèå îñëàáëåíèÿ ýíåðãèè èìïóëüñà, ðàñïðîñòðàíÿþùåãîñÿ ÷åðåç èññëåäóåìóþ ñðåäó, ñ ïîñëåäóþùåé îáðàáîòêîé çàâèñèìîñòåé íåëèíåéíîãî ïðîïóñêàíèÿ è ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííûõ ïàðàìåòðîâ ýòîãî èìïóëüñà.
Ðåçóëüòàòû íàøèõ èçìåðåíèé è çàâèñèìîñòü êîýôôèöèåíòà ÄÔÏ îò äëèíû âîëíû ïðèâåäåíû íà ðèñ. 2. Òåîðåòè÷åñêàÿ îöåíêà äèñïåðñèîííîé çàâè-
Êîýôôèöèåíò ÄÔÏ, ñì/ÃÂò
Ïðîïóñêàíèå, %
0,7 0,5 0,3
0 2,2
(à)
1
2 3 20 40 Èíòåíñèâíîñòü, ÃÂò/ñì2
(á)
2,0
1,8 220
240 260 Äëèíà âîëíû, íì
280
Ðèñ. 2. à – çàâèñèìîñòè îïòè÷åñêîãî ïðîïóñêàíèÿ îáðàçöà àëìàçà îò ïèêîâîé èíòåíñèâíîñòè íà ðàçëè÷íûõ äëèíàõ âîëí. 1 – λ = 280 íì, β2 = 2,1 ñì/ÃÂò; 2 – λ = 250 íì, β2 = 2,2 ñì/ÃÂò; 3 – λ = 235 íì, β2 = 2,0 ñì/ÃÂò; á – ñïåêòðàëüíàÿ çàâèñèìîñòü êîýôôèöèåíòà äâóõôîòîííîãî ïîãëîùåíèÿ.
ñèìîñòè êîýôôèöèåíòà ÄÔÏ, ïðåäëîæåííàÿ â [11],
äàåòñÿ ôîðìóëîé
β2
(ω′)
=
β2
(ω)
⎛ ⎜ ⎝
ω3n(ω′) ω'3 n(ω)
⎞2 ⎟ ⎠
⎛ ⎝⎜⎜
2=ω′/Eg 2=ω/Eg
−1 −1
⎞3/ ⎠⎟⎟
2
,
ãäå n(ω′) è n(ω) – ïîêàçàòåëè ïðåëîìëåíèÿ íà ÷àñòîòàõ ω è ω′, Eg – øèðèíà çàïðåùåííîé çîíû. Ýêñïåðèìåíòàëüíî îïðåäåëåííîå çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòà ÄÔÏ íà äëèíå âîëíû 250 íì ñîñòàâèëî 2,2 ± 0,2 ñì/ÃÂò, ÷òî ñîâïàäàåò ñ äàííûìè, ïîëó÷åííûìè ðàíåå íà äëèíå âîëíû 248 íì. Ðàñ÷åòíàÿ êðèâàÿ ïîêàçàíà íà ðèñ. 2á ñïëîøíîé ëèíèåé. Êàê òåîðåòè÷åñêàÿ êðèâàÿ, òàê è ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå èìåþò îò÷åòëèâûé ìàêñèìóì íà äëèíå âîëíû 250 íì. Òàêèì îáðàçîì, ìîæíî ñäåëàòü âûâîä, ÷òî ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå äëÿ êðèñòàëëà íàòóðàëüíîãî àëìàçà íàõîäÿòñÿ â õîðîøåì ñîîòâåòñòâèè ñ óíèâåðñàëüíîé ìàñøòàáíîé ôîðìóëîé äëÿ äèñïåð-
ñèè äâóõôîòîííîãî ïîãëîùåíèÿ â îáëàñòè, áëèçêîé ê êðàþ çàïðåùåííîé çîíû.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 3, 2008
5
Èçìåðåíèå ïàðàìåòðîâ ôåìòîñåêóíäíûõ èìïóëüñîâ â äèàïàçîíå 230–810 íì ñ èñïîëüçîâàíèåì àâòîêîððåëÿòîðà, ðàáîòàþùåãî íà ýôôåêòå ïðÿìîãî äâóõôîòîííîãî ïîãëîùåíèÿ â êðèñòàëëå àëìàçà
Èçìåðåíèÿ â óëüòðàôèîëåòîâîì è âèäèìîì äèàïàçîíàõ ïðîâîäèëèñü ïî àâòîêîððåëÿöèîííîé ìåòîäèêå. Ñõåìà êîððåëÿòîðà, êîòîðàÿ ïðàêòè÷åñêè áåç èçìåíåíèé âïîñëåäñòâèè èñïîëüçîâàëàñü è â èçìåðåíèÿõ â ÈÊ äèàïàçîíå, ïðèâåäåíà íà ðèñ. 3. Âõîäíîé ïó÷îê ðàçäåëÿåòñÿ íà êàíàë âîçáóæäåíèÿ è êàíàë çîíäèðîâàíèÿ ïîëÿðèçàöèîííûì äåëèòåëåì, îáåñïå÷èâàþùèì êîýôôèöèåíò äåëåíèÿ â äèàïàçîíå 1:1–1:100 áåç âíåñåíèÿ ñóùåñòâåííûõ äèñïåðñèîííûõ èñêàæåíèé â ôàçîâóþ ñòðóêòóðó èçìåðÿåìîãî èìïóëüñà.
Ïîñëå âíåñåíèÿ ãåîìåòðè÷åñêîé ðàçíîñòè õîäà ìåæäó çîíäèðóþùèì è âîçáóæäàþùèì èìïóëüñàìè ïàðàëëåëüíûå ïó÷êè ôîêóñèðîâàëèñü â êðèñòàëë íàòóðàëüíîãî àëìàçà òèïà 2À òîëùèíîé 100 ìêì. Óãîë ñõîæäåíèÿ ïó÷êîâ â îáúåìå èçìåðèòåëüíîãî êðèñòàëëà âàðüèðîâàëñÿ â ïðåäåëàõ 5°–20°. Ïðîñòðàíñòâåííîå ïåðåêðûòèå âçàèìîäåéñòâóþùèõ èìïóëüñîâ êîíòðîëèðîâàëîñü ïî òðàññàì âîçáóæäåíèÿ ëþìèíåñöåíöèè â êðèñòàëëå. Èçìåíåíèå çàäåðæêè ïðèâîäèëî ê èçìåíåíèþ ïðîïóñêàíèÿ çîíäèðóþùåãî ïó÷êà îò 90% âíå çîíû âðåìåííîãî ïåðåêðûòèÿ äî 8% ïðè ìàêñèìàëüíîì ïåðåêðûòèè. Ïðîïóñêàíèå çîíäèðóþùåãî ïó÷êà êîíòðîëèðîâàëîñü ôîòîïðèåìíèêîì, óñòàíîâëåííûì çà äèàôðàãìîé, êîòîðàÿ ðàçìåùàëàñü çà êðèñòàëëîì àëìàçà.
Äîñòèãíóòûé â íàøèõ èçìåðåíèÿõ âûñîêèé êîíòðàñò ïîëåçíîãî ñèãíàëà ïîçâîëÿë ïðîâîäèòü èçìå-
λi
λs
1
3 2
17
14
15
18
4 6
20î 7
5
9 16 10
11 12
13
8
Ðèñ. 3. Ñõåìà êîìáèíèðîâàííîãî êîððåëÿòîðà äëÿ àòòåñòàöèè ôåìòîñåêóíäíûõ èìïóëüñîâ â ÓÔ, âèäèìîì è ÈÊ äèàïàçîíàõ. 1 – ôàçîâàÿ ïëàñòèíêà, 2 – ïîëÿðèçàòîð, 3 – ëèíèÿ çàäåðæêè, 4 – ôàçîâàÿ ïëàñòèíêà; 5, 9, 11 – äèàôðàãìà; 6 – ôîêóñèðóþùàÿ ëèíçà, 7 – àëìàç 2À (òîëùèíà 0,1 ìì), 8 – êðèñòàëë ìàòàáîðàòà áàðèÿ (òîëùèíà 0,5 ìì), 10 – èçîáðàæàþùàÿ ëèíçà, 12 – ôèëüòð, 13 – ôîòîäèîä, 14 – ïëîñêîñòü îáúåêòà, 15 – ïëîñêîñòü èçîáðàæåíèÿ, 16 – ñèãíàë íåêîëëèíåàðíîé âòîðîé ãàðìîíèêè, 17 – ñèãíàë p-ïîëÿðèçàöèè, 18 – ñèãíàë s-ïîëÿðèçàöèè.
6 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 3, 2008
Ñèãíàë ôîòîïðèåìíèêà, îòí. åä.
1 0,8
3 21
(à)
0,8
Ïîãëîùåíèå, îòí. åä.
