Пикосекундные методы

Развитие лазерной техники, и в особенности методов получения нано- и пикосекундных импульсов когерентного излучения, поставило перед Ф. и. задачи разработки новых методов измерений, таких, как детектирование световых импульсов нелинейными кристаллами (см. Нелинейная оптика), применение функций корреляции высших порядков и др., а также задачи создания приёмников излучения с высоким временным разрешением и широким динамич. [c.353]

Рассмотренный в предыдущих параграфах широкий круг проблем, связанных с выявлением предельных возможностей оптических информационных систем, передачей солитонов на сверхдальние расстояния и т. д., предъявляет особые требования к точности математических методов описания соответствующих процессов. Традиционные прямые методы решения уравнений шредингеровского типа (сеточные и спектральные [50]) позволяют достоверно вычислять волновые поля на расстояниях, не превышающих нескольких дисперсионных длин. Сеточная дисперсия или искусственная периодизация решения приводит к появлению артефактов. Наибольшие трудности возникают при решении стохастических задач самовоздействия в дальнем поле Применительно к импульсам пикосекундного диапазона длительностей это соответствует сравнительно большим физическим расстояниям Lд l км (то 6 ПС, =1,5 мкм), но по мере перехода в фемтосекундный диапазон область достоверного моделирования быстро сокращается, так, при То=100 фс дисперсионная длина см. [c.220]

Комбинированная синхронизация мод. При использовании метода пассивной синхронизации мод пикосекундных лазеров достигаются меньшие длительности импульсов и большая стабильность параметров излучения, а при активной синхронизации мод — более высокие энергетические характеристики. Одновременное использование обоих подходов в схемах синхронной накачки пикосекундных лазеров приводит во многих случаях к оптимальным результатам [28]. [c.253]

Рис. 6.34. Схема экспериментальной установки для измерения временного поведения фазы пикосекундных импульсов методом динамической интерферометрии 1 — волоконный световод, 2 — дифракционная решетка, 3 — призма решеточного компрессора, 4 — линия регулируемой оптической задержки, 5 — интерферометр Маха — Цандера, 6 — эталон Фабри — Перо, 7 — коррелятор для измерения кросс-корреляционной функции динамической интерферограммы и сжатого импульса [М]

До сих пор при описании лазеров мы не обращали внимания на различия между обычными лазерами и пикосекундными лазерами не был также рассмотрен механизм, ответственный за формирование в лазере ультракоротких световых импульсов. В гл. 4—7 будут детально рассмотрены различные методы генерации пикосекундных импульсов. В данном и следующем разделах мы коротко обсудим общий принцип такой генерации. [c.91]

Как было показано в п. 3.1.2, ячейка Керра может быть использована для создания оптических затворов, время срабатывания которых достигает пикосекундного диапазона, если вместо внешнего электрического поля применить для переключения в соответствии с оптическим корреляционным методом ультракороткий световой импульс. [c.124]

Применительно к твердым телам методы пикосекундной люминесценции используются для исследования процессов дезактивации в молекулярных кристаллах (см., например, [9.22, 9.23]) дефектов и центров окраски в диэлектриках (см., например, [9.24, 9.25]), а также в полупроводниках [9.24]. [c.336]

Усовершенствованные схемы регистрации и особенно повышение частоты модуляции в канале возбуждения до 10 МГц повысило чувствительность измерений еш,е примерно на два порядка [9.37—9.39]. Это позволило создать установку для успешного измерения усиления при вынужденном комбинационном рассеянии в предельно тонких слоях. Установка аналогична изображенной на рис. 9.15. Возбуждающий и пробный импульсы в этом случае генерируются двумя лазерами на красителях с синхронной накачкой, разность частот генераций которых на-страивается на частоту комбинационного перехода. Так как при этих измерениях не ставится задача временного разрешения, а требуется лишь высокая чувствительность регистрации усиления, то в соответствии с этим выбирается оптимальное перекрытие возбуждающего и пробного импульсов. В тонком (мономолекулярном) образце более высокочастотные импульсы возбуждения вследствие эффекта вынужденного комбинационного рассеяния ослабляются, а более низкочастотные пробные импульсы, т. е. стоксовы импульсы, усиливаются. Мешающее люминесцентное излучение может быть подавлено медленной модуляцией длины волны излучения одного из лазеров на красителях. Этот л,ример отчетливо показывает, что пикосекундные динамические методы могут также с успехом применяться для решения задач статической спектроскопии. [c.344]

