авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Пространственная модуляция интенсивности фотолюминесценции анизотропных кристаллов, возбуждаемой фемтосекундным излучением

-- [ Страница 1 ] --

Объявление

о защите кандидатской диссертации в Иркутском государственном университете

Фамилия, имя и отчество соискателя

Старченко Антон Андреевич

Название диссертации

Пространственная модуляция интенсивности фотолюминесценции анизотропных кристаллов, возбуждаемой фемтосекундным излучением

Отрасль науки

01 – физико-математические науки

Шифр и название специальности

01.04.07 – физика конденсированного состояния

Название и диссертационного совета

Диссертационный совет Д 212.074.04 при Иркутском государственном университете

Адрес диссертационного совета

664003, г. Иркутск, бульвар Гагарина, 20

Время и место защиты

20 июня 2006 г. в 15 часов 664003, г. Иркутск, бульвар Гагарина, 20

На правах рукописи

Старченко Антон Андреевич

Пространственная модуляция интенсивности фотолюминесценции анизотропных кристаллов, возбуждаемой фемтосекундным излучением

01.04.07 - физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Иркутск – 2006

Работа выполнена в Иркутском филиале Института лазерной физики СО РАН

и в Научно-исследовательском институте прикладной физики

Иркутского государственного университета

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

профессор Е.Ф. Мартынович

Научный консультант: доктор физико-математических наук Г.В. Руденко

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

профессор В.В. Пологрудов,

доктор физико-математических наук

профессор А.К. Дмитриев

Ведущая организация: Уральский государственный технический университет

Защита диссертации состоится 20 июня 2006 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.074.04 при Иркутском государственном университете по адресу: 664003, г. Иркутск, бульвар Гагарина, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Иркутского государственного университета.

Автореферат разослан « » мая 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.074.04, кандидат физико-математических наук, доцент Б.В. Мангазеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Исследования пространственной селективности взаимодействия света и вещества имеют большое значение для науки. Конденсированные среды (кристаллы, стекла, жидкости, полимеры, наночастицы и наноструктуры, жидкие кристаллы) – важнейшие источники оптического излучения и средства его преобразования. Фемтосекундные лазерные импульсы имеют не только малую длительность, но и очень малую пространственную протяженность. Поэтому мгновенное взаимодействие фемтосекундного излучения с веществом всегда нестационарно во времени и неоднородно в пространстве. Изучение пространственных распределений при взаимодействии такого излучения с веществом актуально не только для науки, но и для практики. В частности, методы оптической записи информации на двухмерные носители достигли предельной плотности записи, все более актуальными становятся разработки так называемых 3d оптических методов, позволяющих практически полностью отказаться от двухмерных структур и перейти к объемным средам [1]. Кроме того, разрабатываются новые методы микроскопии, разрешение которых напрямую зависит от времени когерентности зондирующего излучения [2]. В этих методах в качестве источника излучения в последнее время используют фемтосекундные лазерные системы.



Фемтосекундное излучение обладает рядом уникальных свойств: высокой величиной интенсивности, широким оптическим спектром, малой величиной времени продольной когерентности, что послужило сильным стимулом для внедрения фемтосекундного излучения, как инструмента, в научные исследования, производство, технику и медицину.

К началу XXI века были вскрыты механизмы и реализованы методы генерации и усиления высокостабильного излучения с длительностью менее 5 фс, что близко к фундаментальному пределу длительности излучения для видимого и ближнего инфракрасного диапазона [3]. На данный момент ведутся активные исследования генерации в волоконных структурах и объемных конденсированных средах фемтосекундного суперконтинуума [4-5], представляющего собой излучение с шириной спектра, охватывающей более двух октав. Подробно изучены многие процессы и построены модели распространения фемтосекундного излучения в конденсированных средах.

Фемтосекундное излучение применяется в лазерной спектроскопии в качестве широкополосного источника излучения и комб-структуры. В силу малых величин длительности и времени продольной когерентности, фесмтосекундное излучение применяется для изучения быстропротекающих физических, химических и биологических процессов. Благодаря малой величине длины продольной когерентности, оно применяется в микроскопии и оптической когерентной томографии. Кроме того, ведутся разработки методов сверхплотной оптической записи информации фемтосекундным излучением.