90 ôñ
83 ôñ
0,4 0,4
2
0 –2 –1 0 1 Âðåìåííàÿ çàäåðæêà, ïñ
2
Ðèñ. 4. Òèïè÷íûå àâòîêîððåëÿöèîííûå òðàññû èìïóëüñîâ. 1 – ÀÊÔ, ïîëó÷åííàÿ ïðè íåëèíåéíîì ïîãëîùåíèè â àëìàçå, λ = 250 íì; 2 – ÀÊÔ, ïîëó÷åííàÿ â êðèñòàëëå áåòàáîðàòà áàðèÿ ïðè íåêîëëèíåàðíîì ïðåîáðàçîâàíèè âî âòîðóþ ãàðìîíèêó, λ = 500 íì.
0 –1 0 1 Âðåìåííàÿ çàäåðæêà, ïñ
1 (á)
0,1
Ìîùíîñòü, îòí. åä.
ðåíèå äëèòåëüíîñòè èìïóëüñîâ â ðåæèìå ðåàëüíîãî âðåìåíè (“îñöèëëîãðàôè÷åñêèé ðåæèì”) ïðè îáåñïå÷åíèè ïåðèîäè÷åñêèõ ïðîäîëüíûõ ìåõàíè÷åñêèõ ïåðåìåùåíèé îäíîãî èç çåðêàë àâòîêîðåëëÿòîðà, óñòàíîâëåííîãî íà ïüåçîýëåìåíò, âáëèçè ïîëîæåíèÿ, ñîîòâåòñòâóþùåãî íóëåâîé çàäåðæêå. Ýòî â ñâîþ î÷åðåäü ïîçâîëÿëî ïðîâîäèòü îïåðàòèâíóþ íàñòðîéêó ëàçåðíîé ñèñòåìû íà ãåíåðàöèþ èìïóëüñîâ âûñîêîãî îïòè÷åñêîãî êà÷åñòâà, ñîîòâåòñòâóþùåãî ìèíèìóìó ôàçîâîé ìîäóëÿöèè (“÷èðïà”) è, ñîîòâåòñòâåííî, ìèíèìóìó äëèòåëüíîñòè èìïóëüñîâ íà âûõîäå ñèñòåìû êàê â âèäèìîé, òàê è â óëüòðàôèîëåòîâîé îáëàñòÿõ.
Çàïèñàííàÿ â îñöèëëîãðàôè÷åñêîì ðåæèìå àâòîêîððåëÿöèîííàÿ ôóíêöèÿ (ÀÊÔ) ïðèâåäåíà íà ðèñ. 4. Êîíòðàñò ÀÊÔ (îòíîøåíèå ñèãíàë/øóì) èìååò â çàâèñèìîñòè îò äëèíû âîëíû çíà÷åíèÿ â èíòåðâàëå 10–15, ÷òî âïîëíå äîñòàòî÷íî äëÿ îïåðàòèâíîé íàñòðîéêè êîìïðåññîðà è äåêîìïðåññîðà ðåãåíåðàòèâíîãî óñèëèòåëÿ è ñèñòåìû OPO/OPA – ïðåîáðàçîâàòåëè ÷àñòîòû. Ìèíèìàëüíàÿ äëèòåëüíîñòü àâòîêîððåëÿöèîííîãî îòêëèêà, ïîëó÷åííîãî â óëüòðàôèîëåòîâîì äèàïàçîíå, ñîñòàâèëà 90 ôñ. Ñèììåòðè÷íàÿ ôîðìà ÀÊÔ ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî ïðåâàëèðóþùèì ýôôåêòîì â äàííûõ óñëîâèÿõ ÿâëÿåòñÿ èñòèííîå äâóõôîòîííîå ïîãëîùåíèå â êðèñòàëëå àëìàçà, à íå ñòóïåí÷àòîå. Äëÿ óïðîùåíèÿ ïðåäâàðèòåëüíîé íàñòðîéêè ñõåìû è êàëèáðîâêè ëèíèè çàäåðæêè èñïîëüçîâàëîñü âõîäíîå èçëó÷åíèå â äèàïàçîíå 520–540 íì è âìåñòî êðèñòàëëà àëìàçà óñòàíàâëèâàëñÿ òîíêèé (0,1 ìì) êðèñòàëë áåòàáîðàòà áàðèÿ, âûðåçàííûé òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû áåç èçìåíåíèÿ óãëà ñõîæäåíèÿ îïîðíîãî è ïðîáíîãî ïó÷êîâ ãåíåðèðîâàëàñü íåêîëëèíåàðíàÿ âòîðàÿ ãàðìîíèêà (260–270 íì).
Ãðóïïîâàÿ çàäåðæêà, ïñ
0,01
300 0,4
500 700 Äëèíà âîëíû, íì
900 (â)
0,2
0
–0,2
–0,4 550
650 750 Äëèíà âîëíû, íì
Ðèñ. 5. Ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé. à – êðîññêîððåëÿöèîííûå òðàññû. 1 – λi = 550 íì, 2 – 620 íì, 3 – 750 íì; á – ñïåêòð êîíòèíóóìà, ïîëó÷åííûé â îáðàçöå ïëàâëåíîãî êâàðöà (òîëùèíà 5ìì, ýíåðãèÿ âõîäíîãî èìïóëüñà 30 ìêÄæ, λ = 620 íì, äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà 100 ôñ); â – çàâèñèìîñòü ãðóïïîâîé çàäåðæêè ñîîòâåòñòâóþùåãî ñïåêòðàëüíîãî êîìïîíåíòà êîíòèíóóìà.
Ðàçðàáîòàííûé àâòîêîððåëÿòîð áûë èñïîëüçîâàí ïðè ïðîâåäåíèè öèêëà èçìåðåíèé äèíàìèêè ïåðåíîñà çàðÿäà â îäèíî÷íûõ îðãàíè÷åñêèõ ìîëåêóëàõ êëàññà ïîëèïåïòèäîâ ìåòîäîì âðåìÿïðîëåòíîé ìàññ-ñïåêòðîñêîïèè ñ âîçáóæäåíèåì ôåìòîñåêóíäíûìè ëàçåðíûìè èìïóëüñàìè.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 3, 2008
7
Êðîññêîððåëÿöèîííûå èçìåðåíèÿ ïàðàìåòðîâ èìïóëüñîâ ôåìòîñåêóíäíîãî
êîíòèíóóìà
Ìû òàêæå àïðîáèðîâàëè îïèñàííûé êîððåëÿòîð ïðè îïðåäåëåíèè ïàðàìåòðîâ èìïóëüñîâ ñâåòîâîãî êîíòèíóóìà, âîçáóæäåííûõ ôåìòîñåêóíäíûìè èìïóëüñàìè, â âèäèìîé è èíôðàêðàñíîé îáëàñòÿõ.
 êà÷åñòâå îïîðíîãî ñèãíàëà èñïîëüçîâàëèñü èìïóëüñû íà äëèíå âîëíû 310 íì. Êàê ïðàâèëî, èìïóëüñ ôåìòîñåêóíäíîãî êîíòèíóóìà íåëèíåéíî ïðîìîäóëèðîâàí ïî ôàçå è åãî äëèòåëüíîñòü áîëüøå, ÷åì äëèòåëüíîñòü èñõîäíîãî èìïóëüñà âîçáóæäåíèÿ. Êðîññêîððåëÿöèîííûå òðàññû äëÿ ðàçëè÷íûõ îáëàñòåé ñïåêòðà, çàâèñèìîñòü çàäåðæêè ðàçëè÷íûõ ñïåêòðàëüíûõ êîìïîíåíòîâ τD ïðèâåäåíû íà ðèñ. 5. Èç ðèñóíêà âèäíî, ÷òî ÷èðï èìïóëüñà êîíòèíóóìà íîñèò íåëèíåéíûé õàðàêòåð è çàäåðæêà ìåæäó ñòîêñîâûì è àíòèñòîêñîâûì êîìïîíåíòàìè ñóùåñòâåííî ïðåâûøàåò äëèòåëüíîñòü èñõîäíîãî èìïóëüñà.
Çàêëþ÷åíèå
Òàêèì îáðàçîì, â íàñòîÿùåé ðàáîòå ïðîäåìîíñòðèðîâàíû âîçìîæíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ ýôôåêòà äâóõôîòîííîãî ïîãëîùåíèÿ â êðèñòàëëå íàòóðàëüíîãî àëìàçà äëÿ èçìåðåíèÿ ïàðàìåòðîâ ôåìòîñåêóíäíûõ èìïóëüñîâ â øèðîêîì ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå áåç èçìåíåíèÿ òèïà èçìåðèòåëüíîé ñèñòåìû èëè åå çíà÷èòåëüíîé ïåðåíàñòðîéêè.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Dadap J.I., Focht G.B., Reitze D.N., Downer M.C. Twophoton absorption in diamond and its application to ultraviolet femtosecond pulse-width measurement // Opt. Lett. 1991. V. 16. ¹ 7. P. 498–501.
12. Albrecht T.F., Seibert K., Kurz H. Chirp measurement of large-bandwidth femtosecond optical pulses using two-photon absorption // Opt. Commun. 1991. V. 84. P. 223–227.
13. Roth T., Laenen R. Absorption of free carriers in diamond determined from the visible to the mid-infrared by femtosecond two-photon absorption spectroscopy // Opt. Commun. 2001. V. 189. P. 289–296.
14. Reuther A., Laubereau A., Nikogosian D.N. A simple method for the in situ analysis of femtosecond UV pulses in the pump-probe spectroscopy of solutions // Opt. Commun. 1997. V. 141. ¹ 3. P. 180–184.