Пикосекундная спектроскопия с пробными импульсами завоевала широкие области применения, которые мы здесь лишь кратко перечислим. Для подробного ознакомления с этим вопросом мы отсылаем читателя к обширной литературе (особенно рекомендуем работы [16—20, 28] и цитированную там литературу). Метод спектроскопии с пробными импульсами может [c.345]

Еще большие возможности для спектроскопии молекул имеет процесс генерации суммарной частоты. Используя перестраиваемый источник ИК диапазона, с помощью ГСЧ можно получать колебательные спектры адсорбированных на поверхности молекул, что позволяет их идентифицировать. Обладая достаточно высокой чувствительностью при использовании для возбуждения пикосекундных лазеров, метод ГСЧ может стать одним из наиболее мощных аналитических методов изучения динамики поверхности и реакций, происходящих на поверхности. Как и процесс ГВГ, процесс ГСЧ позволяет определять среднюю ориентацию оси адсорбированных молекул. [c.235]

Фиг. 5.8. Измерение длительности пикосекундных импульсов по автокорреляционному методу с помощью ГВГ.

Пикосекундные методы в спектроскопии молекул, кристаллов и биологических систем. Материалы Международного симпозиума Сверхбыстрые процессы в спектроскопии , Таллин, 1978.— Таллин АН ЭССР, 1979. [c.351]

Лазеры широко используются в химической спектроскопии, где их роль сводится не только к стимулированию химических реакций, но и к определению характера их протекания. Импульсные лазеры применяются для фотолиза веществ, в котором участвуют микросекупдные и наносекундпые импульсы. Однако использование пикосекундных импульсов позволяет повысить разрешение системы на трн-четыре порядка и открывает новые возможности для исследования фотофизических процессов. Большая мощность излучения лазера может быть вложена в малый объем твердого тела, жидкой или газовой среды, вызывая эффект пиролиза. Это может быть использовано в области микроскопических исследований, а также для ускорения специфических реакций и других целей. При определенных условиях лазеры могут служить для возбуждения определенной степени свободы в потенциально реактивных молекулах, приводя их таким образом к селективно возбужденной химической реакции. Этот метод может быть использован для исследований реакций при воздействии на них тепловым источником. Новым применением лазеров в химии является фотохимическое разделение изотопов, при котором используются такие положительные моменты, как высокая интенсивность, узкая полоса излучения и возможность настройки лазера на определенную длину волны. Облучая систему атомов или молекул, среди которых имеются изотопные элементы с несколько смещенной линией поглощения, можно возбудить их селективно и известным способом отделить от общей системы. Таким образом удалось разделить изотопы водорода (дейтерия), бора, азота, кальция, титана, брома, бария, урана и т. д. [238]. [c.222]

ПИКОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ СПЕКТРОСКОПИЯ — совокупность методов оптич. спектроскопии, в к-рых используются световые импульсы пикосекундной ( 10" с) длительности. С получением ещё более, коротких импульсов (фемтосекундных, 10" ) П. и. с. развилась в фемтосекундную спектроскопию. ПИ-МЕЗОНЫ (л-мезоны, пионы) — группа сильно взаимодействующих элементарных частиц (адронов), в к-рую входят две противоположно заряженные (л" ", л") и одна нейтральная (п ) частицы. Пионы обладают массой, промежуточной между массами протона и электрона, в связи с чем и были названы мезонами (от греч. mesos — средний, промежуточный). Пионы являются связанными состояниями пар кварков и антикварков л" " образован парой (и, )-кварков, л" — парой й, d), в л в равных пропорциях входят (и, и)- и (d, )-пары кварков. [c.583]

