авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< 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:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |

«РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ПРОГРАММА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРЕЗИДИУМА РАН № 13 «ЭКСТРЕМАЛЬНЫЕ СВЕТОВЫЕ ПОЛЯ И ИХ ...»

-- [ Страница 5 ] --

5. С.Н. Багаев, В.В. Осипов, В.А. Шитов, С.М. Ватник, К.Е. Лукьяшин "Синтез керамической активной Nd:YAG лазерной среды", Оптика атмосферы и океана. 2012. Т. 25, № 3. С. 210-215.

6. В.В. Лисенков, В.В Осипов "Численное моделирование воздействия излучения импульсного СО2 – лазера на мишень из тугоплавких оксидов", Оптика атмосферы и океана. 2012. Т. 25, № 3. С. 216-220.

Проект 6.3. Создание оксидных керамических лазерных элементов с использованием микроволнового нагрева (Руководители проекта: С.В. Егоров, ИПФ РАН, Е.М. Гаврищук, ИХВВ РАН) Разработан процесс создания лазерной керамики состава Yb:(LaY)2O3. Для получе ния нанопорошков оксида иттрия был использован разработанный авторами метод само распространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) из ацетатонитратных ком плексов. Порошки компактировались одноосным прессованием в пресс-формах 13 мм.

Было определено влияние давления прессования, введения пластификаторов, предвари тельного диспергирование порошка, а также количества сорбированных воды и углеки слого газа, на однородность распределения плотности компактов. Компакты спекались при нагреве микроволновым излучением на гиротронном комплексе, работающем в не прерывном режиме на частоте 24 ГГц с выходной мощностью до 7 кВт.

Было показано, что добавка оксида лантана значительно влияет на светопропускание получаемой керамики. Для этого был синтезирован ряд порошков оксида иттрия с добав кой оксида лантана от 0 до 17.5мол.%, которые компактировались и спекались в одинако вых условиях. Как видно из рис. 1 и рис. 4 наилучшие оптические свойства имеют образ цы, содержащие 10мол.% La2O3.

Рис.1. Внешний вид образцов оксида иттрия с содержанием оксида лантана от 0 до 17,5% (слева направо) Рис. 2. Фотографии сколов прессовок, полученных из порошков с различной подготовкой к прессованию Для получения данных о микроструктуре прессовок был разработан способ оценки однородности распределения плотности в компактах методом оптической микроскопии с введением контрастного вещества.

Для компактов, полученных из порошков непосредственно после СВС, наблюдается неравномерность окраски в направлении перпендикулярном оси прессования (см. рис 2а).

Добиться уменьшения неоднородности распределения красителя можно подбором содер жания сорбированной влаги воздуха (см. рис. 2б). Тем не менее, до конца избавиться от таких градиентов окраски не удатся. При использовании порошков, подготовленных к прессованию диспергированием в ультразвуке с введением пластификатора, удается до биться отсутствия протяжнных дефектов перепрессовки. На рис. 2с в показана однород ная микроструктура скола компакта, полученного прессованием при давлении 7 т/см2 по рошка с 2.5% стеариновой кислоты.

Прессовки отжигались в муфельной печи при Т = (9001000)°C. С целью удаления возможных остатков связки и адсорбантов прессовки нагревались СВЧ-излучением до Т = 7000 С на воздухе, после чего СВЧ камера откачивалась и дальнейший нагрев до темпера туры спекания 17700С происходил в вакууме при давлении 10-5 Toрр. Скорость нагрева в высокотемпературной области спекания варьировалась в интервале (2…6)0С/мин, время спекания от 2 до 10 часов. Спеченные образцы полировались с обеих сторон алмазным порошком. Лучшие оптические свойства (пропускание ~ 78%, Рис. 3) имели образцы, из готовленные из порошков с добавкой 2,5% стеариновой кислоты при давлении прессова ния 7т/см2. При меньшем количестве связки либо ее отсутствии, и большем давлении прессования происходило растрескивание спекаемого материала. На керамическом диске состава Yb0.05(La0.1Y0.9)2O3 в линейном резонаторе получена генерация на длине волны 1.03 мкм с эффективностью 7,5%.

Рис. 3. Спектры пропускания Yb:(LaY)2O3– керамики с различным содержанием стеариновой кислоты в исходных порошках Исследован процесс получения алюмоиттриевого граната по модифицированному золь-гель методу: размол ксерогеля гидроксидов алюминия и иттрия, компактирование, прокаливание и последующее спекание. При прокаливании гидроксидов происходит зна чительная усадка компакта, за счт чего достигается плотность более 60% от рентгенов ской. Вакуумным спеканием при температуре 1780°С в течение 3часов образцов алюмо иттриевого граната легированных неодимом получены полупрозрачные образцы керамики Nd:YAG (рис. 4).

Совместно с Институтом электрофизики УрО РАН (М.Г. Иванов) разработана тех нология получения слабоагломерированных нанопорошков Yb3+:(LaxY1-x)2O3 лазерным испарением смеси оксидов.

Коммерческие порошки оксидов La2O3 (99,99% REO), Yb2O3 (99,99% REO), Y2O (ИтО–И) перемешивались в изопропаноле в базовом соотношении Yb2O3:La2O3:Y2O3 = 5:10:85 моль.%, а также в соотношении, отличающемся от базового на 1–5 моль.% по со держанию иттербия и лантана. После высушивания смесь порошков компактировалась в диски (60 мм диаметр, 20 мм высота), которые спекались в воздушной атмосфере, для полу чения мишеней, устойчивых к лазерной обработке. Испарение проводилось с помощью во локонного иттербиевого лазера ЛК–1 в режиме модулированного излучения, при средней мощности излучения 500 Вт. Средняя производительность процесса получения нанопорош ка составляла 25 г/ч. Микрофотография нанопорошка Yb3+:(LaxY1-x)2O3 приведена на рис. 5.

Рис. 4. Внешний вид образцов Nd:YAG, полученных по модифицированному золь-гель методу Рис. 5. Микрофотография полученного лазерной сублимацией нанопорошка Yb3+:(LaxY1-x)2O Были получены 5 партий нанопорошков Yb3+:(LaxY1-x)2O3 (MI-151 – MI-155, общий вес 300 г.) с разным содержанием иттербия и лантана. Удельная поверхность полученных нанопорошков, определенная по методу ВЕТ (TriStar 3000), составляла SBET=61,5–65 м2/г.

Рентгенофазовый анализ показал, что во всех полученных нанопорошках наджно иден тифицируется только одна фаза с моноклинной структурой типичной для Y2O3. После от жига нанопорошка при температуре 1200 °С удельная поверхность SBET снижается до м2/г. При этом во всех образцах наблюдается однофазный тврдый раствор на основе ку бической формы Y2O3.

Полученные нанопорошки использованы для магнитно-импульсного прессования в ИЭФ УрО РАН (г. Екатеринбург), СВЧ спекания в ИПФ РАН (г. Н. Новгород) и вакуум ного спекания керамики в ФИРЭ РАН (г. Фрязино). В настоящее время проводится иссле дование оптических свойств спечнных образцов.

Публикации и выступления на конференциях по результатам работ 1. S.S. Balabanov, Yu.V. Bykov, S.V. Egorov, A.G. Eremeev, E.M. Gavrishchuk, E.A. Khazanov, I.B. Mukhin, O.V. Palashov, D.A. Permin, V.V. Zelenogorsky, Transparent Yb:(YLa)2O3 ceramic by self-propagating high temperature synthesis (SHS) and microwave sintering, Optical materials, http://dx.doi.org/10.1016/j.optmat.2012.09. 2. Д.А. Пермин, Н.В. Пименова, Исследование гранулометрического состава ультратонких порошков Y2O3, Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2012. Т. 78. № 5. - С 41- 3. С.С. Балабанов, Е.М. Гаврищук, Д.А. Пермин, Синтез и свойства золей гидроксоацетата иттрия, Неорганические материалы. – 2012. Т. 48. № 5. - С 583- 4. V.V. Zelenogorsky, S.S. Balabanov, Yu. V. Bykov, S.V. Egorov, A.E. Eremeev, E.M. Gavrishchuk, I.B.

Mukhin, O.V. Palashov, E.A. Perevesentsev, D.A. Permin, Investigation of spectroscopic properties and laser oscillation of oxide ceramics manufactured with SHS-MS method, 7th Intern. HEC-DPSSL Workshop on High Energy Class Diode Pumped Solid State Lasers, September 12-14, (2012) Lake Tahoe, CA, USA 5. М.Г. Иванов, О.М. Саматов, И.В. Вьюхина, Получение нанопорошков с помощью волоконного иттербиевого лазера и их применение, VIII Межд. научно-практ. конф.

«Нанотехнологиипроизводству2012», 4-6 апреля, 2012, Фрязино, Тезисы докладов, с.46-47.

6. M. Ivanov, Laser synthesized nanopowders and use of them for ceramic fabrication, China-Russian Forum on Ferroelectric/Optical Materials and Applications (CRFFOMA-2012), Shanghai, China, April 23-28, 2012, Technical Program, p.13.

Проект 6.4. Поисковые фундаментальные исследования новых лазер-активных и нелинейных кристаллических материалов (монокристаллов и керамик) для лазеров с экстремальными генерационными параметрами (Руководитель проекта: А.А. Каминский, ИК РАН) В соответствии с планом 2012 г., исследования по проекту проводились по двум на правлениям, результаты которых опубликованы в 12 статьях. За последние годы разрабо тано много типов лазерных керамик, в том числе и участниками нашей программы. На их основе созданы лазеры с генерационными параметрами, привлекательными для решения ряда экспериментальных задач. Но круг всех возможных лазерных научных и прикладных применений этих керамик полностью еще не определен. Также важным остается откры тым вопрос о сравнительных лазерных "возможностей" одноименных керамик и монокри сталлов. Поиск новых активных кристаллических материалов и выявление их лазерного и нелинейно-лазерного потенциала, а также изучение их физических свойств и протекаю щих в них фундаментальных явлениях неизменно актуальны.