15. Kovalenko S.A., Dobrjakov A.L., Ruthman J., Ernsting N. Femtosecond spectroscopy of condensed phases with chirped supercontinuum probing // Phys. Rev. B. 1999. V. 59. ¹ 3. P. 2369–2384.
16. Preuss S., Stuke M. Subpicosecond ultraviolet laser ablation of diamond: Nonlinear properties at 248 nm and time-resolved characterization of ablation dynamics // Appl. Phys. Lett. 1995. V. 67. ¹ 3. P. 338–340.
17. Van Styrland E.W., Woodall M.A., Vanherzeele H., Soileau M.J. Energy band-gap dependence of two-photon absorption // Opt. Lett. 1985. V. 10. ¹ 10. P. 490–492.
18. Brodeur A., Chin S.L. Band-gap dependence of the ultrafast white-light continuum // Phys. Rev. Lett. 1998. V. 80. ¹ 20. P. 4406–4409.
19. Bespalov V.G., Kozlov S.A., Shpolyanskiy Z.A. Method for analyzing the propagation dynamics of femtosecond pulses with a continuum spectrum in transparent optical media // JOT. 2000. V. 67. ¹ 4. P. 303–308.
10. Dmitriev V., Gurzadyan G., Nikogosyan D.N. Handbook of Nonlinear Optical Crystals. N.Y.: Springer-Verlag, 1997. 422 p.
11. CVI Laser Optics catalogue. / Albuquerque Ç85.
12. Gagarsky S.V., Iglev H.A., Kozlov S.A., Lehr L., Schlag E.W., Shpolansky Yu.A. Characterization of chirped femtosecond light pulsed in wide spectral range by two-photon absorption cross-correlation // CLEO-Europe 2001 Conference Digest. Muenchen. 2001. V. C-NLP242. P. 229.
13. Boesl U., Weinkauf R., Schlag E.W. Reflectron time-offlight mass spectrometry and laser excitation for the analysis of neutrals, ionized molecules and secondary fragments // International Journal of Mass Spectrometry and Ion Processes. 1992. V. 112. ¹ 2. P. 121–166.
14. Schlag E.W. Spectroscopy in our age // Appl. Phys. B. 2000. V. 71. ¹ 5. P. 619–621.
15. Fuss W., Schmid W., Trushin A. Time-resolved dissociative intense-laser field ionization for probing dynamics: Femtosecond photochemical ring opening of 1,3cyclohexadiene // J. Chem. Phys. 2000. V. 112. ¹ 19. P. 8347–8362.
8 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 3, 2008
Òîì 75, ¹ 3, ìàðò 2008
ÑÎÄÅÐÆÀÍÈÅ
ÔÈÇÈ×ÅÑÊÀß ÎÏÒÈÊÀ
3 Èçìåðåíèå ïàðàìåòðîâ ôåìòîñåêóíäíûõ èìïóëüñîâ â øèðîêîì ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå íà îñíîâå ýôôåêòà ìíîãîôîòîííîãî ïîãëîùåíèÿ â êðèñòàëëå íàòóðàëüíîãî àëìàçà Ãàãàðñêèé Ñ.Â., Ïðèõîäüêî Ê.Â.
9 Ìåòîä ïðÿìîãî èçìåðåíèÿ äîïëåðîâñêèõ ñìåùåíèé è ýôôåêòà Çååìàíà ïî îïòè÷åñêèì öèôðîâûì ñïåêòðîãðàììàì Ñîëíöà è äîëãîïåðèîäè÷åñêèå êîëåáàíèÿ ñîëíå÷íûõ ïÿòåí Åôðåìîâ Â.È., Ïàðôèíåíêî Ë.Ä., Ñîëîâüåâ À.À.
ÐÀÑ×ÅÒ, ÏÐÎÅÊÒÈÐÎÂÀÍÈÅ È ÏÐÎÈÇÂÎÄÑÒÂÎ ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÕ ÑÈÑÒÅÌ
18 Øèðîêîóãîëüíûå îïòè÷åñêèå ñèñòåìû ñ êîìáèíåðîì íà îñíîâå ñèíòåçèðîâàííûõ îáúåìíûõ ãîëîãðàìì äëÿ íàøëåìíûõ äèñïëååâ Ãàí Ì.À., Ùåãëîâ Ñ.À., Ãàí ß.Ì., ×åðòêîâ À.Ñ.
24 Êîìïüþòåðèçèðîâàííûé èíòåðôåðîìåòð ñäâèãà Ëå Çóé Òóàí, Êèðèëëîâñêèé Â.Ê.
30 Ãðàäèåíòíûé ìåòîä ðàñ÷åòà îïòè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ çàäàííîé îñâåùåííîñòè íà êðèâîëèíåéíîé ïîâåðõíîñòè Áåëîóñîâ À.À., Äîñêîëîâè÷ Ë.Ë., Õàðèòîíîâ Ñ.È.
36 Âçàèìíîå íåêîëëèíåàðíîå îòîáðàæåíèå ïðîñòðàíñòâà ïðåäìåòîâ è ïðîñòðàíñòâà âèäèìûõ èçîáðàæåíèé Ïîòàïîâà Ã.Ê., Ìîñêàëåíêî Ì.À.
43 Èçîïëàíàòèçì îïòè÷åñêîé ñèñòåìû ÷åëîâå÷åñêîãî ãëàçà Äóáèíèí À.Â., Áåëÿêîâ À.È., ×åðåçîâà Ò.Þ., Êóäðÿøîâ À.Â.
ÈÊÎÍÈÊÀ – ÍÀÓÊÀ ÎÁ ÈÇÎÁÐÀÆÅÍÈÈ
46 Èññëåäîâàíèå ñòàòèñòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê îáîëî÷åê 3D-îáúåêòîâ Êðàñèëüíèêîâ Í.Í., Êðàñèëüíèêîâà Î.È.
ÃÎËÎÃÐÀÔÈß
50 ×óâñòâèòåëüíîñòü îáúåìíûõ ãîëîãðàôè÷åñêèõ ñðåä Ãóðåâè÷ Á.Ñ., Ãóðåâè÷ Ñ.Á., Ïåöêóñ À.
54 Êðîêîíèåâûé êðàñèòåëü â êà÷åñòâå ñåíñèáèëèçàòîðà ôîòîòåðìîïëàñòè÷åñêèõ ãîëîãðàôè÷åñêèõ ñðåä äëÿ áëèæíåé ÈÊ îáëàñòè ñïåêòðà Äàâèäåíêî Í.À., Èùåíêî À.À., Ãåòüìàí÷óê Þ.Ï., Äåðåâÿíêî Í.À., Êîñòåíêî Ë.È., Êóëèíè÷ À.Â., Êóðäþêîâ Â.Â., Ìîêðèíñêàÿ Å.Â., Ãóìåíþê Ë.Í., Ïàâëîâ Â.À., ×óïðèíà Í.Ã., Êóðàíäà Í.Í., Õóòîðíûé Ñ.Â.
ÎÏÒÈ×ÅÑÊÎÅ ÏÐÈÁÎÐÎÑÒÐÎÅÍÈÅ È ÒÅÕÍÎËÎÃÈß
60 Ñåðèÿ êðåìíèåâûõ ìóëüòèïëåêñîðîâ äëÿ ÊÐÒ-ôîòîäèîäîâ ñïåêòðàëüíîãî äèàïàçîíà 8–16 ìêì Êîçëîâ À.È., Ìàð÷èøèí È.Â., Îâñþê Â.Í., Àñååâ À.Ë.
68 Ñèñòåìà äèñòàíöèîííîãî îïòè÷åñêîãî êîíòðîëÿ ñå÷åíèÿ ïðîâîäà êîíòàêòíûõ ñåòåé æåëåçíûõ äîðîã Áàçèí Â.Ñ., Âåðõîãëÿä À.Ã., Âûõðèñòþê È.À., Êàëè÷êèí Ñ.Â., Êàëèêèí Â.Ý., Ìàêàðîâ Ñ.Í., Ñòóïàê Ì.Ô., ×óãóé Þ.Â.
ÎÏÒÈ×ÅÑÊÎÅ ÌÀÒÅÐÈÀËÎÂÅÄÅÍÈÅ È ÒÅÕÍÎËÎÃÈß
74 Ôèçèêî-õèìè÷åñêèå ìåòîäû ïîâûøåíèÿ òåðìè÷åñêîé ïðî÷íîñòè ëàçåðíûõ êðèñòàëëîâ LiYF4:Nd Èãíàòüåâ À.È., Íèêîíîðîâ Í.Â., Ìî÷àëîâ È.Â., Öûãàíêîâà Å.Â., Ðåéòåðîâ Â.Ì., Áàëòóøêà À.
79 Ñïåêòðû óñèëåíèÿ â èòòåðáèé-ýðáèåâûõ ìåòàôîñôàòíûõ ñòåêëàõ äëÿ ìèêðîëàçåðîâ Àñååâ Â.À., Çëàòîâ À.Ñ., Íèêîíîðîâ Í.Â., Ïðæåâóñêèé À.Ê., Ôåäîðîâ Þ.Ê.