С. разделяют также по методам возбуждения и наблюдения спектров. Широкое применение получили акустооптпческая С., когерентная С., G. насыщения, С, гетеродинирования, модуляционная С., много тонная С., фемто-и пикосекундная С., С. фононного эха, квантовых биений и др. методы лазерной спектроскопии. Существ. развитие получила фурье-С. с использованием фурье-спектрометров высокого разрешения. [c.625]

В первом эксперименте на длине волны 1,06 мкм [22] 60-пикосе-кундные импульсы были сжаты в 15 раз после прохождения 10-метрового световода и пары решеток Ь 2,5 м). В другом эксперименте [23] был достигнут коэффициент сжатия 45 использовались световод длиной 300 м и компактная дисперсионная линия задержки из пары решеток. Обычно в сжатых импульсах на 1,06 мкм значительная доля энергии переносится в несжатых крыльях импульса, поскольку для уменьшения оптических потерь обычно используют меньшие длины световодов, чем те, которые предписаны уравнением (6.3.5). Когда дисперсионные эффекты не проявляются до конца, только центральная часть импульса имеет линейную частотную модуляцию и энергия в крыльях остается несжатой. Для устранения этих крыльев применяется метод спектральной фильтрации [24]. При этом используется тот факт, что крылья содержат спектральные компоненты крайних частот спектра импульса их можно устранить, помещая диафрагму (или фильтр) рядом с зеркалом М, на рис. 6.2. На рис. 6.7 сравниваются автокорреляционные функции сжатых импульсов, полученные со спектральной фильтрацией и без нее [64]. Начальные 75-пикосекундные импульсы были сжаты до 0,8 пс в обычном волоконно-решеточном компрессоре при этом коэффициент сжатия был более 90. При использовании метода спектральной фильтрации крылья в сжатом импульсе были устранены, при этом длительность импульса увеличилась лишь до 0,9 пс. Данный метод был использован для генерации импульсов заданной фопмы за счет использования специального амплитудно-фазового экрана вместо обычной диафрагмы [63-65]. Кроме того, для этих целей можно также использовать [66] модуляцию по времени импульсов с частотной модуляцией сразу на выходе из световода (до прохождения пары [c.162]

Следующий крупный успех — прорыв в область пикосекундных масштабов времени (t 10 с) датируется 1966—1968 гг. В эти годы были предложены и реализованы методы синхронизации продольных мод лазеров и созданы первые пикосекундные лазеры на стекле с неодимом, генерировавшие импульсы с длительностями до нескольких пикосекунд (их стали называть сверхкороткими ) и мощностями 10 —10 Вт. В те же годы были предложены и впервые продемонстрированы методы нелинейно-оптического формирования и сжатия пикосекундных импульсов, запущены параметрические генераторы перестраиваемых по частоте пикосекундных импульсов, позволившие перекрыть видимый и инфракрасный диапазоны спектра. Таким образом, была продемонстрирована эффективность использования быстрой электронной нелинейности в пико- и субпикосекундной оптической технике. [c.9]

В последние годы значительное число исследований было направлено на разработку оптических методов возбуждения и регистрации все более коротких когерентных импульсов деформации [72—801. Во многом это связано с широкими перспективами практического применения этого бесконтактного, дистанционного метода для экспресс-диагностики различных веществ. Возбуждаемые с помощью лазеров акустические импульсы наносекундной длительности эффективно использовались для определения анизотропии модулей упругости [81] и распределения пространственного заряда в диэлектриках [82]. Создание оптических генераторов пикосекундных акустических импульсов открывает возможность измерения поглощения акустических волн гига- и терагерцевого диапазона частот [76—791, изучения упругих свойств [76, 78, 80], распределений дефектов и остаточных напряжений в пленках, измерения толщин тонких пленок [74, 77, 781. Однако у проводимых исследований, несомненно, есть и более фундаментальные цели. С одной стороны, это создание импульсных акустических спектрометров быстрых нестационарных процессов. С другой — исследования распространения когерентных акустических волн в условиях, когда существенно проявляется дискретная структура кристаллов. [c.160]