Первое направление наших исследований по проекту было нацелено на изучение ок сидных керамик. Их результаты опубликованы в семи статьях [1-7]. Здесь отметить, что основная часть из них была получена в кооперации с партнерами нашей программы из ИЛФ СО РАН [1,6] и ИРЭ РАН (отделения Москвы и Фрязино) [1,2,4,6], а также ИПФ РАН. Мы надеемся, что достигнутые в этих исследованиях фундаментальные знания об их механических (твердостных) и термооптических свойствах помогут усовершенствовать методы получения в нашей стране оксидных керамик и определить их разумное использо вание в различных типах лазеров, в том числе с экстремальными генерационными пара метрами. В [3] впервые было показано, что оксидная керамика Yb3+:Y2O3 может успешно использоваться в дисковых лазерах непрерывного действия и с синхронизацией мод. Так, с диодной накачкой (0.975 мкм) мощностью 140 Вт непрерывный Yb3+:Y2O3 (CYb 2%) керамический дисковый лазер генерировал на волне 1.031 мкм с выходной мощностью 50 Вт. На основе этой же керамики импульсный (f 90 Мгц) дисковый лазер с синхрони зацией мод резонатора излучал импульсы длительностью 550 фс со средней выходной мощностью 7.4 Вт. Также впервые в [2] были созданы керамический 1-мм микро-чип Yb3+:Y3Al5O12 (CYb 10%) лазер непрерывного действия с выходной мощностью 5 Вт (при мощности диодной накачки около 7 Вт) и импульсный (340 пс) микро-чип лазер с моду лированной добротностью резонатора на основе 2-мм "сендвича" из 1-мм керамических Y3Al5O12 пластин, одна из которых содержала генерирующие ионы иттербия, а другая мо дулирующие ионы хрома. Генерационные параметры этих керамических чип-лазеров бы ли сравнены с аналогичными параметрами монокристаллических Y3Al5O12 чип-лазеров с идентичными геометрическими и активаторными характеристиками. В проведенных экс периментах особого различия в параметрах этих керамических и монокристаллических лазеров не было выявлено. Но, потенциал первых может быть повышен путем совершен ствования существующих керамических технологий.

Поисковые исследования второго направления проекта привели к открытию новых ВКР-активных кристаллов, способных генерировать многокомпонентные стоксовы и анти-стоксовы многооктавные частотные гребенки ("comb''-ы), которые потенциальны для фурье-синтеза лазерных ультракоротких волновых форм (импульсов). Среди них C2h моноклинный (NH2CHOOH)2NHO3 [10], D4h -тетрагональный CaYAlO4 [12] и D4h 17 тетрагональный Gd0.5Lu0.5VO4 [11] кристаллы. В проведенных исследованиях также были обнаружены новые проявления (3)-лазерных свойств в известных ВКР-кристаллах, в D2h ромбическом арагоните (CaCO3) [9] и D3d -тригональном кальците (CaCO3) [8]. Найден ные условия возбуждения последнего обогатили его (3)-спектры новым ВКР прометирующим фононом, который идентифицирован как Eg-колебание его планарной группы [CO3]2-. В качестве пояснения результатов проведенных экспериментов, ниже приведены несколько фрагментов избранных "двухфононных" спектров (3)-генерации только кальцита и арагонита.

Фрагменты спектра (3)-генерации кальцита [8] Фрагменты спектра (3)-генерации арагонита [9] Они были получены при комнатной температуре в условиях умеренной по интен сивности пикосекундной накачке одномикронного Nd3+:Y3Al5O12 лазера.

Спектральная "ширина" показанных "comb''-ов составляет 12235 см-1 для кальцита и 14283 см-1 для арагонита, что несколько больше чем полторы октавы. Полная же протяженность спек тров (3)-лазинга этих кристаллов значительно шире и превышает две октавы. Это видно из ниже приведенных двух рисунков. Первый показывает УФ-фрагменты "однофонон ных" спектров кальцита (связанных с его "основными" ВКР-фононами SRS1 = 1086.5 см ), полученных в других экспериментальных условиях. Фрагменты (a-i) соответствуют разным поляризациям возбуждающего излучения (1.06415 мкм) пикосекундного ( 80 пс) Nd3+:Y3Al5O12 лазера. Нумерация линий здесь дана только для анти-стоксовых компонент, спектральное положение которых не зависит от поляризации возбуждающего лазерного излучения. В проведенных исследованиях мы обнаружили проявление других (3) нелинейных эффектов в кальците.

УФ-фрагменты однофононных спектров (3)-генерации кальцита [8] Линии на этом рисунке с указанием длины волны свидетельствуют об эффективных параметрических четырехволновых процессах в этом кристалле. Фрагменты (h,g) указы вают на генерацию 3-й гармоники от накачки (p = 1.06415 мкм), а фрагменты (d,f) – так же 3-й гармоники от первой (St1 = l.2033 мкм) и второй ((St2 = 1.3843 мкм) стоксовых компонент соответственно. Другие линии на приведенных спектрах указывают на "(3) параметрику" с участим излучения накачки, стоксовых и анти-стоксовых компонент (см., детали в [8]). Здесь добавим, что в условиях возбуждения случая (i) спектральная протя женность лазерного (3)-"comb"-a превышает две октавы ( 25310 см-1).

Следующий рисунок показывает фрагменты "полных" спектров однофононного (SRS1 1087 см-1) (3)-лазинга арагонита, которые получены также с одномикронной (p = 1.06415 мкм) пикосекундной накачкой, но в условиях разных геометрий возбужде ния нелинейной генерации. Кроме многокомпонентной стоксовой и анти-стоксовой гене рации в арагоните возбуждается 3-я гармоника с THG = 0.3547 мкм от накачки (см. фраг мент (а)) и параметрическая четырехволновая генерация (SFG = 0.3689 мкм) с участием накачки и ее первой стоксовой компоненты (St1 = l.2034 мкм). В этом случае спектраль ная протяженность лазерного (3)-"comb"-a составляет 22057 см-1, что несколько "шире" двух октав.

Фрагменты спектров "полной" однофононной (3)-генерации арагонита [9] Научной ценностью полученных спектров кальцита и арагонита (см. два первых ри сунка) является то, что они дополнили наши знания о кросс-каскадном (3)-лазинге – но вом фундаментальном нелинейно-лазерном когерентном фотон-фононным взаимодейст вии в кристаллах. Так, два ВКР-активных фонона SRS1 = 1086.5 см-1 и SRS2 282 см-1 в кальците и SRS1 1087 см-1 и SRS2 152 см-1 в арагоните, когерентно взаимодействуя друг с другом, а также с накачкой и ее cтоксовыми и анти-стоксовыми компонентами, возбуждают при определенной геометрии эксперимента (поляризация излучения накачки и ориентация кристаллов) (3)-генерацию на дополнительных длинах волн, существенно дополняя ее спектральный состав. Эти необычные спектрально-лазерные эффекты могут придать особые нюансы экспериментам по фурье-синтезу ультракоротких волновых форм (импульсов). Кросс-каскадные (3)-нелинейно-лазерые взаимодействия также представля ют особый интерес для физики твердого тела и нелинейной оптики.

Результаты измерений термооптических свойств лазерных керамик Y2O3, Sc2O3 и Lu2O3 представлены в отчете ИПФ РАН, с которым эти исследования проведены совместно.

В заключение коротко отметим. При выполнении работ по проекту в 2012 г. выявлен новый функционально-лазерный потенциал оксидных керамик Y2O3, Y3Al5O12 и Lu3Al5O12, активированных ионами Yb3+, а также Ba(Zr, Mg, Ta)O3 с ионами Nd3+. Откры ты и детально изучены три новых ВКР-активных кристалла (NH2CHOOH)2NHO3, Gd0.5Lu0.5VO4 и CaYAlO4. В кальците и арагоните обнаружены кросс-каскадные (3) нелинейно-лазерные эффекты и существенно расширены их стоксовы и анти-стоксовы ок тавные спектральные (3)-"comb"-ы. Полученные результаты опубликованы в 12 статьях.

Публикации и выступления на конференциях по результатам работ 1. S.N. Bagayev, Yu.L. Kopylov. I.M. Kotelyanskii, V.B. Kravchenko, and A.A. Kaminskii, "Simple method to join YAG-ceramics and crystals", Opt. Mater., 34, №4, 951 (2012).

2. J. Dong, G. Xu, J. Ma, M. Cao, Y. Cheng, K. Ueda, H. Yagi, and A.A. Kaminskii, "Investigations of continuous wave and Q-switched microchip laser characteristics of Yb:YAG ceramics and crystals", Opt. Mater., 34, №6, 959 (2012).

3. M. Tokurakawa, A. Shirakawa, K. Ueda, T. Yanagitany, K. Beil, C. Krankel, G. Huber, and A.A. Kaminskii, "Continous wave and mode-locked Yb3+:Y2O3 ceramic thin disk laser", Opt. Express, 20, №9, 10847 (2012).

4. A.A. Каминский, А.В. Таранов, Е.Н. Хазанов и М.Ш. Акчурин, "Ообенности структуры диэлектрических лазерных оксидных керамик", Квантовая электроника, 42, №10, 880 (2012).

5. H. Nakao, A. Shirakawa, К. Ueda, A. Kuretake, N. Tanaka, Y. Kintaka, K. Kageyama, H. Yagi, T. Yanagitani, and A.A. Kaminskii, "Investigation of the laser and optical properties of Nd3+:Ba(Zr,Mg,Ta)O3 ceramic, Nd3+(Na+):Ca2MgSi2O7 single crystal, and Yb3+:Lu3Al5O12 ceramic", Opt. Mater, (on line 25 June 2012).

6. S.N. Bagayev, A.A. Kaminskii. Yu.L. Kopylov, I.M. Kotelyanskii, V.B. Kravchenko, and V.A. Luzanov, "Single crystal growth in YAG ceramics of different stoichiometry", Opt. Mater, (on line 20 September 2012).

7. М.Ш. Акчурин, P.M. Закалюкин, и A.A. Каминский, "Лазерная керамика. Механизмы твердотельных реакций", Докл. РАН, 445, №2, 157 (2012).