83 Ñâÿçü îòíîñèòåëüíîãî ñäâèãà èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ è ïîãëîùåíèÿ ñâåòà ïîëóïðîçðà÷íûì ìåòàëëè÷åñêèì ñëîåì â äâóõëó÷åâîì èíòåðôåðîìåòðå Êóëàãèí Å.Ñ.
ÈÍÔÎÐÌÀÖÈß
89 Ìåæäóíàðîäíàÿ êîíôåðåíöèÿ “Îïòîèíôîðìàòèêà 2008” 90 Êîëëåêòèâíàÿ ìîíîãðàôèÿ “Îïòèêà íàíîñòðóêòóð” 91 Ìîíîãðàôèÿ “Îïòè÷åñêèå ìåòîäû âèçóàëèçàöèè ãàçîâûõ ïîòîêîâ”
Ñäàíî â íàáîð 18.12.07. Ïîäïèñàíî â ïå÷àòü 00.00.08. Ôîðìàò áóìàãè 60×84/8. Áóìàãà îôñåòíàÿ ¹ 1. Ãàðíèòóðà Times New Roman. Ïå÷àòü îôñåòíàÿ. Çàêàç ¹ 00. Îòïå÷àòàíî â ÎÎÎ «ÖÒÒ». Òèðàæ 300 ýêç. Öåíà ïîäïèñíàÿ. Àäðåñ òèïîãðàôèè: 199034, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã, Áèðæåâàÿ ëèíèÿ, ä. 16.
Êà÷åñòâî ãðàôè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ ñîîòâåòñòâóåò ïðåäñòàâëåííûì îðèãèíàëàì.
Íàó÷íûé ðåäàêòîð Â.Ï. Áåëîøååâ Êîððåêòîð Ý.À. Ðîæäåñòâåíñêàÿ
ÔÈÇÈ×ÅÑÊÀß ÎÏÒÈÊÀ
ÓÄÊ 621.373.826
ÈÇÌÅÐÅÍÈÅ ÏÀÐÀÌÅÒÐÎÂ ÔÅÌÒÎÑÅÊÓÍÄÍÛÕ ÈÌÏÓËÜÑÎÂ Â ØÈÐÎÊÎÌ ÑÏÅÊÒÐÀËÜÍÎÌ ÄÈÀÏÀÇÎÍÅ ÍÀ ÎÑÍÎÂÅ ÝÔÔÅÊÒÀ ÌÍÎÃÎÔÎÒÎÍÍÎÃÎ ÏÎÃËÎÙÅÍÈß Â ÊÐÈÑÒÀËËÅ ÍÀÒÓÐÀËÜÍÎÃÎ ÀËÌÀÇÀ
© 2008 ã.
C. Â. Ãàãàðñêèé, êàíä. ôèç.-ìàò. íàóê; Ê. Â. Ïðèõîäüêî, êàíä. ôèç.-ìàò. íàóê
Ñàíêò-Ïåòåðáóðãñêèé ãîñóäàðñòâåííûé óíèâåðñèòåò èíôîðìàöèîííûõ òåõíîëîãèé, ìåõàíèêè è îïòèêè, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã E-mail: s_gagarski@mail.ru
Èçìåðåíèå ïàðàìåòðîâ ôåìòîñåêóíäíûõ èìïóëüñîâ â ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå îò óëüòðàôèîëåòîâîãî äî èíôðàêðàñíîãî áåç èçìåíåíèÿ òèïà èçìåðèòåëüíîé ñèñòåìû èëè åå çíà÷èòåëüíîé ïåðåíàñòðîéêè ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé äîñòàòî÷íî ñëîæíóþ çàäà÷ó.  íàñòîÿùåé ðàáîòå ïðîâåäåíî èññëåäîâàíèå âîçìîæíîñòåé èñïîëüçîâàíèÿ äëÿ åå ðåøåíèÿ ýôôåêòà ìíîãîôîòîííîãî ïîãëîùåíèÿ â ïðîçðà÷íûõ â øèðîêîì ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå îïòè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ. Ïðèâîäÿòñÿ ðåçóëüòàòû èçìåðåíèÿ ïàðàìåòðîâ ôåìòîñåêóíäíûõ èìïóëüñîâ â óëüòðàôèîëåòîâîì (îò 230 íì), âèäèìîì è èíôðàêðàñíîì (âïëîòü äî 3000 íì) äèàïàçîíàõ ñ ïîìîùüþ ïðåäëîæåííîãî êîìáèíèðîâàííîãî êîððåëÿöèîííîãî èçìåðèòåëÿ, ðàáîòàþùåãî íà ýôôåêòå äâóõôîòîííîãî ïîãëîùåíèÿ â êðèñòàëëå íàòóðàëüíîãî àëìàçà.
Êîäû OCIS: 260.0260.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 19.06.2007.
Ââåäåíèå
Êîððåëÿöèîííûå èçìåðåíèÿ ÿâëÿþòñÿ ñòàíäàðòíûì ìåòîäîì îïðåäåëåíèÿ äëèòåëüíîñòè è ôàçîâîé ñòðóêòóðû óëüòðàêîðîòêèõ ñâåòîâûõ èìïóëüñîâ (ÓÊÈ). Ýòîò ìåòîä ðåàëèçóåòñÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì öåëîãî ðÿäà ôèçè÷åñêèõ ýôôåêòîâ, ïðåèìóùåñòâåííî íåëèíåéíî-îïòè÷åñêèõ. Êàê áûëî ïîêàçàíî â ðàáîòàõ [1–6], â öåëîì ðÿäå ïðàêòè÷åñêèõ ñèòóàöèé îïðåäåëåííûìè ïðåèìóùåñòâàìè îáëàäàåò ìåòîä, îñíîâàííûé íà ýôôåêòå äâóõôîòîííîãî ïîãëîùåíèÿ (ÄÔÏ) â ïðîçðà÷íûõ äëÿ èçìåðÿåìîãî èçëó÷åíèÿ ìàòåðèàëàõ. Ýòîò ìåòîä áàçèðóåòñÿ íà íå÷óâñòâèòåëüíûõ ê âûïîëíåíèþ óñëîâèé ôàçîâîãî ñèíõðîíèçìà êðîññêîððåëÿöèîííûõ èçìåðåíèÿõ ãðóïïîâîé çàäåðæêè ìåæäó èìïóëüñîì íàêà÷êè ñ öåíòðàëüíîé ÷àñòîòîé ωp è ïðîáíîãî èìïóëüñà ñ öåíòðàëüíîé ÷àñòîòîé ωi (â âûðîæäåííîì ñëó÷àå àâòîêîððåëÿöèîííûõ èçìåðåíèé ωp = ωi). Êðîññêîððåëÿöèîííûå èçìåðåíèÿ ïðîâîäÿòñÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì ýôôåêòà äâóõôîòîííîãî ïîãëîùåíèÿ â òîíêîì ñëîå ïîäõîäÿùåãî ìàòåðèàëà (âîäà, êâàðö è ò. ä.). Øèðèíà çàïðåùåííîé çîíû ïîãëîùàþùåãî ìàòåðèàëà Eg äîëæíà óäîâëåòâîðÿòü óñëîâèþ ωp < Eg/h < ωp + ωi + ΔΩi, ãäå ΔΩi – ñïåêòðàëüíîå ðàçðåøåíèå ìåòîäà, ñîîòâåòñòâóþùåå ìèíèìàëüíîé ñïåêòðàëüíîé øèðèíå èìïóëüñà.