К сегодняшнему дню в значительной мере разработаны методы и средства генерации фемтосекундного излучения, изучены многие особенности его распространения в однородной среде. Несмотря на это, работы по изучению взаимодействия фемтосекундного излучения с дефектами и примесями в кристаллических средах изучены недостаточно.

В частности, недостаточно исследованы процессы пространственно-селективного возбуждения фемтосекундным оптическим излучением центров люминесценции в диспергирующих анизотропных средах. Когда люминесценция возбуждается короткими фемтосекундными импульсами, последние, распространяясь в диспергирующих средах, претерпевают дисперсионное расплывание как во времени, так и в пространстве. Естественно ожидать, что такое расплывание возбуждающих импульсов отразится на пространственном распределении интенсивности люминесценции, возбуждаемой в этих условиях. Этот вопрос необходимо исследовать. Особенно такие исследования актуальны для оригинальных используемых в диссертации схем возбуждения вещества парами когерентных встречных или обгоняющих друг друга лазерных импульсов. Значительный интерес представляет изучение явлений пространственно-селективного возбуждения с учетом ориентации люминесцирующих квантовых систем, особенно в случае их ориентации под углом близким к /4 к оптической оси кристалла, когда возбуждаемая люминесценция носит пространственно периодический характер [6].

Цель диссертационной работы

Таким образом, целью данной работы является изучение пространственно периодических распределений интенсивности люминесценции диспергирующих анизотропных кристаллических сред, возбуждаемой компонентами когерентных пар обгоняющих друг друга или встречных фемтосекундных импульсов. Будет исследовано влияние дисперсионного расплывания возбуждающих импульсов на параметры локализованных пространственно-периодических структур, возбуждаемых на центрах люминесценции определенных ориентаций, задаваемых симметрией кристаллических сред.

Исследование разбито на два основных этапа:

  1. Теоретическое и экспериментальное изучение пространственного перераспределения спектра рассеяния фемтосекундного излучения, для определения структуры поля возбуждающего излучения в исследуемой среде.
  2. Изучение в условиях неоднородного распределения поля в среде влияния дисперсии вещества на взаимодействие: квантовые системы – фемтосекундное излучение с учетом ориентации квантовых систем.

Научная новизна работы

В данной работе изучен эффект образования цветных картин рассеяния широкополосного фемтосекундного излучения в анизотропной среде впервые экспериментально обнаруженный в ИФ ИЛФ СО РАН. Вскрыты механизмы и закономерности рассматриваемого эффекта, научно обоснована ценность спектральных и угловых зависимостей интенсивности рассеяния для определения состояния поляризации исходного излучения в объеме среды.

Проведены исследования пространственного распределения интенсивности люминесценции квантовых систем, возбуждаемых под действием встречных и обгоняющих друг друга когерентных пар фемтосекундных импульсов. При этом теоретически рассчитано пространственное изменение интенсивности люминесценции, определены зависящие и независящие от дисперсии среды характеристики поля и вещества.

Практическая значимость работы

В работе освещена проблема селективного в пространстве взаимодействия оптического фемтосекундного излучения с кристаллической средой. Рассмотрены различные механизмы создания данной селективности. Область селективного взаимодействия, в схеме встречных импульсов, как показали исследования, может быть сокращена до единиц микрон, особенно в нелинейных режимах взаимодействия. Это дает предпосылки реализовать, при использовании схемы поглощения встречных импульсов, системы плотной записи и сканирования информации в объеме среды, что актуально для научной и производственной сферы. Результаты работы также представляют интерес для поиска специальных анизотропных сред, содержащих особым образом ориентированные центры люминесценции для применения их в люминесцентных фемтосекундных интерферометрах, они могут быть использованы и в других целях.

