Трьох- і чотирьох хвильове розсіяння світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками (стр. 5 из 6)
Чотирьох хвильове розсіяння світла збуджувалося в кристалах ніобіту літію, легованих магнієм Mg: LiNbO3 з концентрацією домішки Мg 0.68масс.% і 0.79масс.% (кристали No.4,5). Дані за показниками заломлення у видимій і ближній ГИК області для кристала No.4 були отримані шляхом інтерполяції даних для кристалів No.3,5. У експерименті збуджувався поляритон в околицях частот 541см-1, 550см-1, 558.5см-1, 560см-1. Для цього для кожного вибраного значення частоти поляритону wP встановлюється частота генерації перебудованого лазера w2 відповідно до другого рівняння з (12). Потім промені ГИК накачувань прямували на кристал під фіксованими кутами 1 qі 2 qдо напряму розповсюдження зондуючого накачування. Далі вимірювалася залежність інтенсивності сигналу на частоті S=L-1+2wwwвід кута повороту кристала aв площині хвилевих векторів накачувань.
Спектральна ширина ліній накачувань складала приблизно 1см-1 для випромінювання основної і другої гармонік YAG:Nd+3-лазера і не більше 6см-1 для перебудованого лазера. Ширина ліній сигнального випромінювання, що народжувалося, повністю відповідала частотній структурі накачувань. Пікова потужність накачувань на вході в кристал: пробної хвилі ~0.25 Мвт, першого збудливого променя ~0.05 Мвт, другого збудливого променя ~0.01 Мвт. У експерименті використовувалися накачування з частотами wL і w1 з незвичайною поляризацією, випромінювання перебудованого
-лазера мало звичайну поляризацію. Величина інтенсивності сигналу чотирьох фотонного розсіяння при точній настройці кутового синхронізму істотно - майже на 4 порядки - перевищувала інтенсивність спонтанного трьох хвильового розсіяння. При цьому сигнал спонтанного розсіяння збирався зі всієї довжини зразка 1 ~см, а сигнал чотирьох фотонного розсіяння - лише з області перетину променів накачувань завдовжки 0,5-1мм.Для кожної фіксованої сигнальної (а, означає, і поляритонної) частоти область вирішень умов точного синхронізму в просторі кутівa, q1 і q2 є ділянкою кривої. З урахуванням можливого розладу синхронізму ця крива повинна розмиватися. Для кожної різниці частот w1-2=Pwwбула проведена серія вимірювань форми лінії Is(), у якій взаємна орієнтація зондуючої хвилі і одній з ГИК накачувань залишалася постійною на вході кристала, а кут падіння інший ГИК накачування мінявся від постанова до постанову. Типовий вид окремої форми лінії розсіяння приведений на рис.17. На нижній осі абсцис відкладений розлад просторового синхронізму прямого процесу, на верхній осі абсцис відкладений кут повороту кристала. Лінія розсіяння має один яскраво виражений максимум з кутовою шириною порядка 0.50, в одиницях хвилевих розладів - 600 см-1 . Проте, по ширині цієї лінії не можна визначити величину поглинання, оскільки істотна расходимость променів. Було перевірено, що при зменшенні расходимости першого збудливого променя зменшується ширина лінії розсіяння. Також в інтенсивність сигналу складається розсіяння на сусідніх частотах з певним розладом, оскільки збуджується поляритон з частотною шириною порядка 5 см-1. Кожна серія подібних вимірювань форми лінії Is(), знята при фіксованому вугіллі q2 і змінному вугіллі q1, була розподілом Is(а,1).
На верхньому графіку рис.18 на площині координат кут повороту кристала a - кут падіння ГИК хвилі q1 представлені результати вимірювань для однієї серії, в рамках якої зберігалися постійними кут падіння q2=410 і центральна частота генерації w2 перебудований ГИК лазера, при якій збуджується поляритон на частоті np=541 см-1. Крапками відмічені положення максимумів кривих Is, що експериментально спостерігалися(a). Розмір вертикальних штрихів відповідає ширині максимумів. На нижньому графіку рис.18 представлена інтенсивність розсіяного випромінювання в максимумі при кожному положенні кута 1. При проходженні цієї серії вимірювань при кутах закладу першого “розігріваючого” променя q1=600-680, послідовно збуджувався поляритон на частотах np=539-543см-1. Спостерігалося збільшення інтенсивності розсіяної хвилі при q1=640-650, оскільки інтенсивність другого “розігріваючого” променя має максимум на частоті, відповідній частоті поляритону np=541 см-1. Знаючи взаємну орієнтацію і довжини хвилевих векторів
можна визначити з рівнянь (13) і (16) довжину хвилевого вектора і показник заломлення поляритону. Основну помилку до точності вимірювання показника заломлення вносить ширина лінії генерації лазера, що перебудовується.На графіках рис.19 представлені результати серії вимірювань для кута q2=29.50 і центральної частоти генерації w2 перебудований ГИК лазера, при якій збуджується поляритон на частоті np=550см-1. В даному випадку спостерігається максимальна інтенсивність сигнальної хвилі при вугіллі q1=570, це говорить про те, що при цьому вугіллі збуджується поляритон на частоті np=550см-1. На рис.20 представлені перебудовані криві серії вимірювань для двох кристалів з концентрацією домішки магнію 0.68масс.% і 0.79масс.% для кута 2=18.50. При цьому збуджується поляритон в околиці частоти p=560см-1. Очевидна відмінність в перебудованих кривих і в положенні максимуму інтенсивності розсіяної хвилі для двох кристалів. На рис.21 представлена перебудована крива серії вимірювань для кристала з концентрацією домішки магнію 0.41масс.% для кута q2=00. Цей кристал має відмінний від двох попередніх кристалів напрям осі Z, тому необхідні інші значення кутів закладу променів, щоб порушити таку ж частоту поляритону. Аналогічно можна визначити показник заломлення поляритону для цих трьох зразків кристалів на частоті p=560см-1.