Как уже упоминалось в гл. 1, в принципе, временную линзу можно создать на основе электрооптического модулятора. Если речь идет о генерации пикосекундных или субпикосекундных световых импульсов, модулятор должен управляться пикосекундными электрическими импульсами. В самое последнее время были продемонстрированы возможности этой техники [2]. Осуществив быструю фазовую модуляцию непрерывного излучения аргонового лазера с последующей конверсией фазовой модуляции в амплитудную в диспергирующей линии задержки, авторы [2] получили импульсы длительностью 8 пс с частотой повторения 10 ГГц. Однако сейчас еще рано говорить о конкуренции такой техники с методами нелинейно-оптической компрессии. [c.172]

Вообще возникновение периодических шумовых пичков в полупроводниковых лазерах с внешним резонатором хорошо известно и используется для активной синхронизации мод и генерации пикосекундных импульсов при модуляции тока питания на частоте основной гармоники шумовых пичков (см. литературу в [20]). Однако описанный метод эффективен только при небольшом превьииении порога. Поэтому в [20] сначала записывалось обращающее зеркало нужной эффективности при большой мошности генерации, а затем она снижалась и в течение медленной релаксации решетки (1 мин) наблюдались Ш1чки с Д 100 пс. Достигнутый результат является чрезвычайно важным и с практической точки зрения в связи со все более широким использованием полупроводниковых лаэеров в линиях связи, оптических процессорах и др. [c.201]

Как следует из предыдущих разделов, в пикосекундном и особенно в субпикосекундном диапазонах производить измерения, основываясь на электронных и электронно-оптических методах, чрезвычайно трудно. Нелинейная оптика позволяет применить хорошо развитые методы и в особенности метод корреляционных измерений к предельно коротким световым импульсам. Только этим путем удалось измерить длительности импульсов первых лазеров с синхронизацией мод вскоре после их создания [3.9—3.13]. В качестве примеров таких методов мы рассмотрим генерацию второй гармоники и двухфотонную люминесценцию (о теоретических основах этих эффектов см [11, 30]). Кроме того, мы обсудим оптические затворы, основанные на эффекте Керра, индуцированном лазерным излучением. [c.117]

Вместо рассмотренной в предыдущем разделе синхронизации мод при модуляции внутренних потерь или оптической длины резонатора синхронизация мод может осуществляться путем модуляции усиления. Для этого в резонатор лазера вводится накачка в виде непрерывной последовательности импульсов, генерируемых другим лазером с синхронизацией мод (см. рис. 5.8). Если длина резонатора лазера достаточно близка к длине резонатора лазера накачки или кратна ей, то при определенных условиях усиление оказывается модулированным с периодом, равным времени полного прохода резонатора. Как и при модуляции потерь, короткий импульс в этом случае формируется за промежуток времени, соответствующий максимальному усилению. Длительность этого импульса при оптимальных условиях может быть на два-три порядка короче длительности импульса накачки. Наибольший практический интерес представляет применение метода синхронной накачки в лазерах на красителях, так как в лазерах этого типа используется преимущественно оптическая накачка, а их линии усиления весьма широки (величина А(0з2/2л лежит в пределах от 10 до 10 Гц). Лазеры на красителях допускают в определенном диапазоне плавную перестройку частоты в области максимума спектра излучения. Это достигается введением в резонатор частотно-селек-тивного оптического фильтра, в качестве которого могут быть использованы, например, эталон Фабри—Перо, фильтр Лио или призма. Ширина спектра пропускания этих фильтров, однако, не должна быть слишком мала, так как ее сужение может вызвать существенное увеличение длительности импульсов. По указанным причинам значение лазеров на красителях с синхронной накачкой в технике генерации пикосекундных и субпи-косекундных импульсов в последние годы все больше возрастает. По сравнению с лазерами на красителях с пассивной синхронизацией мод, которым посвящена следующая глава, синхронно накачиваемые лазеры имеют следующее преимущество для перестройки частоты их излучения может быть использована полная спектральная ширина лазерного перехода, тогда как при пассивной синхронизации полоса перестройки дополнительно ограничивается спектром линии поглощения насыщающегося поглотителя. [c.150]