8. L. Bohaty, P. Becker, H. Rhee, О. Lux, H. Rhee, H.J. Eichler, H. Yoneda, and A.A. Kaminskii, "Detection of a new SRS-promoting phonon mode and cross-cascade (3)-nonlinear lasing in single crystals of calcite (trigonal СаСО3)", Laser and Photonics Reviews, 6, №5, 690 (2012).

9. A.A. Kaminskii, H. Rhee, O. Lux, H.J. Eichler, V.V. Koltashev, R. Kleinschrodt, L. Bohaty, and P. Becker, "Stimulated Raman scattering and (3)-nonlinear lasing effects in single crystals of aragonite (orthorhombic СаСО3)", Laser Phys. Lett., 9, №4, 259 (2012).

10. A.A. Kaminskii, O. Lux, E. Haussuhl, H. Rhee, S. Haussuhl, H.J. Eichler, H. Yoneda, A. Shirakawa, K. Ueda, and J. Hanuza, "Di-glycine nitrate (NH2CHOOH)2NHO3 – a novel many-phonon SRS-active crystal: high-order Stikes and anti-Stokes generation, 3000 cm-1 Raman lasing shift, and cross-cascaded (3)(3)-nonlineaer interactions", Phys. Status Solidi (b) DOI 10.1002/pssb.201248273.

11. A.A. Kaminskii, О. Lux, H. Rhee, H.J. Eichler, H. Yoneda, A. Shirakawa, K. Ueda, B. Zhao, J. Chen, J. Dong, and J. Zhang, "Crystal-host Gd0.5Lu0.5VO4 for Ln3+-lasants: a new high-gain many-phonon (3)-active tetragonal vanadate – SRS spectroscopy and nonlinear-laser effects", Appl. Phys. В DOI 10.1007/s00340-012-5233-0.

12. A.A. Kaminskii, X. Xu, O. Lux, H. Rhee, H.J. Eichler, J. Znang, D. Zhou, and J. Xu, "High-order stimulated Raman scattering in tetragonal CaYAlO4 crystal-host for Ln3+-lasant ions", Laser Phys. Lett., 9, №4, 306 (2012).

Проект 6.5. Исследование диэлектрических, теплофизических и акустических потерь в материалах на основе твердых растворов YAG:Re (Руководитель проекта: Е.Н. Хазанов, ФИРЭ РАН) Сформулированы требования к структуре оптически прозрачной керамики на основе Y3Al5O12:Nd3+ с целью оптимизации (улучшения) теплофизических, акустических и лазер ных характеристик материала. Получены результаты измерений диэлектрических потерь в твердых растворах (Y1-cLuc)3Al5O12 (YAG:Lu) c = 0-1 в субмиллиметровом диапазоне час тот. Проанализирована природа собственных диэлектрических потерь и их связь с погло щением акустических волн и упорядочением кристаллической структуры.

Корреляция между диэлектрическими потерями в субмиллиметровом диапазо не и поглощением акустических волн в твердых растворах YAG:Lu.

Исследования диэлектрических потерь (ДП) в субмиллиметровом диапазоне элек тромагнитных волн в малопоглощающих диэлектрических материалах привлекает внима ние как в связи с созданием новых материалов, так и с увеличением мощности создавае мых на их основе устройств. При этом важным является вопрос о механизмах ДП и их минимальных значениях.

В ряде случаев ограничение электромагнитных потерь снизу обусловлено несобст венными потерями в решетке кристалла, связанными с примесями, дефектами, потерями на свободных носителях заряда. В работе [1] показано, что теоретический предел мини мальных потерь в рассматриваемом диапазоне обусловлен ангармонизмом решетки и оп ределяется многофононным поглощением в соответствующем идеальном кристалле – соб ственными решеточными потерями.

Из теории [1-3] следует связь между ДП и свойствами высокочастотных колебаний кристаллической рештки, включая поглощение акустических волн (АВ). В частности, малое поглощение АВ и высокая решточная теплопроводность являются важными кри териями материалов с низкими ДП в субмиллиметровом диапазоне частот. С другой сто роны, проблемы создания материалов с малыми ДП, высокой теплопроводностью и низ ким поглощением АВ имеют ключевое значение для физики диэлектриков, радиофизики, микроволновой техники. Поэтому экспериментальное исследование связи между указан ными диэлектрическими, теплофизическими и акустическими явлениями является весьма актуальным.

В работах [4,5] было обнаружено уменьшение поглощения АВ в твердых растворах (Y1-cLuc)3Al5O12 (c = 0-1) в интервале концентраций примеси замещения c = 0.2-0.3. В экс периментах по распространению слабонеравновесных тепловых фононов (НФ) в режиме диффузии в области He-температур, когда неупругими фонон-фононными процессами можно пренебречь, было обнаружено упорядочение структуры твердых растворов при концентрации c = 0.25 и резкое уменьшение рассеяния фононов тепловых частот [6].

Твердые растворы YAG:Lu являются идеальным «модельным» материалом для ис следований разного вида потерь, связанных с изменениями и особенностями структуры материала. Они обладают изначально малым поглощением АВ, изотропны, технологичны.

Возможность частичного или полного изоморфного замещения иона Y3+ близкими по ионным радиусам ионами редкоземельных металлов Re3+ (Y3+Re3+ ) позволяет в широ ких пределах изменять теплофизические и акустические свойства материала [5], что отве чает целям данной работы – исследованию диэлектрических потерь в твердых растворах (Y1-cLuc)3Al5O12 (c = 0-1).

В изоляторах и полуизоляторах ДП определяются потерями, связанными с ангармо низмом атомной рештки, который определяется членами высших порядков в разложении в ряд потенциальной энергии и дипольного момента рештки по смещениям атомов. В идеальных кристаллах в рассматриваемом диапазоне правилами отбора разрешены лишь многофононные процессы ДП электромагнитных волн. Собственные решточные потери (СРП) являются фундаментальной характеристикой материала. В частности, теоретиче ский минимум ДП при заданной температуре определяют двухфононные процессы [1-3].

В случае, когда фононы подчиняются классической статистике, т.е. температура доста точно высока, зависимость тангенса угла двухфононных ДП tg2 от ангармонизма и тем пературы T в первом приближении может быть записана как [1]:

tg 2 ~ 2 dl T, где 2dl эффективный параметр ангармонизма, определяющий СРП.

Проблема минимизации поглощения АВ в изначальном материале (матрице) теоре тически решена и подтверждена экспериментально в [4,5] на примере твердых растворов иттрий-редкоземельных алюминиевых гранатов (YAG:Re). Контролируемое изоморфное замещение ионов иттрия ионами редкоземельных металлов приводит к уменьшению по глощения АВ в СВЧ диапазоне. Поглощение продольных АВ определяется эффективной константой Грюнайзена 2aw, а ~ 2awT. При этом величина 2aw зависит от кон центрации редкоземельной примеси [4].

Решеточный ангармонизм, описываемый параметрами 2dl и 2aw, имеет одну и ту же природу. Таким образом, можно предположить, что в первом приближении эти ве личины пропорциональны 2dl ~ 2aw. Тогда СРП должы быть пропорциональны ко эффициенту поглощения АВ, т.е. tg2 ~.

Твердые растворы YAG:Re – материалы с контролируемым ангармонизмом кри сталлической решетки предоставляют уникальную возможность экспериментально изу чить взаимосвязь между ДП и поглощением АВ, что и является целью настоящей работы.

Образцы (Y1-cLuc)3Al5O12 (c = 0-1) представляли собой пластины толщиной 0.8-1.0 см и c поперечными размерами 1014 см. Измерения ДП (tg) проводились в интервале длин волн 1-0.6 мм при комнатной температуре в квазиоптической волноводной линии, со стоящей из восьми тефлоновых линз. Источником субмиллиметровых волн являлась пере страиваемая по частоте лампа обратной волны, приемником – криогенный InSb болометр, работающий при температуре жидкого гелия. Поскольку поперечный размер образцов был сравним с шириной пучка волны в квазиоптической линии, использовались различные апертуры для ограничения ширины пучка. Применение стандартной методики измерения диэлектрических параметров было затруднено из-за значительной толщины образцов (элек трическая длина более 10 длин волны), поэтому был применен нестандартный метод, осно ванный на измерении коэффициента прохождения, усредненного по частотному диапазону с использованием генератора качающейся частоты. Коэффициент поглощения вычислялся из величины усредненного коэффициента по известным формулам [1]. На рис.1а представ лены результаты измерений tg для длины волны 0.74 мм при температуре T = 300 K.

В реальных кристаллах с дефектами решетки возможен дополнительный вклад в ре шеточные ДП, связанный с однофононными ДП – tg1, определяемый решеточным разу порядочением (включая примеси) [6]. В отличие от многофононных ДП (включая СРП) такие ДП практически не зависят от температуры при 1, где – частота электромаг нитной волны, – среднее время жизни фонона. Такие процессы преобладают при доста точно низких температурах, когда исчезают многофононные ДП. Согласно [6], в акусти чески изотропной среде при n tg 1~ n(2vt-3 vl-3 ) ~, vt Где n – концентрация дефектов, vt и vl – поперечная и продольная скорости звука. В исследуемых гранатах ~1012 сек при T = 300K. Значение увеличивается при низких температурах, поэтому при ~2.51012 сек и T 300 K условие применимости 1 вы полняется с большим запасом. В этом случае однофононные ДП независимы от и пара метра ангармонизма и пропорциональны концентрации дефектов, т.е. tg1 ~ n/v t3. Немо нотонный характер зависимости tg1(с) может быть связан только с немонотонностью за висимости n(c), т.к. зависимости v t(c) и (c) согласно [7] монотонны.

Рис. 1. Концентрационные зависимости для образцов YAG:Lu:

а – tg для длины волны 0.74 мм T = 300 K.

б – относительная константа ангармонизма при T = 77 K в - коэффициент поглощения продольных АВ f = 2.5 ГГц T = 300 K.

