Лазерный мир

Д.А. Козлов, Е.Ф. Мартынович // Сборник докладов и лекций VI Всероссийской школы-семинара «Люминесценция и сопутствующие явления» (Иркутск, 13 — 18 ноября 2000 г.), с: 141-150

Введение
Фемтосекундные лазерные импульсы, благодаря их малойпротяженности, могут обеспечить высокую пространственную селективность светового воздействия на различные среды. Задача данной работы состояла в изучении пространственного распределения интенсивности люминесценции кристаллов высшей и средней категории симметрии при её возбуждении встречными фемтосекундными импульсами. Возбуждению люминесценции кристаллов средней категории посвящена работа [2], поэтому в данной работе подробно рассматривается люминесценция кристаллов высшей категории симметрии.
Рассматриваются две схемы введения встречных импульсов в кристалл. В первой схеме оба импульса вводятся как идентичные (т.е. оба обыкновенные, либо оба необыкновенные для кристаллов средней категории и импульсы, электрические векторы которых лежат в одной плоскости для кристаллов высшей категории симметрии). Во второй схеме один импульс вводится как обыкновенный, другой как необыкновенный и импульсы, электрические векторы которых лежат в ортогональных плоскостях, для кристаллов средней и высшей категории симметрии соответственно.
Для кристаллов высшей категории симметрии рассматриваются различные способы ориентировки волнового вектора k возбуждающего излучения относительно кристаллической решетки (вдоль ребра, диагонали грани, диагонали куба). Во всех случаях системы координат выбрана так, что волновой вектор k вдоль оси y и перпендикулярен оси z. Рассматривается кристалл в форме плоскопараллельной пластинки толщиной l. Его входная поверхность совмещена с плоскостью xz и находится в точке y=0.
Как известно, центры люминесценции в кристаллах могут иметь различную природу и ориентацию. Рассмотрим здесь центры, у которых квантовые переходы, определяющие поглощение возбуждающего излучения, а также люминесценцию, описываются линейными
электродипольными осцилляторами. Направления диполей для поглощения и люминесценции выбираем одинаковыми, что реализуется в большинстве случаев. В качестве примера кристалла высшей категории возьмём кубический кристалл и для этого случая рассмотрим возможные ориентации таких осцилляторов. Эти картины показаны на рис. 2г, где цифрами 1-6 обозначены направления дипольных моментов, допускаемые законом симметрии для таких кристаллов.
Т.о. будут рассмотрены 6 вариантов условий взаимодействия встречных фемтосекундных импульсов с кристаллическими системами (1-6), показанных в таблице 1, и определяющих взаимную ориентацию волн (ортогонально, в одной плоскости) и ориентацию волнового вектора k относительно кристалла.

Обсуждение результатов
При взаимодействии компланарных встречных импульсов в рассмотренных вариантах 1, 3 и 5 наблюдается пространственная модуляция интенсивности возбуждаемой люминесценции с пространственным периодом равным половине длины волны λ излучения Эта картина принципиально не отличается для рассмотренных здесь ориентаций волнового вектора. Очевидной причиной модуляции интенсивности люминесценции в этих случаях является образование в кристалле стоячей волны в области пересечения встречных волновых пакетов, вследствие их интерференции. Интерференция имеет место, так как колебания электрических векторов лежат в одной плоскости и все условия для ее возникновения и образования стоячих волн выполняются.

Заключение
Использованная при расчетах в данной работе простая модель взаимодействия встречных фемтосекундных импульсов с кристаллами высшей категории симметрии, как и в случае кристаллов средней категории [2], выявляет три различных механизма пространственной селективности при возбуждении люминесценции. Во-первых, это –
селективность, связанная с обычным бугеровским затуханием возбуждающего излучения, которое изменяется в широких пределах изменением коэффициента поглощения света и привязано к входным поверхностям кристалла. Затем следует пространственная селективность, обусловленная формированием стоячей волны при интерференции в области перекрытия двух встречных импульсов. Она имеет два
характерных масштаба. Первый, мелкий, масштаб имеет порядок половины длины волны возбуждающего излучения, он определяется периодом образовавшейся стоячей волны. Второй масштаб – это размер области перекрытия встречных импульсов, он определяется шириной огибающей глубины модуляции интенсивности люминесценции, порядок величины этого масштаба — сτ. Третий, новый, механизм пространственно-селективного возбуждения люминесценции реализуется в условиях отсутствия интерференции встречных импульсов, возбуждающих люминесценцию, и без образования стоячих волн. Как и второй он характеризуется двумя масштабами: порядка половины длины волны, λ/2, и порядка сτ. Этот механизм реализуется за счет поглощения света на недиагональных компонентах парциальных тензоров линейной восприимчивости, связанной с ориентационными группами центров люминесценции, записанных в системе координат, построенной на главных осях тензора и электрической проницаемости кристалла. Такой механизм может быть реализован только для соответствующих квантовых систем, обладающих подобными парциальными тензорами восприимчивости.

Полное содержание статьи: http://www.llph.ru/library/2000/LLPH-2000.pdf