Защищаемые положения

• При возбуждении анизотропного кристалла обгоняющими друг друга фемтосекундными оптическими импульсами с ортогональными линейными поляризациями, пространственная динамика изменения состояния поляризации суммарного излучения по траектории его распространения в кристалле экспериментально определяется по спектральным и угловым зависимостям интенсивности рэлеевского рассеяния возбуждающего излучения.

• При возбуждении люминесценции в объеме анизотропного кристалла парой взаимно-когерентных обгоняющих друг друга фемтосекундных импульсов с ортогональными линейными поляризациями, когда длительность излучения больше времени фазовой релаксации квантовых систем, ширина огибающей пространственной модуляции интенсивности люминесценции определяется величиной времени продольной когерентности возбуждающего излучения и не зависит от его дисперсионного расплывания.

• В условиях линейного режима возбуждения центров люминесценции в кристалле встречными взаимно-когерентными фемтосекундными оптическими импульсами, входящими в кристалл с задержкой один относительно другого, дисперсия кристалла приводит к продольному смещению огибающей пространственной модуляции интенсивности возбуждаемой люминесценции, по сравнению с бездисперсионным случаем. При этом дисперсионное расплывание импульса не меняет форму и ширину огибающей модуляции интенсивности люминесценции, а также глубину ее модуляции.

Апробация результатов

Промежуточные результаты работы докладывались на следующих конференциях, симпозиумах и семинарах:

• VIII Международная школа-семинар "Люминесценция и лазерная физика", посвященная 100-летию со дня рождения профессора И.А.Парфиановича, Иркутск, 2002.

• 12-й Международная конференция по радиационной физике и химии неорганических материалов, Томск, 2003.

• Девятая всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых. ВНКСФ-9, Красноярск, 2003.

• IV International Symposium on Modern problems of laser physics, Novosibirsk, 2004.

• IX Международная школа семинар по люминесценции и лазерной физике, Иркутск, 2004.

• Вторая интеграционная междисциплинарная конференция молодых ученых СО РАН и высшей школы, Иркутск, 2004.

• Десятая всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых. ВНКСФ-10, Москва, 2004.

• Международная конференция VUVS-2005, Иркутск, 2005.

• Третья интеграционная междисциплинарная конференция молодых ученых СО РАН и высшей школы, Иркутск, 2005.





Материалы работы выдвигались на “Конкурс научных работ молодых ученых ИЛФ СО РАН” 2004 г. (среди аспирантских и магистрантских работ третье место), “Конкурс научных работ аспирантов и студентов ИФ ИЛФ СО РАН 2005 года” (среди аспирантов, первое место).

Диссертант принимал участие в грантах и проектах, включающих материалы диссертационной работы,

как исполнитель:

• Грант РФФИ № 01-02-17690-а по теме «Когерентная фемтосекундная фотохимия квантовых систем в кристаллах с естественной и наведенной анизотропией»,

• Грант РФФИ № 04-02-16733-а по теме «Аксиальная селективность взаимодействия света и вещества»,

• Грант Минобразования России № Е02-3.2-501 по теме «Развитие поляризационных методов исследования кубических кристаллов, изучение ориентации и типа элементарных излучателей»,

• Проект «Университеты России» № УР.01.01.009 по теме «Пространственная модуляция интенсивности люминесценции кристаллов как метод исследования мультипольности и ориентации элементарных излучателей»,

а также, как руководитель грантов:

• Грант РФФИ № 03-02-06287-мас по теме «Программа поддержки молодых ученых (для проекта 01-02-17690)»

• Гранты Фонда содействия отечественной науке «Лучшие аспиранты РАН 2005 г.» и «Лучшие аспиранты РАН 2006 г.» по теме «Пространственная модуляция интенсивности фотолюминесценции центров окраски в кристаллах LiF и Al2O3 возбуждаемой фемтосекундным излучением».

Публикации

Результаты работы по теме диссертации опубликованы в 20 научных публикациях, из них 5 статей в реферируемых журналах и 10 работ в прочих журналах, сборниках трудов всероссийских и международных научных конференций и симпозиумов.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа содержит 84 страницы, иллюстрируется 24 рисунками, включает 1 таблицу и состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитируемой литературы из 81 наименования.