Рис. 2. Концентрационная зависимость времени максимума фононного сигнала tm в твердых растворах YAG:Re, T = 2 K, L=0.4 см На рис. 2 приведены результаты экспериментов по распространению «тепловых»

импульсов в тех же кристаллах при гелиевых температурах [6]. Измеряемой величиной являлось время максимума фононного сигнала tm, распространявшегося в образце в режи ме диффузии. Зависимость tm(c) в условиях экспериментов определялась только концен трацией структурных дефектов, т.к. при гелиевых температурах фонон-фононными про цессами можно было пренебречь. Минимум кривой tm(c) соответствует «упорядочению» в твердых растворах при c=0.25. Этот факт был подтвержден независимыми ЯМР исследо ваниями [8]. Таким образом, при низких температурах (когда преобладают однофононные ДП) можно ожидать качественного совпадения концентрационных зависимостей ДП tg и tm, представленных на рис. 2 с минимумом при c=0.25 в отличие от зависимостей tg2(c) при T = 300K (рис. 1а), поскольку зависимость tg1(с) определяется структурными дефек тами, а не ангармонизмом.

Одной из серьезных инноваций последних лет является создание оптически про зрачной лазерной керамики на основе YAG:Nd. Такая керамика по своим спектрально генерационным свойствам не уступает монокристаллам, а по механическим и конструк ционным свойствам их превосходит [9]. В работах [10], посвященных анализу транспорт ных свойств фононов субтерагерцовых частот, показано, что в керамиках на основе YAG, синтезированных по технологии VSN (vacuum sintering nanotechnology), модифицирован ными методами химического осаждения и последующего вакуумного спекания [11] рас сеяние фононов субтерагерцовых частот сопоставимо с их рассеянием в монокристаллах.

Это означает, что развитая структура межзеренных границ (МГ) прозрачна не только для лазерного излучения, но и для акустических колебаний с длиной волны =10-20нм. Оче видно, что подходы, обсуждаемые в данной работе, могут быть реализованы и в керамике на основе твердых растворов YAG:Re. Так, исследования ДП в СВЧ-диапазоне в керамике AlN показали, что в отличие от рассеяния фононов тепловых частот, ДП практически не зависят от состояния МГ и определяются только структурой материала керамики [12].

Таким образом, выявлена прямая связь между ДП в субмиллиметровом диапазоне и поглощением АВ в СВЧ диапазоне. Из идентичности концентрационных зависимостей ДП, поглощения АВ и константы Грюнайзена (рис.1) следует, что ДП в YAG:Re при T = 300 K являются двухфононными СРП, связанными с решеточным ангармонизмом, кото рые соответствуют минимальным ДП для данного материала. Полученные результаты не сут важную информацию для теории ДП в кристаллах и связи с акустическими явления ми. С другой стороны, при низких температурах двухфононные СРП существенно умень шаются, и ДП определяются температурно-независимыми однофононными процессами.

Таким образом, можно ожидать, что при низких температурах концентрационная зависи мость ДП качественно совпадает с зависимостью tm(c), представленной на рис.2.

Следует также заметить, что минимальные потери электромагнитной энергии на блюдались при промежуточной концентрации твердого раствора, что предполагает новые подходы к разработке материалов с малыми потерями.

Цитируемая литература 1. B.M. Garin, A.V. Galdetskii // Optics and Spectrosc., 1981. Vol.50, p.540.

2. V.L. Gurevich. Transport in phonon systems. Amsterdam, 1986.

3. M. Lax, E. Burstein // Phys. Rev., 1955, Vol.97, No.1, pp.39-52.

С.Н.Иванов, В.В.Медведь // ФТТ, 1983, 25, 10, 2907- 4.

5. S.N. Ivanov // IEEE Trans. on Ultrasonics. Ferroelectrics and Frequency Control, 1992, Vol.37, No.5, pp.553 556.

6. B.M. Garin,// Sov. Phys. Solid State, 1990 Vol. 32, No.11, pp.1917- С.Ф.Ахметов, Г.Л.Ахметова и др.// ЖНХ 1977, XXII, 7.

8. P.I. Efitsenko, E.N. Nazarov, S.N. Ivanov et al,// Phys.Lett.A, 1999, Vol.147, No.2,3, p.135.

Lu J., Bisson J.F., Takaichi K. et al.//Appl.Phys.Lett. 2003.V.83. №6. P.1101.

9.

Таранов А.В., Хазанов Е.Н. //ЖЭТФ. 2008. Т.134. №3(9). С.595.

10.

11. Yanagitani T.;

Yagi H.;

Ichikawa M.// Japan patent No. 10-10133, 10-1014011, С.Н.Иванов, Л.М.Жукова, Я.М.Сойфер, Е.Н.Хазанов, А.В.Таранов // Неорг.мат., 2000, т.36, No.5, с.611 12.

614.

Публикации и выступления на конференциях по результатам работ 1. Б.М. Гарин, И.П. Никитин, А.В. Таранов, Е.Н. Хазанов Корреляция между диэлектрическими потерями в субмиллиметровом диапазоне и поглощением акустических волн в твердых растворах YAG:Lu. // Радиотехника 2012г. (в печати) 2. А.А.Каминский, А.В.Таранов, Е.Н.Хазанов М.Ш. Акчурин Особенности структуры диэлектрических лазерных оксидных керамик //Квантовая электроника, 2012 (в печати) Проект 6.6. Разработка элементной базы лазерных систем с экстремальными параметрами на основе оптических нанокерамик (Руководитель проекта: С.М. Ватник, ИЛФ СО РАН) Основной задачами работ 1-го этапа проекта «Разработка элементной базы лазерных систем с экстремальными параметрами на основе оптических нанокерамик» является раз работка и изготовление базового модуля накачки с непрерывной выходной мощно стью до 100 Вт на длине волны 808 нм, а также продолжение исследований генера ционных характеристик дисковых активных элементов из нанокерамик иттрий алюминиевого граната, активированного неодимом, с целью получения дифференци ального КПД генерации на уровне 30…50%.

В основе конструкции базового модуля накачки лежит принцип суммирования опти ческой мощности двух (и более) диодных линеек, излучение которых коллимировано как по «быстрой», так и по «медленной» оси. Внешний вид модуля представлен на Рис.1, ди одные линейки (слева и справа внизу) соединены последовательно и установлены на об щее медное основание - теплоотвод, охлаждаемый термоэлектрическими модулями Пель тье. Габаритные размеры модуля составляют (вместе с радиатором) 170х170х200мм, при близительно такие же размеры имеют блоки питания диодных линеек и система термоста билизации, обеспечивающая контроль температуры линеек в интервале 200…300 С с точ ностью не хуже 0.50 С, что позволяет производить температурную подстройку длины вол ны излучения линеек в пределах 3 нм.

Рис. 1. Внешний вид базового модуля накачки с Рис. 2. Дисковый активный элемент непрерывной выходной мощностью до 100 Вт на из 1%Nd:YAG керамики под накач длине волны 808 нм кой 30 Вт (непрерыв) В конструкции базового модуля предусмотрена возможность определенной коррек тировки формы пятна накачки в фокусе за счет сведения-разведения пучков излучения от каждой диодной линейки. В частности, при оптимальном сведении пучков пятно накачки в фокусе имеет симметричную форму, близкую к круговой, см. Рис. 1 и 2. Согласно про веденным измерениям, при оптимальном сведении пучков пятно накачки на выходе моду ля имеет диаметр 1.0 мм при числовой апертуре NA = 0.18, что в принципе позволяет лег ко организовать доставку излучения к активным элементам из лазерной нанокерамики по оптоволокну с диаметром световода 400-800 мкм. При необходимости, такая оптоволо конная доставка излучения накачки будет реализована на следующем этапе проекта.

В целом, в настоящий момент разработанный и изготовленный модуль накачки обеспечивает плотность мощности на уровне 10 кВт/см2 в пятне диаметром ~ 1 мм, что позволяет проводить полноценное тестирование активных элементов из лазерной наноке рамики для излучателей киловаттного класса.

Продолжаются работы по исследованию генерационных характеристик лазерных нанокерамик иттрий-алюминиевого граната, активированного неодимом, в том числе ста бильности оптический покрытий и металлизации на керамиках под воздействием излуче ния накачки и лазерной генерации с совокупной плотностью световой мощности на уров не 5…50 кВт/см2. В ходе исследований были подтверждены полученные ранее результаты по дифференциальной эффективности и порогам генерации керамик Nd:YAG, синтезиро ванных в Институте электрофизики УрО РАН.

Публикации и выступления на конференциях по результатам работ 1. S.N. Bagayev, V.V. Osipov, V.I. Solomonov, V.A. Shitov, R.N. Maksimov, K.E. Lukyashin, S.M. Vatnik, I.A.

Vedin - Fabrication of Nd3+:YAG laser ceramics with various approaches // Optical Materials, V. 34, 1482- (2012);

2. S. N. Bagaev, V. V. Osipov, V. A. Shitov, S. M. Vatnik, and K. E. Lukyashin - Synthesis of Ceramic Active Nd:YAG Laser Medium // Atmospheric and Oceanic Optics, V. 25, No. 4, 292–297 (2012) 3. С. Н. Багаев, В. В. Осипов, В. И. Соломонов, В. А. Шитов, С. М. Ватник, В. В. Платонов, К. Е.

Лукьяшин, А. Н. Орлов, Р. Н. Максимов, И. А. Ведин - Лазерная Nd3+:YAG керамика // Перспективные материалы №4, 18-28 (2012).

Проект 6.7. Широкоапертурные нелинейно-оптические элементы из водорастворимых кристаллов KDP и DKDP для управления параметрами лазерных комплексов петаваттного и экзаваттного уровня мощности (Руководитель проекта: В.В. Ложкарев, ИПФ РАН) Проект направлен на развитие уникальной отечественной технологии изготовления широкоапертурных нелинейно-оптических элементов - преобразователей частоты и ши рокополосных параметрических усилителей, являющихся ключевыми оптическими ком понентами для достижения рекордного на сегодняшний день мультипетаваттного уровня мощности. В рамках проекта были получены результаты:

1. Выращен опытный образец высокодейтерированного (более 97,5%) кристалла DKDP (80*50*80мм) методом роста из плоскостной затравки гранью призмы. (Рис. 1).

Кристалл обладает высокой оптической однородностью.

2. Осуществлены две экспериментальные постановки выращивания кристалла гра нью призмы из наклонной плоскостной затравки для получения элемента преобразования частоты.

