![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Работа посвящена исследованию новых методов генерации и детектирования направленного узкополосного терагерцового излучения с высокой спектральной яркостью и плавно перестраиваемой частотой. В основе подхода – применение процессов параметрического смешения оптических и терагерцовых частот в режиме квазисинхронизма. Квазисинхронные процессы будут осуществляться в нелинейных фотонных кристаллах - кристаллических структурах с пространственной модуляцией квадратичной по полю нелинейно-оптической восприимчивости. Будут разработаны и задействованы уникальные технологии приготовления широкоапертурных квазисинхронных структур для терагерцового диапазона методом поляризации сегнетоэлектрических кристаллов в процессе роста. Будет исследован эффект квазисинхронного детектирования и на его основе создан новый метод спектрально - селективного детектирования импульсов терагерцовой частоты. Впервые будут определены возможности плавной перестройки частоты генерируемого терагерцового излучения, а также сканирования частоты нелинейно-оптического терагерцового детектирования, основанные на управлении параметрами нелинейной среды и оптической накачки. Результаты работ по проекту создадут основу для построения нового поколения спектроскопических установок, источников и приемников терагерцового излучения высокой спектральной яркости, отвечающих задачам разработки высокочувствительных, помехозащищенных методов терагерцовой спектроскопии и диагностики, а также развития терагерцовых систем связи и передачи информации.
Развиты новые методы генерации и детектирования направленного узкополосного терагерцового излучения с высокой спектральной яркостью и плавно перестраиваемой частотой. Методы основаны на квазисинхронных процессах параметрического смешения оптических и терагерцовых частот в нелинейных фотонных кристаллах - кристаллических структурах с пространственной модуляцией квадратичной по полю нелинейно-оптической восприимчивости. Для экспериментальной реализации методов в диапазоне частот от 0.5 до 2.4 ТГц были созданы периодически и апериодически поляризованные кристаллы LiNbO3, Mg:LiNbO3, Mg:Y:LiNbO3, а также предложены и апробированы новые схемы измерения дисперсии основных параметров кристаллов в терагерцовом диапазоне частот: действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости, показателя преломления, коэффициента поглощения и нелинейной функции передачи (схемы спонтанного параметрического рассеяния света на поляритонах нижней поляритонной ветви, трехчастотной интерференции при рассеянии на поляритонах и фемтосекундной накачки-зондирования). Экспериментально показано, что использование нелинейных фотонных кристаллов с различной модуляцией знака квадратичной восприимчивости позволяет управлять спектральными характеристиками импульсного и квази-непрерывного терагерцового излучения: смещать частоту узкополосной генерации, варьировать форму и ширину спектра в терагерцовом диапазоне. Причем перестройка спектра может осуществляться при генерации в режиме оптического выпрямления как Фурье-ограниченных, так и Фурье-неограниченных лазерных импульсов широкополосной оптической накачки. Исследованы дополнительные возможности управления характеристиками терагерцовой генерации за счет варьирования параметров накачки: изменения центральной частоты спектра и периодической модуляции широкополосного спектра накачки с частотой терагерцовой генерации. Исследованы различные схемы электро-оптического стробирования поля импульсного терагерцового излучения: эллипсометрические схемы, основанные на измерении наведенной фазы, и предложенная в ходе выполнения проекта схема, основанная на измерении наведенной амплитуды оптических волн. Показано, что отношение спектральных эффективностей двух типов схем пропорционально отношению нелинейных функций передач электро-оптических кристаллов и отношению частот оптического и терагерцового излучения. Разработан метод спектрально - селективного детектирования квазинепрерывного терагерцового излучения. Исследованы условия сканирования частоты детектирования: за счет выбора кристалла с заданной ориентацией и распределением периодов доменной структуры, за счет нагрева квазисинхронной структуры, фиксированной в одном и том же образце, или за счет выбора геометрий нелинейно-оптического взаимодействия - с параллельными или скрещенными поляризациями оптических волн, с распространением детектируемых волн в прямом или встречном направлениях. Развиты основы нового метода калибровки спектральной яркости квазинепрерывного терагерцового излучения, базирующегося на сравнении сигналов параметрического преобразования частоты измеряемого излучения и спонтанного параметрического рассеяния накачки в нелинейном кристалле. Теоретически исследовано влияние эффектов поглощения и отражения кристаллом терагерцовых волн на точность калибровки спектральной яркости падающего извне излучения, а также яркости тепловых флуктуаций поля на терагерцовых частотах.