Çà íåëèíåéíûì îïòè÷åñêèì ýëåìåíòîì ðàñïîëàãàåòñÿ ñïåêòðàëüíàÿ ñèñòåìà, ïîçâîëÿþùàÿ âûäåëèòü ÷àñòîòíûé èíòåðâàë ΔΩi ñ âûáðàííîé öåíòðàëüíîé ÷àñòîòîé ωi. Ïðîïóñêàíèå îáðàçöà íà ωi çàâèñèò îò ïëîòíîñòåé ìîùíîñòè ñôîêóñèðîâàííûõ èìïóëüñîâ íàêà÷êè è ïðîáíîãî èìïóëüñà, ñîîòâåòñòâóþùåãî çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòà ÄÔÏ (β2) è ñïåêòðàëüíî-âðåìåííîãî ïåðåêðûòèÿ âçàèìîäåéñòâóþùèõ èìïóëüñîâ. Ýêñòðåìóì êðîññêîððåëÿöèîííîé ôóíêöèè, ñîîòâåòñòâóþùèé ìèíèìóìó ïðîïóñêàíèÿ ìàòåðèàëà íà âûáðàííîé ÷àñòîòå ωi, ñäâèíóò íà âðåìåííóþ çàäåðæêó τD îò ðåàëüíîé “íóëåâîé ïîçèöèè”, ñîâïàäàþùåé ñ ìàêñèìóìîì àâòîêîððåëÿöèîííîé ôóíêöèè èìïóëüñà íàêà÷êè.  êîíå÷íîì èòîãå ìîæíî ïîñòðîèòü çàâèñèìîñòü ãðóïïîâîé çàäåðæêè îò ìãíîâåííîé ÷àñòîòû τD(ωi).  ñî÷åòàíèè ñ äàííûìè ïî ñïåêòðó ïðîïóñêàíèÿ àíàëèçèðóåìîãî ñèãíàëà ýòîé èíôîðìàöèè âïîëíå äîñòàòî÷íî äëÿ îïðåäåëåíèÿ âðåìåííîé è ôàçîâîé ñòðóêòóðû èññëåäóåìîãî èìïóëüñà, åñëè èçâåñòíà çàâèñèìîñòü β2(ωp, ωi). Ñïåêòðàëüíûé äèàïàçîí ïðèìåíåíèÿ óêàçàííîé ìåòîäèêè âåñüìà øèðîê è îãðàíè÷åí â êîðîòêîâîëíîâîì äèàïàçîíå ãðàíèöåé ôóíäàìåíòàëüíîãî ïîãëîùåíèÿ âûáðàííîãî îïòè÷åñêîãî ìàòåðèàëà (äëÿ áîëüøèíñòâà îïòè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ îáëàñòü äëèí âîëí êîðî÷å 200 íì).  èíôðàêðàñíîì äèàïàçîíå îãðàíè÷åíèÿ íà÷èíàþòñÿ äëÿ ÷àñòîò, ñî-
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 3, 2008
3
îòâåòñòâóþùèõ äëèíå âîëíû â íåñêîëüêî ìèêðîìåòðîâ. Äëÿ ïðîâåäåíèÿ èçìåðåíèé â ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå, ïðîñòèðàþùåìñÿ îò ãëóáîêîãî óëüòðàôèîëåòîâîãî äî ñðåäíåãî èíôðàêðàñíîãî, îäíèì èç íàèáîëåå ïåðñïåêòèâíûõ ìàòåðèàëîâ îêàçàëñÿ íàòóðàëüíûé àëìàç òèïà 2À. Òàêîé âûáîð îáóñëîâëåí òåì, ÷òî àëìàç îáëàäàåò íàèáîëåå îïòèìàëüíûì ñðåäè èçâåñòíûõ íà äàííûé ìîìåíò ìàòåðèàëîâ ñî÷åòàíèåì òåïëîâûõ, ìåõàíè÷åñêèõ è îïòè÷åñêèõ ñâîéñòâ. Ýòîò ìàòåðèàë ïðîçðà÷åí â äèàïàçîíå 230– 5000 íì, èìååò âûñîêèé êîýôôèöèåíò ÄÔÏ è íèçêèé êîýôôèöèåíò òðåõôîòîííîãî ïîãëîùåíèÿ, à òàêæå, èìååò âûñîêèé ïîðîã îïòè÷åñêîãî ðàçðóøåíèÿ. Ïî äàííûì íàøèõ ýêñïåðèìåíòîâ, ýòî çíà÷åíèå ñîñòàâëÿåò 0,2 TÂò/ñì2 äëÿ èìïóëüñîâ äëèòåëüíîñòüþ 100 ôñ íà äëèíå âîëíû 250 íì. Äèíàìèêà âçàèìîäåéñòâèÿ ÓÊÈ ñ àëìàçîì è ñîîòâåòñòâóþùàÿ ôîðìà êðîññêîððåëÿöèîííîé ôóíêöèè îïðåäåëÿåòñÿ ýíåðãåòè÷åñêîé ñòðóêòóðîé åãî óðîâíåé (ðèñ. 1) è çàâèñèò îò ñóììàðíîé ýíåðãèè âçàèìîäåéñòâóþùèõ ôîòîíîâ. Åñëè ýíåðãèÿ îäèíî÷íîãî ôîòîíà ìåíüøå øèðèíû çàïðåùåííîé çîíû, òî ìîæíî âûäåëèòü òðè îñíîâíûõ âîçìîæíûõ êàíàëà ìíîãîôîòîííîãî ïîãëîùåíèÿ [7–15]:
I. Ðåçîíàíñíîå (èñòèííîå) äâóõôîòîííîå ïîãëîùåíèå, âûçâàííîå ïðÿìûì äâóõôîòîííûì ïåðåõîäîì â çîíó ïðîâîäèìîñòè.
II. Ðåçîíàíñíîå äâóõôîòîííîå ïîãëîùåíèå ñ ó÷àñòèåì ôîíîíà, âûçâàííîå íåïðÿìûì ïåðåõîäîì â çîíó ïðîâîäèìîñòè.
III. Êàñêàäíîå ïîãëîùåíèå íèçêîýíåðãåòè÷íîãî ïðîáíîãî ôîòîíà äîëãîæèâóùèìè ñâîáîäíûìè íîñèòåëÿìè, èíäóöèðîâàííûìè ôîòîíàìè íàêà÷êè.
1,0 4,2
Ýíåðãèÿ, ýÂ 4,6 5,0
5,4
Ïðîïóñêàíèå, % Ýíåðãèÿ, ýÂ
τc 0,8 8
I II
0,6
4 hω1
τi
00
K
0,4 305
265 Äëèíà âîëíû, íì
225
Ðèñ. 1. Ýíåðãåòè÷åñêàÿ äèàãðàììà è ðåçóëüòàòû èçìåðåíèÿ âíóòðåííåãî ïðîïóñêàíèÿ îáðàçöà íàòóðàëüíîãî àëìàçà òèïà 2À òîëùèíîé 1 ìì. Îáëàñòü íàðàñòàíèÿ ïîãëîùåíèÿ â ðàéîíå 5,5 ý ñîîòâåòñòâóåò íåïðÿìûì äâóõôîòîííûì ïðîöåññàì, âêëþ÷àÿ ôîòîí-ôîííîííûå ïåðåõîäû.
4
Íå çàâèñèìûé îò òåìïåðàòóðû “èñòèííûé” êîýôôèöèåíò ÄÔÏ îòâåòñòâåíåí çà ïðîöåññû òèïà I. Îñíîâíûå öåëè íàøèõ èññëåäîâàíèé â ðàìêàõ äàííîé ðàáîòû ñîñòîÿëè â èçìåðåíèè êîýôôèöèåíòà ÄÔÏ àëìàçà òèïà 2À, îïðåäåëåíèè ïàðàìåòðîâ ôåìòîñåêóíäíûõ èìïóëüñîâ â îáëàñòè, ðàñïîëîæåííîé âáëèçè êðàÿ ïîëîñû ïîãëîùåíèÿ (äèàïàçîí 230– 280 íì), à òàêæå â îïðåäåëåíèè ãðàíè÷íûõ âîçìîæíîñòåé ïðèìåíåíèÿ äàííîãî ìàòåðèàëà ê èçìåðåíèÿì â èíôðàêðàñíîì äèàïàçîíå.
Èñòî÷íèê ìîùíûõ ôåìòîñåêóíäíûõ èìïóëüñîâ â äèàïàçîíå 230–3000 íì ñ êèëîãåðöîâîé ÷àñòîòîé ïîâòîðåíèÿ
Ñîâìåñòíî ñ Èíñòèòóòîì ôèçè÷åñêîé è òåîðåòè÷åñêîé õèìèè Ìþíõåíñêîãî òåõíè÷åñêîãî óíèâåðñèòåòà íàìè áûë ðàçðàáîòàí ëàçåðíûé êîìïëåêñ, ïîçâîëÿþùèé ãåíåðèðîâàòü èìïóëüñû ñ äëèòåëüíîñòüþ ïîðÿäêà 100 ôñ è ìîùíîñòüþ äî 1 ÃÂò â øèðîêîì ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå. Êîìïëåêñ ïðåäíàçíà÷åí äëÿ èçó÷åíèÿ ïðîöåññîâ ïåðåíîñà çàðÿäà â ñëîæíûõ îðãàíè÷åñêèõ ìîëåêóëàõ, à òàêæå äëÿ èçìåðåíèÿ õàðàêòåðèñòèê ðàçëè÷íûõ íåëèíåéíî-îïòè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ.