Проведен корреляционный анализ структуры поверхности растущей грани широкоапер турного кристалла DKDP (центров роста, шероховатостей и долин) и тенеграммы дефек тов в объеме выросшей заготовки, в результате был выявлен предельный контраст дефек тов (вициальной секториальности) структуры растущей грани, вносящий вклад в образо вание оптических неоднородностей в объеме кристалла. Выдвинуто предположение о причинах образования Z – структур на тенеграммах (рис. 2), возникающих как следствие смены доминирующего центра роста.

Рис. 1. Высокодейтерированный KDP Рис. 2. Тенеграмма дефектной области 3. Разработана методика прецизионного кондиционирования раствора в реальном времени процесса скоростного роста монокристаллов KDP. Она может быть применена для кристаллизатора любого имеющегося в ИПФ РАН типоразмера. Кондиционирование проводится путем отбора с заданной скоростью пересыщенного раствора из кристаллиза тора, перегрева его на 20 - 30С, микрофильтрационной очистки, охлаждения его до рабо чей температуры (пересыщения) и возврата в ростовую зону кристаллизатора. Методика включает ультрамикроскопическую диагностику раствора.

4. Начаты исследования возможности ин тенсификации гидродинамического воздействия на растущую кристаллическую грань за счет из менения гидродинамической структуры струи помпового питателя. Проведены модельные экс перименты с визуализацией течений средствами техники PIV (Рис. 3). Показана техническая пер спективность методики подбора формы сопла для турбулизации струи питателя. Для определе ния оптимальной конфигурации питателя пред ложена методика прямого измерения его гидро механического воздействия посредством регист рации тепловых потоков, генерируемых им на исследуемой поверхности.

5. Создана автоматизированная система управления (рис.4) гидродинамики потоков в ростовой форме, позволяющая гибко регулировать параметры питания ростовой грани, а так же задавать заранее просчитанные профили оборотов помпы питателя, что в свою очередь позволит подобрать оптимальные параметры кинетического режима роста. Про ведена модернизация кристаллизатора объемом 450л для интегрирования АСУ.

Рис. 4. Интерфейс управляющей программы 6. Разрабатывается технология нанесения антиотражающих покрытий (просветле ния) на оптические поверхности кристаллов с помощью методов, основанных на химиче ских реакциях гидролитического разложения соединений. Из плнок, получаемых хими ческими методами, наиболее низкими значе ниями показателя преломления обладают плн ки некоторых фторорганических полимеров и плнки на основе оксида кремния. Благодаря тому, что плнки оксида кремния прозрачны для широкой области спектра, их используют в качестве просветляющих плнок для увеличе ния пропускания разнообразных материалов, в том числе кристаллов KDP и DKDP. Техноло гия их получения давно описана, но при этом показатель преломления их составляет 1,44 1,465 в зависимости от условий получения. Для получения просветляющего покрытия кристал лов KDP и DKDP необходимо, чтобы показа тель преломления покрытия был равен 1,22. Та кой показатель преломления может быть обеспечен за счт создания определнной порис тости плнки. Поэтому все наши усилия были сосредоточены на поиске оптимальных со отношений реагентов, принимающих участие в реакции образования золя. Исследовалось влияние соотношения аммиака (катализатора процесса) и воды на пористость плнки и размеры структур, е образующих. Размеры структур плнки исследовались на атомно силовом микроскопе "Смена" (Рис.5). Покрытие наносилось методом центрифугирования на обе оптические поверхности образци апертурой 50х50мм. Пористость плнки оценива лась по коэффициенту пропускания мощности оптического излучения в рабочем спек тральном диапазоне, измерения проводились на спектрофотометре СФ 256 УВИ (Рис.6).

7. Отрабатываются технологические примы подготовки 100-мм подложки под АМФ, а именно: среднее и тонкое шлифование кристаллического диска до толщины 0,7-0,8мм с клиновидностью не более 0,05мм, что абсо лютно технико-экономически целесообразно.

8. Развернуты работы по изготовлению вакуумных столиков из стеклянных шариков.

На сегодняшний день изготовлены макетные образцы малого диаметра. Технология спека ния требует доработки. Найден современный материал – пористая керамика Witte METAPOR, идеально подходящий для вакуум ного присоса тонких и хрупких материалов.

Материал отлично обрабатывается резанием (пригоден для лезвийной обработки микроразмерным инструментом), имеет общую по ристость 15% при среднем диаметре пор 15 мкм, что делает его весьма перспективным для применения в обработке сверхтонких кристаллических пластин методом алмазного микрофрезерования. Была приобретена пластина из этого материала, ведется подготовка к изготовлению опытного образца столика.

Публикации и выступления на конференциях по результатам работ 1. I.M. Pritula, A.V. Kosinova, D.A. Vorontsov, M.I. Kolybaeva, O.N. Bezkrovnaya, V.F. Tkachenko, O.M. Vovk, E.V. Grishina, "Peculiarities of the growth of KDP single crystals with incorporated aluminium oxyhydroxide nanoparticles", J. Crystal Growth, 355, 2632, 2012.

Проект 6.8. Большеразмерные нелинейно-оптические кристаллы группы боратов для параметрических каскадов усиления петаваттных и мультипетаваттных лазерных систем (Руководитель проекта: А.Е. Кох, ИГМ СО РАН, В.И.Трунов, ИЛФ СО РАН) С целью оптимизации методики выращивания кристаллов LBO ростовые экспери менты проводились на установке с возможностью создания неоднородных тепловых ус ловий на внешней стенке ростового тигля. Нижняя и средняя зоны нагревательной печи выполнены из 8 нагревательных элементов каждая. Верхняя зона служит для создания не обходимого осевого распределения температуры. Структурная схема ростовой установки представлена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема установки для выращивания кристаллов LBO Каждая зона управляется отдельным каналом терморегулятора. При этом параллель но нагревательным элементам нижней и средней зон подключены оптореле, управляемые коммутаторами нагрузки. Такая схема позволяет создавать динамически неоднородные тепловые условия на внешней стенке ростового тиля и таким образом инициировать кон вективные течения в раствор-расплаве с азимутальной компонентой скорости. Интенсив ность и направление течений наблюдается на морфологии растущих граней кристалла. В результате проведенных экспериментов были выращены высококачественные кристаллы LBO с возможностью изготовления из них нелинейно-оптических элементов с диаметром апертуры более 50 мм (рис. 2). На основании полученных данных предполагается созда ние ростовой установки для получения более крупных кристаллов LBO.

Рис.2. Высококачественный кристалл LBO весом 970 г Из выращенных кристаллов LBO для каскадов параметрического усиления с пикосе кундной накачкой мощной фемтосекундной лазерной системы, создаваемой в ИЛФ СО РАН, были изготовлены элементы с размерами 20х20х9.5мм и 30х3.5 мм. Для оценки требований на допустимые искажения волнового фронта таких кристаллов разработана модель на основе предположения, что отклонение волновой расстройки от синхронизма обусловлены флуктуациями оси кристалла (рис. 3).

2-й каскад 3-й каскад Энергия усиленного импульса, отн. ед.

1. 0. 0. 0. 0. 0. -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0. Отклонение от угла синхронизма, градусы Рис. 3. Изменение энергии усиленного импульса в зависимости от отклонения угла синхронизма Из данных на рис.3 следует что, для снижения энергии усиленного импульса не бо лее чем на 5%, неоднородность волнового фронта кристаллов не должна превышать 0. на втором каскаде и 0,2 на третьем. Искажения волнового фронта в изготовленных эле ментах из LBO, измеренные с использованием интерферометра, не превышают 0.2.

Одним из ключевых факторов, определяющих реальную структуру и оптическое ка чество кристаллов, является выбор оптимального по своим свойствам растворителя. Наи более распространенными растворителями для выращивания кристаллов BBO в настоя щее время являются Na2O и составы в тройной системе BaO - B2O3 - Na2O, общая пробле ма которых - высокая вязкость раствор-расплавов. Выращивание крупных качественных кристаллов ограничено проявлением эффекта концентрационного переохлаждения, при водящего к потере устойчивости фронта кристаллизации и ячеистому росту некачествен ного материала.

Выращивание кристаллов BBO во фторидных системах, позволяющих снизить вяз кость раствор-расплавов, представляет большой интерес. Проведенные исследования по казали, что разрез BaB2O4 - NaF не является квазибинарным, как это считалось ранее. На данном разрезе существует область первичной кристаллизации нового тройного соедине ния Ba2Na3[B3O6]2F, образующегося вследствие химического взаимодействия между BaB2O4 и NaF. Соединение принадлежит к тройной взаимной системе BaB2O4-(NaBO2)2 (NaF)2-BaF2. С химическими процессами в расплаве связанно резкое падение коэффици ента выхода при росте кристаллов -BaB2O4 на разрезе BaB2O4 – NaF.

а б Рис. 4. Фотографии кристалла, выращенного в системе BaB2O4 -Ba2Na3[B3O6]2F из тигля диаметром 100 мм, масса кристалла 339 г (а) и его аксиального сечения (б) Проведено комплексное исследование разреза BaB2O4 - Ba2Na3[B3O6]2F, принадле жащего к тройной взаимной системе Ba, Na // BO2, F (BaB2O4-(NaBO2)2-(NaF)2-BaF2). По казана пригодность данной системы для выращивания объемных кристаллов -BaB2O4.

Отличительной особенностью выращивания кристаллов BBO в системе BaB2O4 Ba2Na3[B3O6]2F является высокое практическое значение коэффициента выхода, дости гающее 2.85 г/кг•С (рис. 4). Другой особенностью системы является постоянство (с точно стью до трех градусов) равновесной температуры начала кристаллизации в последовательных экспериментах. Это позволяет заключить, что данная система в незначительной степени под вержена характерным для фторсодержащих расплавов процессам пирогидролиза.

Публикации и выступления на конференциях по результатам работ 1. T.B. Bekker, P.P. Fedorov, and A.E. Kokh. The Ternary Reciprocal System Na, Ba // BO2, F // Crystal Growth & Design. 2012. V. 12. No. 1, pp. 129-134.

2. Т.Б.Беккер, А.Е.Кох, П.П.Федоров, С.Ю.Стонога. Исследование фазовых равновесий и выращивание кристаллов -BaB2O4 в системе BaB2O4 – Ba2Na3[B3O6]2F // Кристаллография. 2012. Т. 57. № 2. C. 376 380.