МГУ имени М.В.Ломоносова | Координатор |
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2010 г.-31 декабря 2010 г. | Методы генерации и детектирования частотно-перестраиваемого терагерцового излучения на основе нелинейных фотонных кристаллов. Этап 2010 года |
Результаты этапа: Созданы, исследованы и апробированы периодически поляризованные кристаллические образцы, предназначенные для генерации и детектирования узкополосного терагерцового излучения. Разработан принцип действия нового метода калибровки спектральной яркости терагерцового излучения, основанного на сравнении сигналов параметрического преобразования и спонтанного параметрического рассеяния света в стоксовой и анти-стоксовой части спектра. Разработан и применен новый метод терагерцовой спектроскопии для измерения действительной части диэлектрической проницаемости и показателя преломления нелинейно-оптических кристаллов. Предложена и апробирована новая методика прецизионного измерения коэффициентов поглощения нелинейно-оптических кристаллов в терагерцовой области спектра, основанная на эффекте трехчастотной интерференции в процессе рассеяния света на поляритонах. Измерены дисперсии необыкновенного показателя преломления, действительной части диэлектрической проницаемости (в диапазоне 0.5-6.5 ТГц) и коэффициента поглощения (в диапазоне 1-3 ТГц) для кристаллов ниобата лития конгруэнтного состава, номинально чистых и легированных ионами магния. Развит метод фемтосекундной накачки/зондирования для исследования перестройки частоты квазисинхронной терагерцовой генерации в широком спектральном диапазоне за счет изменения геометрии нелинейно-оптического взаимодействия. Установлено, что наилучшими параметрами для детектирования в режиме нелинейно-оптического преобразования оое обладают кристаллы легированного магнием ниобата лития с ростовыми доменами, параллельными плотноупакованной грани ромбоэдра. | ||
2 | 1 января 2011 г.-31 декабря 2011 г. | Методы генерации и детектирования частотно-перестраиваемого терагерцового излучения на основе нелинейных фотонных кристаллов. Этап 2011 года |
Результаты этапа: Исследованы различные способы изменения частоты квазисинхронной генерации терагерцового излучения в пределах от 0.5 до 2.4 ТГц в схеме оптического выпрямления широкополосных лазерных импульсов: за счет изменения периода доменной структуры в кристаллах периодически поляризованного ниобата лития, номинально чистого или легированного магнием, за счет изменения ориентации ростовой доменной структуры, а также за счет нагрева квазисинхронной структуры, фиксированной в образце. Исследованы условия сканирования частоты квазисинхронного детектирования терагерцового излучения за счет тех же параметров, в геометриях с параллельными и скрещенными поляризациями оптических волн, с распространением детектируемых волн в прямом и встречном направлениях. Развиты теоретические и экспериментальные основы нового метода калибровки спектральной яркости терагерцового излучения, базирующегося на сравнении сигналов параметрического преобразования частоты измеряемого излучения и спонтанного параметрического рассеяния накачки в нелинейном кристалле. Экспериментально исследованы соотношения вкладов тепловых и квантовых флуктуаций поля в интенсивности Стоксова и анти-Стоксова параметрического рассеяния света. Показано, что отношение интенсивностей Стоксова и анти-Стоксова сигналов, соответствующих одной и той же частоте холостых волн в диапазоне 1 - 4 ТГц, определяется числами заполнения холостых мод за счет тепловых и квантовых флуктуаций терагерцового поля. Исследовано влияние эффектов поглощения и отражения кристаллом терагерцовых волн на точность калибровки спектральной яркости падающего извне излучения, а также яркости тепловых флуктуаций поля на терагерцовых частотах. Исследованы различные схемы электро-оптического стробирования поля импульсного терагерцового излучения: эллипсометрические схемы, основанные на измерении наведенной фазы, и предложенная в ходе выполнения проекта схема, основанная на измерении наведенной амплитуды оптических волн. Показано, что отношение спектральных эффективностей двух данных типов схем пропорционально отношению нелинейных функций передач электро-оптических кристаллов и отношению частот оптического и терагерцового излучения. Показано также, что пробно-энергетическая схема, основанная на измерении наведенной амплитуды оптических волн, может функционировать на основе более широкого ряда высокоэффективных нелинейно-оптических кристаллов - без ограничений, накладываемых на тип симметрии кристаллической решетки. | ||