Çàäàþùèì ãåíåðàòîðîì â êîìïëåêñå ñëóæèò íåïðåðûâíîíàêà÷èâàåìûé ëàçåð íà òèòàí-ñàïôèðå MIRA (Coherent). Ãåíåðàöèÿ ôåìòîñåêóäíûõ èìïóëüñîâ îñóùåñòâëÿåòñÿ ìåòîäîì ñèíõðîíèçàöèè ìîä ñ ïîìîùüþ êåððîâñêîé íåëèíåéíîé ëèíçû, íàâîäèìîé â àêòèâíîì ýëåìåíòå. Íà âûõîäå ëàçåðà ãåíåðèðóþòñÿ ñïåêòðàëüíî-îãðàíè÷åííûå èìïóëüñû äëèòåëüíîñòüþ 60–70 ôñ íà äëèíå âîëíû 790 íì ñ ýíåðãèåé 0,5 ìêÄæ, ñëåäóþùèå ñ ÷àñòîòîé ïîâòîðåíèÿ 1 ÌÃö. Äàëåå êàæäûé òûñÿ÷íûé èìïóëüñ óñèëèâàåòñÿ äî ýíåðãèè 2 ìÄæ â îðèãèíàëüíîì ðåãåíåðàòèâíîì óñèëèòåëå, ñíàáæåííîì ñèñòåìîé âðåìåííîé äåêîìïðåññèè/êîìïðåññèè, ïîñòðîåííîé íà ðåøåòî÷íîé ýëåìåíòíîé áàçå. Íàêà÷êà ðåãåíåðàòèâíîãî óñèëèòåëÿ îñóùåñòâëÿåòñÿ íàíîñåêóíäíûìè èìïóëüñàìè ñ äëèíîé âîëíû 523 íì, ãåíåðèðóåìûìè òâåðäîòåëüíûì ëàçåðîì “SUPERMERLIN 23” íà êðèñòàëëå ÈËÔ:Nd. Ýíåðãèÿ âûõîäíîãî èìïóëüñà äîñòèãàåò 23 ìÄæ è èñïîëüçóåòñÿ äëÿ íàêà÷êè êðèñòàëëîâ òèòàí-ñàïôèðà ñîáñòâåííî ðåãåíåðàòèâíîãî óñèëèòåëÿ, à òàêæå äîïîëíèòåëüíîãî äâóõêàñêàäíîãî óñèëèòåëÿ. Ïîñëå âûõîäíîãî êîìïðåññîðà, ñîáðàííîãî íà ïàðå äèôðàêöèîííûõ ðåøåòîê, âûõîäíîé ïó÷îê èç ðåãåíåðàòèâíîãî óñèëèòåëÿ ðàçäåëÿåòñÿ íà äâà êàíàëà è èñïîëüçóåòñÿ äëÿ íàêà÷êè äâóõ ïàðàìåòðè÷åñêèõ ãåíåðàòîðîâ-óñèëèòåëåé ñåðèè TOPAS. ×àñòü ïåðåñòðàèâàåìîãî ïî ñïåêòðó âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ ñèãíàëüíîé è õîëîñòîé âîëí ñìåøèâàåòñÿ â íåëèíåéíîì êðèñòàëëå ãåíåðàòîðà
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 3, 2008
ðàçíîñòíîé ÷àñòîòû (ñïåêòðàëüíûé äèàïàçîí 445– 550 íì) è çàòåì óäâàèâàåòñÿ â ñâåðõòîíêîì êðèñòàëëå áåòàáîðàòà áàðèÿ.  ðåçóëüòàòå â óëüòðàôèîëåòîâîì äèàïàçîíå îáåñïå÷èâàåòñÿ ãåíåðàöèÿ ôåìòîñåêóíäíûõ èìïóëüñîâ ñ ýíåðãèåé 25–70 ìêÄæ, ïåðåñòðàèâàåìûõ â äèàïàçîíå 230–280 íì.  âèäèìîì è áëèæíåì èíôðàêðàñíîì äèàïàçîíàõ ýíåðãèÿ èìïóëüñîâ, ñîîòâåòñòâóþùèõ ïðÿìîé è õîëîñòîé âîëíàì ïàðàìåòðè÷åñêîãî ãåíåðàòîðà, à òàêæå èõ ãàðìîíèêàì, ñîñòàâëÿëà ñîòíè ìèêðîäæîóëåé. Òàêèì îáðàçîì, íà âûõîäå óñòàíîâêè èìåëè ìåñòî ñóáìèëëèäæîóëüíûå èìïóëüñû ñ äëèòåëüíîñòüþ ïîðÿäêà 100 ôñ, ïåðåêðûâàþùèå îáëàñòü äëèí âîëí îò 230 íì äî 3 ìêì, ïðè÷åì ïðîñòðàíñòâåííîå ðàñïðåäåëåíèå âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ áëèçêî ê äèôðàêöèîííîìó.
 ðÿäå èçìåðåíèé òàêæå èñïîëüçîâàëîñü èçëó÷åíèå ôåìòîñåêóíäíîãî êîíòèíóóìà, ñîçäàâàåìîå ïðè ôîêóñèðîâêå ñâåòîâûõ èìïóëüñîâ âî âðàùàþùèåñÿ îáðàçöû ïëàâëåíîãî êâàðöà, ôòîðèäà ëèòèÿ èëè ôòîðèäà ìàãíèÿ. Ïëîòíîñòè ìîùíîñòè â îáëàñòè ôîêóñèðîâêè äîñòèãàëè 1014 Âò/ñì2, ÷òî ñóùåñòâåííî ïðåâûøàëî ïîðîã ãåíåðàöèè êîíòèíóóìà. Êîýôôèöèåíò ïðåîáðàçîâàíèÿ â íåïðåðûâíûé ñïåêòð èçëó÷åíèÿ äîñòèãàë äåñÿòêîâ ïðîöåíòîâ ïðè âûñîêîé âîñïðîèçâîäèìîñòè ðàñïðåäåëåíèÿ ñïåêòðàëüíîé ïëîòíîñòè èçëó÷åíèÿ îò èìïóëüñà ê èìïóëüñó.
Äîñòèãíóòûå ïàðàìåòðû ñâåòîâûõ èìïóëüñîâ ïîçâîëÿþò ðåøàòü øèðîêèé êðóã çàäà÷ äèíàìè÷åñêîé ñïåêòðîñêîïèè è íåëèíåéíîé îïòèêè.
Èçìåðåíèå êîýôôèöèåíòà äâóõôîòîííîãî ïîãëîùåíèÿ êðèñòàëëà íàòóðàëüíîãî
àëìàçà âáëèçè êðàÿ çàïðåùåííîé çîíû
Ïî íàøèì äàííûì, ñèñòåìàòè÷åñêèå è äîñòîâåðíûå èçìåðåíèÿ äèñïåðñèè êîýôôèöèåíòà ÄÔÏ âáëèçè êðàÿ çàïðåùåííîé çîíû, ò. å. â îáëàñòè 230–280 íì, íå ïðîâîäèëèñü. Íåêîòîðûå äàííûå, ïîëó÷åííûå ðàíåå [3, 6] íà ðàçëè÷íûõ äëèíàõ âîëí, ðàçëè÷àþòñÿ íà ïîðÿäêè ïî âåëè÷èíå âñëåäñòâèå èñïîëüçîâàíèÿ ðàçíûõ ëàçåðíûõ èñòî÷íèêîâ è ïðîáëåì, ñâÿçàííûõ ñ òðóäíîñòÿìè ðàçäåëåíèÿ âêëàäîâ ïðÿìîãî è ñòóïåí÷àòîãî äâóõôîòîííîãî ïîãëîùåíèÿ.
Îñíîâíûì ìåòîäîì èçìåðåíèÿ êîýôôèöèåíòà ÄÔÏ ÿâëÿåòñÿ èçìåðåíèå îñëàáëåíèÿ ýíåðãèè èìïóëüñà, ðàñïðîñòðàíÿþùåãîñÿ ÷åðåç èññëåäóåìóþ ñðåäó, ñ ïîñëåäóþùåé îáðàáîòêîé çàâèñèìîñòåé íåëèíåéíîãî ïðîïóñêàíèÿ è ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííûõ ïàðàìåòðîâ ýòîãî èìïóëüñà.
Ðåçóëüòàòû íàøèõ èçìåðåíèé è çàâèñèìîñòü êîýôôèöèåíòà ÄÔÏ îò äëèíû âîëíû ïðèâåäåíû íà ðèñ. 2. Òåîðåòè÷åñêàÿ îöåíêà äèñïåðñèîííîé çàâè-
Êîýôôèöèåíò ÄÔÏ, ñì/ÃÂò
Ïðîïóñêàíèå, %
0,7 0,5 0,3
0 2,2
(à)
1
2 3 20 40 Èíòåíñèâíîñòü, ÃÂò/ñì2
(á)
2,0
1,8 220
240 260 Äëèíà âîëíû, íì
280
Ðèñ. 2. à – çàâèñèìîñòè îïòè÷åñêîãî ïðîïóñêàíèÿ îáðàçöà àëìàçà îò ïèêîâîé èíòåíñèâíîñòè íà ðàçëè÷íûõ äëèíàõ âîëí. 1 – λ = 280 íì, β2 = 2,1 ñì/ÃÂò; 2 – λ = 250 íì, β2 = 2,2 ñì/ÃÂò; 3 – λ = 235 íì, β2 = 2,0 ñì/ÃÂò; á – ñïåêòðàëüíàÿ çàâèñèìîñòü êîýôôèöèåíòà äâóõôîòîííîãî ïîãëîùåíèÿ.