3. Беккер Т.Б., Федоров П.П., Кох А.Е. Фазообразование в системе BaB2O4- BaF2 // Кристаллография.

2012. Т. 57. №4. С. 643-647.

4. T.B. Bekker, S.V. Rashchenko, V.V. Bakakin, Yu.V. Seryotkin, P.P. Fedorov, A.E. Kokh and S.Yu. Stonoga.

Phase formation in the BaB2O4–BaF2–BaO system and new noncentrosymmetric solid-solution series Ba7(BO3)4-xF2+3x.// CrystEngComm. 2012. V.14. pp. 6910-6915.

5. A.Kokh, V.Vlezko, K.Kokh, N.Kononova, Ph.Villeval, D.Lupinski. Dynamic control over the heat field during LBO crystal growth by high temperature solution method // J. Crystal Growth. V. 360. 2012. pp. 158-161.

6. S. N.Bagaev, V, I. Trunov, S. A. Frolov, E.V.Pestryakov, V.E.Leschenko, A.E. Kokh, V.A. Vasiliev Coherent combining of parametrically amplified femtosecond pulses, XV International conference on Laser Optics, LO 2012, St. Petersburg, Russia, June 25-29, 2012, Technical program, TuR1-07, p.16;

Summaries LO-2012 (СD) paper: r5_0481_Trunov.

Проект 6.9. Новые волоконно-оптические задающие генераторы предельно коротких лазерных импульсов с перестройкой по длине волны в ближнем и среднем ИК-диапазоне (Руководители проекта: С.В. Муравьев, ИПФ РАН, М.Е. Лихачев, НЦВО РАН) Волоконно-оптические источники фемтосекундных лазерных импульсов находят широкое применение в фундаментальных и прикладных исследованиях (нелинейная мик роскопия и спектроскопия, генерация терагерцового излучения, обработка материалов, прецизионная метрология, биомедицина и т.д.) благодаря таким преимуществам как ком пактность, стабильность, высокая мощность и отсутствие юстировок. Новым направлени ем в фемтосекундных волоконных системах является разработка широкополосных за дающих генераторов для различных мощных усилительных схем. Для решения этой зада чи лучше всего подходят тулиевые, иттербиевые и эрбиевые волоконные системы вслед ствие их высокой эффективности.

В ходе выполнения проекта были получены следующие экспериментальные результаты:

1. Продемонстрирована полностью волоконная схема усиления ультракоротких (УК) импульсов в области длин волн 1.56 мкм до высоких средних мощностей (1 Вт). Исполь зована схема, состоящая из задающего генератора УК импульсов (3.5 пс), стретчера (9.3 пс) и полностью волоконного усилителя, основанного на новом типе эрбиевых свето водов с накачкой по оболочке. Показана возможность получения длительности сжатых импульсов порядка 480фс при энергии в усиленном импульсе 26 нДж (средняя мощность составила 1 Вт). Используя нелинейное сжатие в световоде SMF28, было осуществлено дальнейшее уменьшение длительности импульса до 145 фс [1, 2]. На рис.1. показана экс периментальная схема, оптические спектры и автокорреляционные функции сигнала по сле усиления и сжатия.

Рис. 1. Вверху: экспериментальная установка;

внизу (слева направо): входной (пунк тир) и выходной спектры, автокорреляционная функция импульса на выходе (черная пунктирная кривая), после усилителя (синий пунктир) и после прохождения компрессо ра, спектр и автокорреляционная функция импульсов после нелинейного сжатия в све товоде SMF28 (для различных энергий импульса) 2. Экспериментально реализована полностью волоконная схема генерации и усиле ния фемтосекундного излучения в спектральной области вблизи 2 мкм на основе кварце вых световодов, легированных ионами тулия. Получена стабильная генерация в режиме непрерывной пассивной синхронизации мод в лазерах с линейной конфигурацией резона тора, а также содержащих нелинейное усиливающие кольцевое зеркало в качестве допол нительного быстрого модулятора излучения. Насыщаемыми поглотителями были полу проводниковый SESAM, а также одностенные углеродные нанотрубки. Управление дис персией групповой скорости (ДГС) внутри резонатора тулиевого лазера осуществлялось с помощью одномодового германо-силикатного световода с нормальной дисперсией и низ кими потерями в спектральном диапазоне вблизи 2 мкм. Получены лазерные импульсы минимальной длительностью 230 фс с максимальной энергией 2 нДж непосредственно на выходе задающего генератора.

Продемонстрировано усиление импульсов практически без искажения формы авто корреляционных функций интенсивности и спектров излучения (максимальная энергия при этом достигала 56 нДж). Наряду с этим показана возможность сжатия исходных им пульсов вплоть до длительностей короче 300 фс с одновременным их усилением [3,4]. На рис. 2. показаны автокорреляционная функция и оптический спектр сигнала на выходе усилителя.

1. 1. 0. 0. Intensity (a.u.) Intensity (a.u.) 0.50 0. 0.25 0. 0.00 0. -10 0 10 1900 1920 1940 1960 Delay (ps) Wavelength (nm) Рис. 2. Слева: автокорреляционная функция интенсивности усиленного импульса, справа: спектр излучения 3. Экспериментально продемонстрирована полностью волоконная система с плавной перестройкой по длине волны в области 0.9 – 1.1 мкм нано-джоульного уровня энергии, которая может быть использована в качестве задающего генератора в мощных иттербие вых и параметрических схемах. Схема экспериментальной установки показана на рис. 3.

Рис. 3. Схема эрбиевой волоконной системы с конвертором длины волны Установка состоит из эрбиевого волоконного генератора, эрбиевого волоконного предусилителя, акусто-оптического модулятора, мощного эрбиевого усилителя и нели нейного волоконного конвертора длины волны лазерного излучения. Лазерные импульсы генерируемые на длине волны 1,56 мкм с частотой повторения 50 МГц предварительно усиливаются, прореживаются до 5 МГц, а затем снова усиливаются до 70 мВт в оконеч ном каскаде усиления. Энергия импульсов на входе в нелинейный конвертор достигала нДж. Нелинейный конвертор длины волны лазерного излучения предсталяет собой корот кий отрезок высоконелинейного кварцевого световода длиной порядка 3-5 см, нелинейно стью порядка 10-20 Вт-1Км-1, уплощенным наклоном дисперсионной характеристики вто рого порядка и смещенным значением длины волны нулевой дисперсии в области 1,5 мкм.

Генерация ультракоротких оптических импульсов в одно микронной области возможна в нелинейном световоде в условиях сверх уширения спектра входных импульсов, излучения дисперсионных волн и фазового синхронизма дисперсионной волны с солитоном высоко го порядка. На рис.4. показана FROG спектрограмма, а также восстановленная форма и фаза оптического импульса.

Рис. 4. Восстановленный профиль интенсив ности импульса (сплошная кривая) и его фа за (пунктирная кривая). На вставке показана экспериментальная FROG – спектрограмма На рис.5. показаны оптические спектры излучения на выходе волоконного конверто ра с различными нелинейными световодами.

(а) (б) Рис. 5. а) спектр сигнала на выходе нелинейного световода с нулем дисперсии на длине волны 1.5 мкм;

б) спектр сигнала на выходе нелинейного световода с нулем дисперсии на длине волны 1.45 мкм Экспериментально показано, что возможна генерация лазерных импульсов длитель ностью 30-40 фс с энергией порядка одного нано джоуля.

Публикации и выступления на конференциях по результатам работ 1. D. A. Gaponov, L. V. Kotov, M. E. Likhachev, M. M. Bubnov, A. Cabasse, J.-L. Oudar, S. Fevrier, D. S.

Lipatov, N. N. Vechkanov, A. N. Guryanov, and G. Martel, "High power all-fibered femtosecond master oscillator power amplifier at 1.56 m," Opt. Lett. 37, 3186-3188 (2012).

2. Л.В. Котов, Д.А. Гапонов, М.Е. Лихачев, М.М. Бубнов, Д.С. Липатов, А.Н. Гурьянов, Н.Н. Вечканов, A.

Cabasse, J.-L. Oudar, G. Martel, "Усиление до высокой средней и пиковой мощности ультракоротких импульсов в эрбиевых световодах с накачкой в оболочку", Российский семинар по волоконным лазерам, г. Новосибирск, 27-30 марта, с. 122-123 (2012).

3. А.А. Крылов, М.А. Чернышева, Д.С. Черных, А.К. Сенаторов, И.М. Тупицын, П.Г. Крюков, Е.М. Дианов, "Мощный тулиевый волоконный лазер с внутрирезонаторным управлением дисперсией", Квант.

электроника, 2012, 42 (5), 427–431.

4. M.A. Chernysheva, A.A. Krylov, P.G. Kryukov, and E.M. Dianov, “Nonlinear Amplifying Loop-Mirror-Based Mode-Locked Thulium-Doped Fiber Laser”, IEEE Photonic Technology Letters, v.24 N14, 1254-1256 (2012).

5. E.A. Anashkina, A.V. Andrianov, M.Yu. Koptev, V.M. Mashinsky, S.V. Muravyev, and A.V. Kim, Generating tunable optical pulses over the ultrabroad range of 1.6-2.5 µm in GeO2 - doped silica fibers with an Er:fiber laser source, Optics Express, 19 November 2012 / Vol. 20, No. 24 / OPTICS EXPRESS 27102- 6. E.A. Anashkina, A.V. Andrianov, S.V. Muraviev, M.Yu. Koptev, and A.V. Kim, “All-fiber erbium laser system for producing tunable optical pulses in the range of 1.7-2.5 µm with GeO2-doped fibers,” Europhysics Conference Abstract Volume 36 E, ISBN: 2-914771-78-9, paper TuP.30 (2012).

Проект 6.10. Времяразрешнная спектроскопия и оптическая диагностика полупроводниковых материалов для источников ближнего и дальнего ИК диапазонов (Руководитель проекта: З.Ф. Красильник, ИФМ РАН) 1. Cпектрокинетические свойства гетероструктур с двойной квантовой ямой InGaAs/GaAsSb/GaAs.