3 | 1 января 2012 г.-31 декабря 2012 г. | Методы генерации и детектирования частотно-перестраиваемого терагерцового излучения на основе нелинейных фотонных кристаллов. Этап 2012 года |
Результаты этапа: Развиты новые методы генерации и детектирования направленного узкополосного терагерцового излучения с высокой спектральной яркостью и плавно перестраиваемой частотой. Методы основаны на квазисинхронных процессах параметрического смешения оптических и терагерцовых частот в нелинейных фотонных кристаллах - кристаллических структурах с пространственной модуляцией квадратичной по полю нелинейно-оптической восприимчивости. Для экспериментальной реализации методов в диапазоне частот от 0.5 до 2.4 ТГц были созданы периодически и апериодически поляризованные кристаллы LiNbO3, Mg:LiNbO3, Mg:Y:LiNbO3, а также предложены и апробированы новые схемы измерения дисперсии основных параметров кристаллов в терагерцовом диапазоне частот: действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости, показателя преломления, коэффициента поглощения и нелинейной функции передачи (схемы спонтанного параметрического рассеяния света на поляритонах нижней поляритонной ветви, трехчастотной интерференции при рассеянии на поляритонах и фемтосекундной накачки-зондирования). Экспериментально показано, что использование нелинейных фотонных кристаллов с различной модуляцией знака квадратичной восприимчивости позволяет управлять спектральными характеристиками импульсного и квази-непрерывного терагерцового излучения: смещать частоту узкополосной генерации, варьировать форму и ширину спектра в терагерцовом диапазоне. Причем перестройка спектра может осуществляться при генерации в режиме оптического выпрямления как Фурье-ограниченных, так и Фурье-неограниченных лазерных импульсов широкополосной оптической накачки. Исследованы дополнительные возможности управления характеристиками терагерцовой генерации за счет варьирования параметров накачки: изменения центральной частоты спектра и периодической модуляции широкополосного спектра накачки с частотой терагерцовой генерации. Исследованы различные схемы электро-оптического стробирования поля импульсного терагерцового излучения: эллипсометрические схемы, основанные на измерении наведенной фазы, и предложенная в ходе выполнения проекта схема, основанная на измерении наведенной амплитуды оптических волн. Показано, что отношение спектральных эффективностей двух типов схем пропорционально отношению нелинейных функций передач электро-оптических кристаллов и отношению частот оптического и терагерцового излучения. Разработан метод спектрально - селективного детектирования квазинепрерывного терагерцового излучения. Исследованы условия сканирования частоты детектирования: за счет выбора кристалла с заданной ориентацией и распределением периодов доменной структуры, за счет нагрева квазисинхронной структуры, фиксированной в одном и том же образце, или за счет выбора геометрий нелинейно-оптического взаимодействия - с параллельными или скрещенными поляризациями оптических волн, с распространением детектируемых волн в прямом или встречном направлениях. Развиты основы нового метода калибровки спектральной яркости квазинепрерывного терагерцового излучения, базирующегося на сравнении сигналов параметрического преобразования частоты измеряемого излучения и спонтанного параметрического рассеяния накачки в нелинейном кристалле. Теоретически исследовано влияние эффектов поглощения и отражения кристаллом терагерцовых волн на точность калибровки спектральной яркости падающего извне излучения, а также яркости тепловых флуктуаций поля на терагерцовых частотах. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".