ñèìîñòè êîýôôèöèåíòà ÄÔÏ, ïðåäëîæåííàÿ â [11],
äàåòñÿ ôîðìóëîé
β2
(ω′)
=
β2
(ω)
⎛ ⎜ ⎝
ω3n(ω′) ω'3 n(ω)
⎞2 ⎟ ⎠
⎛ ⎝⎜⎜
2=ω′/Eg 2=ω/Eg
−1 −1
⎞3/ ⎠⎟⎟
2
,
ãäå n(ω′) è n(ω) – ïîêàçàòåëè ïðåëîìëåíèÿ íà ÷àñòîòàõ ω è ω′, Eg – øèðèíà çàïðåùåííîé çîíû. Ýêñïåðèìåíòàëüíî îïðåäåëåííîå çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòà ÄÔÏ íà äëèíå âîëíû 250 íì ñîñòàâèëî 2,2 ± 0,2 ñì/ÃÂò, ÷òî ñîâïàäàåò ñ äàííûìè, ïîëó÷åííûìè ðàíåå íà äëèíå âîëíû 248 íì. Ðàñ÷åòíàÿ êðèâàÿ ïîêàçàíà íà ðèñ. 2á ñïëîøíîé ëèíèåé. Êàê òåîðåòè÷åñêàÿ êðèâàÿ, òàê è ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå èìåþò îò÷åòëèâûé ìàêñèìóì íà äëèíå âîëíû 250 íì. Òàêèì îáðàçîì, ìîæíî ñäåëàòü âûâîä, ÷òî ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå äëÿ êðèñòàëëà íàòóðàëüíîãî àëìàçà íàõîäÿòñÿ â õîðîøåì ñîîòâåòñòâèè ñ óíèâåðñàëüíîé ìàñøòàáíîé ôîðìóëîé äëÿ äèñïåð-
ñèè äâóõôîòîííîãî ïîãëîùåíèÿ â îáëàñòè, áëèçêîé ê êðàþ çàïðåùåííîé çîíû.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 3, 2008
5
Èçìåðåíèå ïàðàìåòðîâ ôåìòîñåêóíäíûõ èìïóëüñîâ â äèàïàçîíå 230–810 íì ñ èñïîëüçîâàíèåì àâòîêîððåëÿòîðà, ðàáîòàþùåãî íà ýôôåêòå ïðÿìîãî äâóõôîòîííîãî ïîãëîùåíèÿ â êðèñòàëëå àëìàçà
Èçìåðåíèÿ â óëüòðàôèîëåòîâîì è âèäèìîì äèàïàçîíàõ ïðîâîäèëèñü ïî àâòîêîððåëÿöèîííîé ìåòîäèêå. Ñõåìà êîððåëÿòîðà, êîòîðàÿ ïðàêòè÷åñêè áåç èçìåíåíèé âïîñëåäñòâèè èñïîëüçîâàëàñü è â èçìåðåíèÿõ â ÈÊ äèàïàçîíå, ïðèâåäåíà íà ðèñ. 3. Âõîäíîé ïó÷îê ðàçäåëÿåòñÿ íà êàíàë âîçáóæäåíèÿ è êàíàë çîíäèðîâàíèÿ ïîëÿðèçàöèîííûì äåëèòåëåì, îáåñïå÷èâàþùèì êîýôôèöèåíò äåëåíèÿ â äèàïàçîíå 1:1–1:100 áåç âíåñåíèÿ ñóùåñòâåííûõ äèñïåðñèîííûõ èñêàæåíèé â ôàçîâóþ ñòðóêòóðó èçìåðÿåìîãî èìïóëüñà.
Ïîñëå âíåñåíèÿ ãåîìåòðè÷åñêîé ðàçíîñòè õîäà ìåæäó çîíäèðóþùèì è âîçáóæäàþùèì èìïóëüñàìè ïàðàëëåëüíûå ïó÷êè ôîêóñèðîâàëèñü â êðèñòàëë íàòóðàëüíîãî àëìàçà òèïà 2À òîëùèíîé 100 ìêì. Óãîë ñõîæäåíèÿ ïó÷êîâ â îáúåìå èçìåðèòåëüíîãî êðèñòàëëà âàðüèðîâàëñÿ â ïðåäåëàõ 5°–20°. Ïðîñòðàíñòâåííîå ïåðåêðûòèå âçàèìîäåéñòâóþùèõ èìïóëüñîâ êîíòðîëèðîâàëîñü ïî òðàññàì âîçáóæäåíèÿ ëþìèíåñöåíöèè â êðèñòàëëå. Èçìåíåíèå çàäåðæêè ïðèâîäèëî ê èçìåíåíèþ ïðîïóñêàíèÿ çîíäèðóþùåãî ïó÷êà îò 90% âíå çîíû âðåìåííîãî ïåðåêðûòèÿ äî 8% ïðè ìàêñèìàëüíîì ïåðåêðûòèè. Ïðîïóñêàíèå çîíäèðóþùåãî ïó÷êà êîíòðîëèðîâàëîñü ôîòîïðèåìíèêîì, óñòàíîâëåííûì çà äèàôðàãìîé, êîòîðàÿ ðàçìåùàëàñü çà êðèñòàëëîì àëìàçà.
Äîñòèãíóòûé â íàøèõ èçìåðåíèÿõ âûñîêèé êîíòðàñò ïîëåçíîãî ñèãíàëà ïîçâîëÿë ïðîâîäèòü èçìå-
λi
λs
1
3 2
17
14
15
18
4 6
20î 7
5
9 16 10
11 12
13
8
Ðèñ. 3. Ñõåìà êîìáèíèðîâàííîãî êîððåëÿòîðà äëÿ àòòåñòàöèè ôåìòîñåêóíäíûõ èìïóëüñîâ â ÓÔ, âèäèìîì è ÈÊ äèàïàçîíàõ. 1 – ôàçîâàÿ ïëàñòèíêà, 2 – ïîëÿðèçàòîð, 3 – ëèíèÿ çàäåðæêè, 4 – ôàçîâàÿ ïëàñòèíêà; 5, 9, 11 – äèàôðàãìà; 6 – ôîêóñèðóþùàÿ ëèíçà, 7 – àëìàç 2À (òîëùèíà 0,1 ìì), 8 – êðèñòàëë ìàòàáîðàòà áàðèÿ (òîëùèíà 0,5 ìì), 10 – èçîáðàæàþùàÿ ëèíçà, 12 – ôèëüòð, 13 – ôîòîäèîä, 14 – ïëîñêîñòü îáúåêòà, 15 – ïëîñêîñòü èçîáðàæåíèÿ, 16 – ñèãíàë íåêîëëèíåàðíîé âòîðîé ãàðìîíèêè, 17 – ñèãíàë p-ïîëÿðèçàöèè, 18 – ñèãíàë s-ïîëÿðèçàöèè.
6 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 3, 2008
Ñèãíàë ôîòîïðèåìíèêà, îòí. åä.
1 0,8
3 21
(à)
0,8
Ïîãëîùåíèå, îòí. åä.
90 ôñ
83 ôñ
0,4 0,4
2
0 –2 –1 0 1 Âðåìåííàÿ çàäåðæêà, ïñ
2
Ðèñ. 4. Òèïè÷íûå àâòîêîððåëÿöèîííûå òðàññû èìïóëüñîâ. 1 – ÀÊÔ, ïîëó÷åííàÿ ïðè íåëèíåéíîì ïîãëîùåíèè â àëìàçå, λ = 250 íì; 2 – ÀÊÔ, ïîëó÷åííàÿ â êðèñòàëëå áåòàáîðàòà áàðèÿ ïðè íåêîëëèíåàðíîì ïðåîáðàçîâàíèè âî âòîðóþ ãàðìîíèêó, λ = 500 íì.
0 –1 0 1 Âðåìåííàÿ çàäåðæêà, ïñ
1 (á)
0,1
Ìîùíîñòü, îòí. åä.
ðåíèå äëèòåëüíîñòè èìïóëüñîâ â ðåæèìå ðåàëüíîãî âðåìåíè (“îñöèëëîãðàôè÷åñêèé ðåæèì”) ïðè îáåñïå÷åíèè ïåðèîäè÷åñêèõ ïðîäîëüíûõ ìåõàíè÷åñêèõ ïåðåìåùåíèé îäíîãî èç çåðêàë àâòîêîðåëëÿòîðà, óñòàíîâëåííîãî íà ïüåçîýëåìåíò, âáëèçè ïîëîæåíèÿ, ñîîòâåòñòâóþùåãî íóëåâîé çàäåðæêå. Ýòî â ñâîþ î÷åðåäü ïîçâîëÿëî ïðîâîäèòü îïåðàòèâíóþ íàñòðîéêó ëàçåðíîé ñèñòåìû íà ãåíåðàöèþ èìïóëüñîâ âûñîêîãî îïòè÷åñêîãî êà÷åñòâà, ñîîòâåòñòâóþùåãî ìèíèìóìó ôàçîâîé ìîäóëÿöèè (“÷èðïà”) è, ñîîòâåòñòâåííî, ìèíèìóìó äëèòåëüíîñòè èìïóëüñîâ íà âûõîäå ñèñòåìû êàê â âèäèìîé, òàê è â óëüòðàôèîëåòîâîé îáëàñòÿõ.