Нами было проведено исследование спектрокинетических свойств гетероструктур с двойной квантовой ямой InGaAs/GaAsSb/GaAs [1,2]. Исследовавшиеся в работе структуры In0.2Ga0.8As/GaAs0.8Sb0.2/GaAs были выращены методом газофазной эпитаксии из металло рганических источников (МОСГФЭ). Толщины слов InGaAs и GaAsSb состовляли 5 нм.


Для сравнительного исследования была выращена структура с одиночной КЯ GaAs0.80Sb0.20/GaAs с теми же параметрами (рис. 1).

Структура InGaAs/GaAsSb/GaAs демонстрировала в 2.5 раза более интенсивную ФЛ чем структура GaAsSb/GaAs, положение максимума пика ФЛ для КЯ InGaAs/GaAsSb/GaAs смещено в длинноволновую область (примерно на ~100 мэВ)) по сравнению КЯ GaAsSb/GaAs.

Были исследована кинетика ФЛ струк- туры In0.2Ga0.8As/GaAs0.8Sb0.2/GaAs. При тем PL signal, arb. un пературе 4 К и малой мощности возбуждения время спада сигнала ФЛ составляло 9 нс, что соответствует непрямым в пространстве пе- 100 mkW 4 mW реходам. При больших мощностях возбужде 58 mW ния ( 20 мВт) кинетика ФЛ приобретала до- вольно необычный вид. После быстрого спада (~ 1 нс) сигнала ФЛ наблюдался участок мед- 24 6 8 ns ленного роста сигнала с последующим спа дом на временах порядка 9 нс. Рис. 1. Осциллограммы сигнала ФЛ в Наблюдавшийся эффект определяется структуре In0.2Ga0.8As/GaAs0.8Sb0.2/GaAs при зависимостью энергии электронных и дыроч- 77 К, в области основного перехода (988 нм) ных уровней от распределения неравновес- при различной мощности накачки ных носителей по уровням (рис. 2). Поясним, при возбуждении КЯ InGaAs/GaAsSb/GaAs происходит пространственное разделение зарядов, электроны захватываются в яму In GaAs, а дырки в яме GaAsSb. При этом, вследствие кулоновского взаимодействия, увели чивается изгиб зон на границе InGaAs/GaAsSb и происходит выталкивание электронного (главным образом) и дырочного уровней тем сильнее, чем больше концентрация носите лей в КЯ (рис. 2б). При дальнейшем увеличении концентрации носителей основные со стояния для электронов и дырок оказываются полностью заполненными и далее происхо дит заселение следующих уровней в КЯ, которые уже не являются локализованными в разных ямах InGaAs и GaAsSb. Эти носители (главным образом дырки) начинают экрани ровать поле пространственно разделнных носителей расположенных на основных со стояниях и, таким образом уменьшают изгиб зон и, соответственно, уменьшают энергию основного перехода (рис. 2в).

Рис. 2. Схема зонной диаграммы и оптических переходов в гетероструктуре InGaAs/GaAsSb/GaAs при различных степенях заполнения электронных и дырочных состояний. а) малое количество носителей на основных состояниях, б) - большое ко личество носителей на основных состояниях Вследствие кулоновского взаимодейст вия, увеличивается изгиб зон на границе InGaAs/GaAsSb. в) - заполнены основные (локализованные в разных ямах) и неосновные (слабо или делокализованные) со стояния. Носители на возбужднных состояниях (главным образом дырки) начина ют экранировать поле пространственно разделнных носителей расположенных на основных состояниях и, таким образом уменьшают изгиб зон 2. Исследований спектров и кинетики релаксации межзонной ФЛ в ближнем ИК диапазоне гетероструктур GaAs/AlGaAs ККЛ терагерцового диапазона.

Был проведн цикл исследований спектров и кинетики релаксации межзонной ФЛ в ближнем ИК диапазоне гетероструктур GaAs/AlGaAs ККЛ терагерцового диапазона [3].

Были исследованы две структуры #750 и #751, «сконструированные» для генерации в об ласти 4.4 и 5.2 ТГц соответственно. Структуры содержали двести каскадов, каждый из ко торых состоял из двух туннельно-связанных КЯ. Был выполнен расчет энергетического спектра, волновых функций электронов и дырок, спектров люминесценции в структурах в отсутствие электрического поля.

При малых мощностях возбуждения время нарастания ФЛ составляло 65 пс и 25 пс, время спада 200 пс и 50 пс, для структур #750 и #751 соответственно. При увеличении мощности накачки свыше ~ 9 мВт происходило резкое изменение формы кинетических кривых: наблюдалось сильное увеличение времени нарастания вплоть до 500 пс, и спада, до значений значительно больших, чем 1 нс (рис. 3, приведен график только для структу ры #750). Интересно, что обычно, при увеличении мощности возбуждения в КЯ наблюда ется уменьшение времени нарастания ФЛ, в то время как, мы наблюдали обратную зави симость. Отметим также, что мощность, при которой происходит резкое изменение вре мени нарастания ФЛ (~ 9 мВт) значительно меньше мощности, при которой происходит изменение вида спектра ФЛ (~ 600 мВт). Увеличение времени нарастания сигнала ФЛ при надбарьерном возбуждении с увеличением мощности накачки мы связываем с подключе нием процесса диффузии носителей при заполнении КЯ расположенных ближе к поверх ности. В этом случае КЯ расположенные вблизи поверхности полностью «заливаются»

носителями и при дальнейшем увеличении мощности носители начинают диффундиро вать вглубь структуры и захватываются «удаленными» квантовыми ямами. Таким обра зом, именно диффузия, процесс гораздо более длительный чем межуровневая релаксация, определяет наблюдаемое время нарастания сигнала ФЛ.

1 PL Intensity, arb.units PL Intensity, arb.units 80 0. 70 1 e2 - hh 0.01 60 e2 - hl e3 - hl e4 - hh 1E- 0 200 400 600 750 760 770 780 790 nm t, ps Рис. 3. Кинетики ФЛ квантово-каскадной Рис. 4. Спектры ФЛ квантово-каскадных струк структуры #750 на длине волны 806 нм (со- тур #750 в различные моменты времени от на ответствует энергии перехода с нижнего чала импульса накачки (1 – 7,4 пс, 2 – 30 пс, 3 – электронного уровня на верхний уровень 100 пс). Мощность оптической накачки на дли тяжелых дырок) при различных мощностях не волны 730 нм составляла 600 мВт возбуждения (1 – 676 мВт, 2 – 9,3 мВт, 3 – 0,4 мВт, 4 – 5 мкВт). Длина волны возбуж дающего излучения 730 нм Было проведено измерение кинетики ФЛ, соответствующей переходам, как с основ ного, так и с возбужденных электронных уровней (кинетика ФЛ исследовалась при над барьерном возбуждении, длина волны возбуждения 730 нм). Исследования кинетики вре мяразрешенной фотолюминесценции дает возможность наблюдать особенности на кри вых сигнала ФЛ, связанных с люминесценцией при переходах между подзонами, отве чающими различным уровням размерного квантования КЯ, которые не видны при инте гральных измерениях спектров ФЛ. На рис. 4 представлены спектры ФЛ структуры #750, измеренные в различные моменты времени с начала импульса возбуждающего излучения.

Из графиков видно, что в момент времени 7,4 пс на спектре ФЛ присутствуют особенно сти, связанные с переходами, отмеченными на рисунке (согласно расчетам энергий и вол новых функций квантовых состояний электронов и дырок в пере КЯ). При этом на инте гральном спектре ФЛ наблюдался только пик вблизи 788,7 нм, связанный с переходом e2 hh2 и пик вблизи 802,5 нм, связанный с переходом e1 – hl1 (1.545 эВ) В момент времени 30 пс пики ФЛ, отвечающие переходам между возбужднными состояниями начинают «затухать», а в момент времени 100 пс исчезают все особенности, кроме перехода e2 - hh2.

Публикации и выступления на конференциях по результатам работ 1. С.В. Морозов, Д.И. Крыжков, В.Я. Алешкин, В.И. Гавриленко, Б.Н. Звонков, О.В. Вихрова, Ю.Г.

Садофьев, Исследование спектров и кинетики ФЛ гетероструктур с КЯ GaAsSb/GaAs и InGaAs/GaAsSb/GaAs в области 1-1.3 мкм, Нанофизика и наноэлектроника: Труды XVI международного симпозиума, Нижний Новгород, ИФМ РАН, 2012, т. 1, с. 316.

2. Морозов С.В., Крыжков Д.И., Гавриленко В.И., Яблонский А.Н., Курицын Д.И., Гапонова Д.М., Садофьев Ю.Г., Звонков Б.Н., Вихрова О.В., Определение оптическими методами типа гетероперехода в структурах с квантовыми ямами GaAsSb/GaAs с различной долей сурьмы, ФТП, 46, 11, 1402 (2012).

3. Крыжков Д.И., Морозов С.В., Гапонова Д.М., Сергеев С.М., Курицын Д.И., Маремьянин К.В., Гавриленко В.И., Садофьев Ю.Г., Диагностика квантовых каскадных структур оптическими методами в ближнем инфракрасном диапазоне, ФТП, 46, 11, 1440 (2012).

Проект 6.11. Сверхсильные локальные оптические поля для времяразрешенной спектроскопии и нанолитографии (Руководитель проекта: Ю.Е.Лозовик, ИСАН) Разработан новый метод лазерной нанолитографии, основанный на "написании" прерывистых нанолиний прыгающими металлическими кластерами. Изучена пере дача сигналов с помощью возбужденных фемтосекундными импульсами плазмо нов в этой системе.

Изучены фемтосекундные оптические отклики и коллективные возбуждения в гра фене и новых структурах на основе топологических изоляторов. Изучены спектры возбуждения и проявление экситонов и плазмонов в фемтосекундной оптической спектроскопии этих структур. Предсказан новый эффект - резонансно усиленный киральными экситонами эффект Фарадея в топологическом изоляторе.

Рассчитаны характеристики оптических систем на основе графена, их отклики на ультакороткие лазерные импульсы и оптимальные режимы для их использования в детекторах терагерцового излучения.