Для измерения при помощи пробного излучения характерных времен релаксации энергии и фазы может быть использовано образование в образце решеток, возникающих при пространственном перекрытии двух световых импульсов, распространяющихся в разных направлениях. Это возможно как при моноимпульсном возбуждении, так и при возбуждении цугом импульсов. Первые исследования подобных решеток и их дифракционной эффективности для пробных импульсов проводились Степановым и сотр. [9.41]. В пикосекундной области этот метод впервые использовался Филлионом, Куизенгой и Сигма-ном [9.42]. [c.344]

Нелинейные оптические эффекты при взаимодействии излучения с веществом связаны с тем, что под действием мощной электромагнитной волны в веществе создаются наведенные ангармонические осцилляторы, при этом возникают новые спектральные компоненты с кратными или комбинационными частотами [4.40]. Известны нелинейное (многофотонное) поглощение света, нелинейное отражение и ряд других явлений. Для нелинейно-оптических методов диагностики твердого тела типично высокое быстродействие характерные длительности импульсов при возбуждении нелинейного отклика лежат в фемто- и пикосекундном диапазонах. Из-за сложности и больших размеров установок для наблюдения нелинейных эффектов эта область оптики пока мало применяется для термометрии твердого тела. [c.106]

В НЛО важную роль играют кратковременные процессы, особенно в связи с возбуждением пикосекундными лазерами. Для наблюдения таких процессов необходима соответствующая техника быстрой регистрации. Для субнаносекундной области оказывается применимой описанная в предыдущем разделе техника фотоэлектрической регистрации. Здесь мы опишем некоторые методы и вспомогательные средства, дополняющие фотоэлектрические методы регистрации и позволяющие достигать еще более высоких временных разрешений. [c.60]

Изобретение транзистора несколько десятилетий назад вызвало революцию в вычислительной технике и технике связи. Вычислительные машины дотранзисторной эпохи были громоздкими, неудобными и обладали низким быстродействием. Вычислительные машины на транзисторах значительно уменьшились в размерах, а их быстродействие увеличилось появилась возможность проводить обработку больших массивов цифровой информации. Наряду с этим быстрое развитие технологии электронных вычислительных машин начинает сдерживаться трудностями, возникающими ири передаче данных из одной части системы в другую. В отличие от этого оптические методы не предполагают проблем ири передаче информации. Вместе с тем уровень развития технологии оптических цифровых устройств значительно отстает от развития электроники. Тем не менее были разработаны оптические бистабильные и логические устройства, аналогичные транзисторам [1]. Транзистор— это устройство, в котором один поток электрических зарядов управляет другим потоком электрических зарядов. Аналогично в оптическом бистабильном устройстве один световой поток управляет другим световым потоком. Бистабильное устройство — это переключатель, который находится в состоянии включено , если устройство пропускает входящий свет, и выключено , если устройство блокирует свет. Бистабильные устройства имеют размеры порядка нескольких мкм . Они обладают быстродействием в пикосекундной области и обеспечивают высокую степень параллельности при выполнении операций. Ряд таких бистабильных устройств работает при комнатной температуре и потребляет при этом мощность всего в несколько милливатт. [c.52]

Рядом авторов были исследованы кольцевые структуры, образующиеся на поверхности Si, имплантированного ионами высоких энергий, под действием пикосекундных лазерных импульсов. Исследования методом комбинационного рассеяния показали, что внешнее кольцо является областью рекристаллизованного Si, а внутри него расположено кольцо аморфизованного материала. Простейшая расплавная модель не дает удовлетворительного объяснения этому факту. Действительно, в рамках этой модели аморфизация происходит в тех областях, где плотность энергии излучения мала и, следовательно, мала толщина расплавленного слоя, что приводит к высокой скорости остьгоания, превышающей скорость фронта кристаллизации. С этой точки зрения (в предположении гауссово го поперечного распределения интенсивности лазерного пучка) образование кристаллической области снаружи от аморфной представляет собой аномалию. [c.153]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...