Личный вклад автора

Исследования, составляющие основу диссертационной работы, выполнены в соавторстве с коллегами из Иркутского филиала Института лазерной физики СО РАН, Новосибирского государственного университета, Научно-исследовательского института прикладной физики Иркутского государственного университета, Иркутского института химии СО РАН и университета Эколь Политекник (Франция). Интерпретация и формулировка результатов расчетно-теоретических и экспериментальных исследований, а также защищаемых положений в существенной мере сделаны лично соискателем.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы исследований, сформулированы цель и задачи работы, основные защищаемые положения, показана научная новизна и практическая ценность полученных результатов, дана краткая аннотация работы.

В первой главе для определения пространственной динамики изменения интенсивности и состояния поляризации поля фемтосекундного излучения в объеме анизотропной дисперсионной среды изучается механизм рассеяния исследуемого излучения на малых частицах, внедренных в эту среду.

При исследовании пространственного распределения поглощенной мощности и интенсивности люминесценции квантовых систем в кристаллической среде, возбуждаемых низкоинтенсивным излучением, часто имеет значение не мгновенное состояние возбуждающего поля, а усредненные по времени характеристики, такие как состояние поляризации и интенсивность, а также время когерентности [7]. Более того, если в среде наводятся под действием низкокогерентного излучения пространственно-периодические структуры возбужденных или ионизированных центров, универсальные методы измерения параметров импульсного излучения не дают требуемой информации об излучении. Таким образом, в первой главе разрабатывается основа метода определения состояния поля фемтосекундного излучения в объеме среды по диаграммам направленности интенсивности светорассеяния.

Особенность распространения поляризованного света в анизотропных кристаллах, заключается в том, что при определенных ориентациях кристалла, электрического и волнового векторов входящего излучения, поляризация света периодически изменяется с расстоянием, что отражается на пространственных зависимостях интенсивности рассеяния. В работе [8] расчетным путем показано, что при рассеянии спектрально ограниченных фемтосекундных импульсов в двулучепреломляющих одноосных кристаллах пространственная зависимость интенсивности рассеяния представляет собой осциллирующую затухающую функцию, а величина затухания определяется длительностью импульсов. Имеет смысл дополнить и обобщить проведенные исследования для импульсного излучения произвольной формы. Также следует ожидать, что наличие дисперсии приведет дополнительно к изменению спектра рассеянного излучения, что не учитывалось в вышеупомянутой работе.

Пространственное распределение рассеяния высококогерентного излучения в анизотропной среде носит периодический характер, что вызвано интерференцией рассеянных обыкновенной и необыкновенной волн в объеме среды в направлении наблюдения. В случае низкокогерентного излучения пространственно-периодическая картина рассеяния локализуется в малую пространственную область, определяемую временем когерентности излучения.

Была построена математическая модель процесса при котором фемтосекундное излучение падает на кристалл так, что его волновой вектор нормален оптической оси, а электрический вектор ориентирован к оптической оси под углом /4. Объем среды равномерно заполнен малыми сферическими рассеивающими частицами, которые описываются элементарными излучателями в виде диполей с присущей им диаграммой направленности. Пространственная зависимость интенсивности рассеяния в направлении наблюдения, перпендикулярном направлению распространения волнового пакета для фемтосекундного импульса с гауссовой формой огибающей даетсая выражением:

, (1)

где R – угол между оптической осью и направлением наблюдения, у – путь, пройденный в кристалле, n – индуцируемый показатель двулучепреломления, - ширина спектра, 0 – центральная частота излучения, m – коэффициент, определяющий долю переизлученного (рассеянного) излучения, А – константа, определяющая амплитуду импульса.

Из данной зависимости можно определить период пространственной модуляции интенсивности рассеянного излучения и его время когерентности. Однако данной информации недостаточно для полноценного описания поглощения поля центрами люминесценции в среде. Полученное в ходе работы выражение для спектрального распределения рассеянного излучения,

, (2)


Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.