Набутих за допомогою чотирьох хвилевої методики значень звичайного показника заломлення на частоті 560 см-1 для кристалів з різною концентрацією магнію рівні: no(0.41масс.%Mg) =6.53, no(0.68масс.%Mg) =6.37, no(0.79масс.%Mg) =6.2. Основну частку до погрішності вимірювання no вносить точність вимірювання частоти лазера, що перебудовується і частотна ширина його генерації. Проте, при фіксованій частоті поляритону точність вимірювання частоти цього лазера на помилку величини зміни показника заломлення не впливає. Тому в даному випадку помилка вимірювання зміни показника заломлення залежно від концентрації домішки не перевищує ±0.02. Таким чином, ми можемо сказати, що на верхньому фононному поляритоні виявляється аналогічна залежність, як і у видимому діапазоні: при збільшенні концентрації приміси показник заломлення падає.
Мал.17. Форма лінії розсіяння при повороті кристала
Мал.18. Перебудована крива (1) aqі інтенсивність розсіяного випромінювання I(1) qпри вугіллі падіння q2=410 і збудженні поляритону в околиці частоти np=541см-1 для кристала ніобіту літію з концентрацією домішки магнію 0.68масс.%.
Мал.19. Перебудовна крива (1) aqі інтенсивність розсіяного випромінювання I(1) qпри вугіллі падіння q2=29,50 і збудженні поляритону в околиці частоти np=550 см-1 для кристала ніобіту літію з концентрацією домішки магнію 0.68масс.%.
Мал.20. Перебудовна крива (1) aqі інтенсивність розсіяного випромінювання I(1) qпри вугіллі падіння q2=18,50 і збудженні поляритону в околиці частоти np=560 см-1 для кристалів ніобіту літію з концентрацією домішки магнію: 0.68масс.% l; 0.79масс.% n.
Мал.21. Перебудовна крива (1) aqі інтенсивність розсіяного випромінювання I(1) qпри вугіллі падіння q2=00 і збудженні поляритону в околиці частоти np=560см-1 для кристала ніобіту літію з концентрацією домішки магнію 0.41масс.%.
Мал.22. Дисперсія поляритонов, зміряна по трьох хвильовій і чотирьох хвилевій методиці для кристалів ніобіту літію з концентрацією домішки магнію: 0.41масс.% s; 0.68масс.% l; 0.79масс.% .
Висновок
У роботі досліджувалися кристали ніобіту літію з різною концентрацією магнію. При цьому використовувалися метод спонтанного параметричного розсіяння і чотирьох хвильове зміщення.
1. Отримані залежності показників заломлення у видимому і ближньому інфрачервоному діапазоні від концентрації домішки магнію. Концентрація домішки магнію мінялася в межах 0-1%.
2. Виявлена аномальна поведінка незвичайного показника заломлення в полідоменному кристалі.
3. Спостерігалася нелінійна дифракція при спонтанному параметричному розсіянні в полідоменном кристалі. Визначений період доменної структури в полідоменному кристалі методом СПР.
4. Отримані дисперсії звичайного показника заломлення на поляритонних частотах для кристалів з різною концентрацією домішки методом СПР. Проте, цей метод не дозволив виявити відмінності дисперсійних характеристик кристалів в дальній інфрачервоній області.
5. Зміряний звичайний показник заломлення на поляритоні фонона 580 см-1 для трьох концентрацій домішки магнію методом чотирьох хвильового зміщення. Цей метод дає набагато більшу точність, що дозволило виявити різницю в показнику заломлення для кристалів з різною концентрацією домішки магнію.
6. Розроблена методика чотирьох хвильового зміщення на когерентне порушуваних поляритонах.
Список літератури
1. Д.Н. Клишко. Фотони і нелінійна оптика, Наука, М., 1980 р.
2. J.P. Coffinet and F. DeMartini. Phys.Rev.Lett. vol.22 №2, pp.60-64 (1969).
3. Д.Н. Клишко. Листи в ЖЕТФ, 6, 490, 1967.