Разработан новый метод лазерной спектроскопии, сочетающий высокое, субволно вое пространственное разрешение, высокую чувствительность и спектральное раз решение. Метод основан на использовании вместо оптического микроскопа ближ него поля волоконного лазера вблизи порога генерации. Ближнее поле субволновой апертуры «активного» волокна используется для зондирования. Поглощение на ис следуемых объектах (атомах, молекулах, наноструктурах) при работе вблизи поро га генерации приводит к срыву генерации волоконного лазера. Изучены свойства исследуемой системы и анализ чувствительности метода.

Найдены законы дисперсии и условия возбуждения плазмонных поляритонов и по верхностных электромагнитных волн в графене и топологическом изоляторе, в том числе помещенных в оптическую микрополость. Проанализированы свойства свя занных спиновых и плазменных колебаний на поверхности топологического изоля тора.

Разработан оптимальный дизайн плазмонных сенсоров.

Изучен поляритонный лазер с учетом конденсации поляритонов, накачки и утечки фотонов из оптической микрополости. Детально разработано описание бозе конденсата экситонных поляритонов в оптической микрополости, основанное на рассмотрении поляритонного газа как двухкомпонентной системы- связанной сис темы конденсатов экситонов и фотонов оптической полости. Изучено поведение двухкомпонентного конденсата при наличии аксиально-симметричной экситонной ловушки. Исследованы стационарные вихревые решения в связанных конденсатах фотонов и экситонов. Получено аналитическое выражение для длин залечивания (размеров кора) вихрей в каждой компоненте. Показано, что в центре вихря в поля ритонном конденсате преобладает экситонная компонента. Исследована временная эволюция плотностей и фаз фотонной и экситонной подсистем в поляритонном га зе. Изучены коллективные свойства, топологические возбуждения и неравновес ные эффекты в системе поляритонов в оптической полости.

Разработан и реализован метод определения края подвижности носителей в неупо рядоченных материалах посредством техники фемтосекундной спектроскопии на качка фемтосекундным лазерным импульсом – зондирование широкополосным фемтосекундным импульсом с помощью детального изучения особенности време ни релаксации как функции длины волны зондирующего импульса.

Изучено аномальное прохождение электромагнитной волны через массив субвол новых щелей в металлической пленке. Проанализированы возможные механизмы, ответственные за данный эффект. Изучена роль поверхностных и локализованных вдоль щелей плазмон-поляритонов. Построена теоретическая модель, учитываю щая проникновение поля в реальный металл. Приведено сравнение спектров про пускания для теоретической модели, полуаналитической модели, основанной на формуле Фабри-Перо, и результатов численного моделирования решения уравне ний Максвелла во временной форме (методом FDTD) для пленок из серебра и иде ально проводящего металла с различными геометрическими параметрами.

Изучено прохождение света через структуру, состоящую из двух одинаковых ме таллических плнок удаленных на некоторое расстояние друг от друга. Подавление прохождения на определенных длинах волн связано с возбуждением поверхност ных плазмон-поляритонов в одиночном массиве щелей и в структуре, которая со стоит из нескольких периодических массивов отверстий в пленках. Подавление прохождения наблюдается на длинах волн, соответствующих дисперсионному уравнению поверхностных плазмон-поляритонов в диэлектрическом зазоре между двумя металлическими плнками. При этом волновое число кратно вектору обрат ной решетки массива.

Изучено прохождение света через комбинированную структуру, включающую в себя две различные металлические плнки, прилегающие вплотную друг к другу. В случае периодической структуры, состоящей из массивов субволновых щелей в толстых пленках, которые расположены вплотную к сплошной тонкой пленке, ис следование показало, что длина волны каждого пика в коэффициенте прохождения определяется одной из двух периодичностей. В области длин волн, соответствую щих возбуждению поверхностных плазмон-поляритонов, возникают и минимумы, и пики прохождения. Эффективность прохождения щелевой моды верхнего масси ва через тонкую пленку превышает эффективность прохождения плоской волны через ту же тонкую пленку.

Исследована возможность создания оптических приборов, в которых могут рас пространяться собственные волны различных типов, в том числе с небольшим за туханием и малой длиной волны. В частности, рассмотрена структура, состоящая из слоев диэлектрика и металла, в которой могут распространяться плазмонные волны. Существование плазмонных волн в данной структуре приводит к принци пиальной возможности реализации сверхтонких оптических элементов (линз, фильтров, оптических покрытий, резонаторов, дефлекторов и т.д.), толщина кото рых значительно меньше длины волны излучения в свободном пространстве. Дан ные свойства сверхтонких оптических элементов обусловлены малой длиной волн, распространяющихся в данных структурах, по сравнению с длиной волны света.

Численные результаты имеют наглядную физическую трактовку на основе анализа собственных волн и хорошо согласуются с полученными аналитическими выраже ниями.

Найдены законы дисперсии и условия возбуждения плазмонных поляритонов и по верхностных электромагнитных волн в графене и топологическом изоляторе, в том числе помещенных в оптическую микрополость. Проанализированы свойства свя занных спиновых и плазменных колебаний на поверхности топологического изоля тора.

Для допированного монослоя и бислоя графена, помещенного в оптическую по лость, получены законы дисперсии верхней и нижней плазмон-поляритонных вет вей. Они могут быть использованы для высокоскоростной передачи информации по листу графена в терагерцовом диапазоне.

Рассмотрены эффекты турбулентности в нестационарной системе дипольных экси тонов.

Исследовано проявление в лазерной фемтосекундной спектроскопии экситонных возбуждений в нанотрубках. Рассчитаны различные типы экситонов на поверхно сти однослойной и двухслойной нанотрубок от радиуса нанотрубки и диэлектриче ской проницаемости окружающей среды.

Публикации и выступления на конференциях по результатам работ 1. N.S. Voronova, Yu.E. Lozovik, Excitons in cores of exciton-polariton vortices, Phys. Rev. B 86, (2012).

2. O. L. Berman, R. Ya. Kezerashvili, G. V. Kolmakov, Yu. E. Lozovik, Turbulence in a Bose-Einstein condensate of dipolar excitons in coupled quantum wells, Phys. Rev. B 86, 045108 (2012).

3. Efimkin D.K., Lozovik Yu.E., Sokolik A.A., Collective excitations on a surface of topological insulator, Nanoscale Research Letters 2012, 7:163 (2012).

A. Deinega, N. Voronova and Yu. Lozovik, Coulomb problem on single- and double-wall cylinders, J. Phys.:

Condens. Matter 24, 255301(2012).

4. O. V. Kotov, Yu. E. Lozovik, Cavity Plasmon Polaritons in Monolayer and Double Layer Graphene, Fullerenes, Nanotubes, and Carbon Nanostructures, 20:4-7, 563–568 (2012).

5. Ю. Е. Лозовик, Плазмоника и магнитоплазмоника на графене и топологическом изоляторе, УФН, 182, No.10, 1111–1116 (2012).

6. Nina S. Voronova;

Andrei A. Elistratov;

Yurii E. Lozovik, Coupled condensates of excitons and photons in the trap, J. Nanophoton. 6 (1), 061802 (October 30, 2012).

7. Yurii E. Lozovik, Igor A. Nechepurenko, Alexander V. Dorofeenko, Eugeny S. Andrianov, Alexander A.

Pukhov, Spaser Spectroscopy with Subwavelength Spatial Resolution, Phys.Rev.B (submitted).

arXiv:1208.3389v 8. D. K. Efimkin and Yu. E. Lozovik, Resonant manifestations of chiral excitons in magnetooptical Faraday and Kerr effects in topological insulator film, Phys.Rev.B (submitted), Code number: BV11799. Arxiv preprint arXiv:1208. 9. Babicheva V.E., et al., Plasmonic modulator based on gain-assisted metal-semiconductor-metal waveguide, Photonics and Nanostructures – Fundamentals and Applications. – 2012. – Vol. 10. – Pp. 389–399.

10. S.Belousov, M.Bogdanova, A.Deinega, S.Eyderman, I.Valuev, Yu. Lozovik, I.Polischuk, B.Potapkin, B.Ramamurthi, Tao Deng, V.Midha, Using metallic photonic crystals as visible light sources, Phys. Rev. B 86, 174201 (2012).

11. Babicheva V.E., et al., Plasmonic modulator optimized by patterning of active layer and tuning permittivity, Optics Communications. – 2012. – Vol. 285. – Pp. 5500–5507.

СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММА ПРЕЗИДИУМА РАН «ЭКСТРЕМАЛЬНЫЕ СВЕТОВЫЕ ПОЛЯ И ИХ ПРИЛОЖЕНИЯ»

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................................... НАПРАВЛЕНИЕ Мульти-петаватные и субэкзаваттные лазеры....................................................................... Проект 1.1. 10-петаваттный лазерный комплекс на основе сверхширокополосного усиления в кристаллах DKDP (Руководитель проекта: Е.А. Хазанов, ИПФ РАН)............................................ Проект 1.2. Разработка базовых принципов создания лазерной системы ультрарелятивистской интенсивности на основе когерентного сложения оптических полей с фазовой синхронизацией по оптическим часам (Руководители проекта: С.Н. Багаев, В.И. Трунов, ИЛФ СО РАН)................. Проект 1.3. Разработка ключевых технологий развития гибридных (твердое тело/газ) петаваттных систем видимого диапазона на основе фотохимических усилителей (Руководитель проекта: Л.Д. Михеев, ФИАН, ИСЭ СО РАН, МГУ)............... НАПРАВЛЕНИЕ Субпетаваттные лазеры с высокой частотой повторения импульсов............................ Проект 2.1. Разработка субпетаваттной фемтосекундной твердотельной лазерной системы с высокой средней мощностью (Руководители проекта: Е.В. Пестряков, В.В. Петров, ИЛФ СО РАН)......... Проект 2.2. Криогенный дисковый лазер с высокой средней (~1кВт) и пиковой (~1ТВт) мощностью для параметрической накачки мощного фемтосекундного лазера (Руководитель проекта: О.В. Палашов, ИПФ РАН).......................................... Проект 2.3. Разработка лазерной системы среднего ИК диапазона на основе параметрических усилителей для генерации мощных ультракоротких импульсов;



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

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.