Çàïèñàííàÿ â îñöèëëîãðàôè÷åñêîì ðåæèìå àâòîêîððåëÿöèîííàÿ ôóíêöèÿ (ÀÊÔ) ïðèâåäåíà íà ðèñ. 4. Êîíòðàñò ÀÊÔ (îòíîøåíèå ñèãíàë/øóì) èìååò â çàâèñèìîñòè îò äëèíû âîëíû çíà÷åíèÿ â èíòåðâàëå 10–15, ÷òî âïîëíå äîñòàòî÷íî äëÿ îïåðàòèâíîé íàñòðîéêè êîìïðåññîðà è äåêîìïðåññîðà ðåãåíåðàòèâíîãî óñèëèòåëÿ è ñèñòåìû OPO/OPA – ïðåîáðàçîâàòåëè ÷àñòîòû. Ìèíèìàëüíàÿ äëèòåëüíîñòü àâòîêîððåëÿöèîííîãî îòêëèêà, ïîëó÷åííîãî â óëüòðàôèîëåòîâîì äèàïàçîíå, ñîñòàâèëà 90 ôñ. Ñèììåòðè÷íàÿ ôîðìà ÀÊÔ ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî ïðåâàëèðóþùèì ýôôåêòîì â äàííûõ óñëîâèÿõ ÿâëÿåòñÿ èñòèííîå äâóõôîòîííîå ïîãëîùåíèå â êðèñòàëëå àëìàçà, à íå ñòóïåí÷àòîå. Äëÿ óïðîùåíèÿ ïðåäâàðèòåëüíîé íàñòðîéêè ñõåìû è êàëèáðîâêè ëèíèè çàäåðæêè èñïîëüçîâàëîñü âõîäíîå èçëó÷åíèå â äèàïàçîíå 520–540 íì è âìåñòî êðèñòàëëà àëìàçà óñòàíàâëèâàëñÿ òîíêèé (0,1 ìì) êðèñòàëë áåòàáîðàòà áàðèÿ, âûðåçàííûé òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû áåç èçìåíåíèÿ óãëà ñõîæäåíèÿ îïîðíîãî è ïðîáíîãî ïó÷êîâ ãåíåðèðîâàëàñü íåêîëëèíåàðíàÿ âòîðàÿ ãàðìîíèêà (260–270 íì).
Ãðóïïîâàÿ çàäåðæêà, ïñ
0,01
300 0,4
500 700 Äëèíà âîëíû, íì
900 (â)
0,2
0
–0,2
–0,4 550
650 750 Äëèíà âîëíû, íì
Ðèñ. 5. Ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé. à – êðîññêîððåëÿöèîííûå òðàññû. 1 – λi = 550 íì, 2 – 620 íì, 3 – 750 íì; á – ñïåêòð êîíòèíóóìà, ïîëó÷åííûé â îáðàçöå ïëàâëåíîãî êâàðöà (òîëùèíà 5ìì, ýíåðãèÿ âõîäíîãî èìïóëüñà 30 ìêÄæ, λ = 620 íì, äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà 100 ôñ); â – çàâèñèìîñòü ãðóïïîâîé çàäåðæêè ñîîòâåòñòâóþùåãî ñïåêòðàëüíîãî êîìïîíåíòà êîíòèíóóìà.
Ðàçðàáîòàííûé àâòîêîððåëÿòîð áûë èñïîëüçîâàí ïðè ïðîâåäåíèè öèêëà èçìåðåíèé äèíàìèêè ïåðåíîñà çàðÿäà â îäèíî÷íûõ îðãàíè÷åñêèõ ìîëåêóëàõ êëàññà ïîëèïåïòèäîâ ìåòîäîì âðåìÿïðîëåòíîé ìàññ-ñïåêòðîñêîïèè ñ âîçáóæäåíèåì ôåìòîñåêóíäíûìè ëàçåðíûìè èìïóëüñàìè.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 3, 2008
7
Êðîññêîððåëÿöèîííûå èçìåðåíèÿ ïàðàìåòðîâ èìïóëüñîâ ôåìòîñåêóíäíîãî
êîíòèíóóìà
Ìû òàêæå àïðîáèðîâàëè îïèñàííûé êîððåëÿòîð ïðè îïðåäåëåíèè ïàðàìåòðîâ èìïóëüñîâ ñâåòîâîãî êîíòèíóóìà, âîçáóæäåííûõ ôåìòîñåêóíäíûìè èìïóëüñàìè, â âèäèìîé è èíôðàêðàñíîé îáëàñòÿõ.
 êà÷åñòâå îïîðíîãî ñèãíàëà èñïîëüçîâàëèñü èìïóëüñû íà äëèíå âîëíû 310 íì. Êàê ïðàâèëî, èìïóëüñ ôåìòîñåêóíäíîãî êîíòèíóóìà íåëèíåéíî ïðîìîäóëèðîâàí ïî ôàçå è åãî äëèòåëüíîñòü áîëüøå, ÷åì äëèòåëüíîñòü èñõîäíîãî èìïóëüñà âîçáóæäåíèÿ. Êðîññêîððåëÿöèîííûå òðàññû äëÿ ðàçëè÷íûõ îáëàñòåé ñïåêòðà, çàâèñèìîñòü çàäåðæêè ðàçëè÷íûõ ñïåêòðàëüíûõ êîìïîíåíòîâ τD ïðèâåäåíû íà ðèñ. 5. Èç ðèñóíêà âèäíî, ÷òî ÷èðï èìïóëüñà êîíòèíóóìà íîñèò íåëèíåéíûé õàðàêòåð è çàäåðæêà ìåæäó ñòîêñîâûì è àíòèñòîêñîâûì êîìïîíåíòàìè ñóùåñòâåííî ïðåâûøàåò äëèòåëüíîñòü èñõîäíîãî èìïóëüñà.
Çàêëþ÷åíèå
Òàêèì îáðàçîì, â íàñòîÿùåé ðàáîòå ïðîäåìîíñòðèðîâàíû âîçìîæíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ ýôôåêòà äâóõôîòîííîãî ïîãëîùåíèÿ â êðèñòàëëå íàòóðàëüíîãî àëìàçà äëÿ èçìåðåíèÿ ïàðàìåòðîâ ôåìòîñåêóíäíûõ èìïóëüñîâ â øèðîêîì ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå áåç èçìåíåíèÿ òèïà èçìåðèòåëüíîé ñèñòåìû èëè åå çíà÷èòåëüíîé ïåðåíàñòðîéêè.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Dadap J.I., Focht G.B., Reitze D.N., Downer M.C. Twophoton absorption in diamond and its application to ultraviolet femtosecond pulse-width measurement // Opt. Lett. 1991. V. 16. ¹ 7. P. 498–501.
12. Albrecht T.F., Seibert K., Kurz H. Chirp measurement of large-bandwidth femtosecond optical pulses using two-photon absorption // Opt. Commun. 1991. V. 84. P. 223–227.
13. Roth T., Laenen R. Absorption of free carriers in diamond determined from the visible to the mid-infrared by femtosecond two-photon absorption spectroscopy // Opt. Commun. 2001. V. 189. P. 289–296.
14. Reuther A., Laubereau A., Nikogosian D.N. A simple method for the in situ analysis of femtosecond UV pulses in the pump-probe spectroscopy of solutions // Opt. Commun. 1997. V. 141. ¹ 3. P. 180–184.
15. Kovalenko S.A., Dobrjakov A.L., Ruthman J., Ernsting N. Femtosecond spectroscopy of condensed phases with chirped supercontinuum probing // Phys. Rev. B. 1999. V. 59. ¹ 3. P. 2369–2384.
16. Preuss S., Stuke M. Subpicosecond ultraviolet laser ablation of diamond: Nonlinear properties at 248 nm and time-resolved characterization of ablation dynamics // Appl. Phys. Lett. 1995. V. 67. ¹ 3. P. 338–340.
17. Van Styrland E.W., Woodall M.A., Vanherzeele H., Soileau M.J. Energy band-gap dependence of two-photon absorption // Opt. Lett. 1985. V. 10. ¹ 10. P. 490–492.
18. Brodeur A., Chin S.L. Band-gap dependence of the ultrafast white-light continuum // Phys. Rev. Lett. 1998. V. 80. ¹ 20. P. 4406–4409.
19. Bespalov V.G., Kozlov S.A., Shpolyanskiy Z.A. Method for analyzing the propagation dynamics of femtosecond pulses with a continuum spectrum in transparent optical media // JOT. 2000. V. 67. ¹ 4. P. 303–308.
10. Dmitriev V., Gurzadyan G., Nikogosyan D.N. Handbook of Nonlinear Optical Crystals. N.Y.: Springer-Verlag, 1997. 422 p.
11. CVI Laser Optics catalogue. / Albuquerque Ç85.
12. Gagarsky S.V., Iglev H.A., Kozlov S.A., Lehr L., Schlag E.W., Shpolansky Yu.A. Characterization of chirped femtosecond light pulsed in wide spectral range by two-photon absorption cross-correlation // CLEO-Europe 2001 Conference Digest. Muenchen. 2001. V. C-NLP242. P. 229.
13. Boesl U., Weinkauf R., Schlag E.W. Reflectron time-offlight mass spectrometry and laser excitation for the analysis of neutrals, ionized molecules and secondary fragments // International Journal of Mass Spectrometry and Ion Processes. 1992. V. 112. ¹ 2. P. 121–166.
14. Schlag E.W. Spectroscopy in our age // Appl. Phys. B. 2000. V. 71. ¹ 5. P. 619–621.
15. Fuss W., Schmid W., Trushin A. Time-resolved dissociative intense-laser field ionization for probing dynamics: Femtosecond photochemical ring opening of 1,3cyclohexadiene // J. Chem. Phys. 2000. V. 112. ¹ 19. P. 8347–8362.
8 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 3, 2008