ИСТИНА

Основные цели и задачи работы: 1.Создание методов моделирования квазисинхронных нелинейно-оптических элементов с заранее заданным спектром терагерцового отклика. Расчет апериодически поляризованных структур для квазисинхронных процессов генерации и детектирования широкополосного и мульти-частотного терагерцового излучения. Экспериментальное исследование нелинейных функций передачи квазисинхронных структур методом спонтанного параметрического рассеяния света. Анализ параметров кристаллов с точки зрения задач генерации бифотонных полей и применения в терагерцовых схемах. 2. Экспериментальное исследование оптимальных условий генерации наносекундных терагерцовых импульсов в периодически поляризованных кристаллах. 3. Разработка методов нелинейно-оптического детектирования импульсного терагерцового излучения в режимах наносекундной и фемтосекундной оптической накачки.

Разработаны методы расчета и создания нелинейно-оптических элементов, предназначенных для квазисинхронных процессов генерации и детектирования узкополосного и мульти-частотного терагерцового излучения (ТИ) в диапазоне 0.5 – 2 ТГц, а также генерации квантовых бифотонных состояний поля в процессе спонтанного параметрического рассеяния света (СПР). В кристаллах ниобата лития, номинально чистых и легированных Mg, Y, Nd, созданы квазисинхронные структуры с применением двух различных видов технологий: метода роста кристаллов в асимметричном тепловом поле (в Российской группе), и методом послеростовой переполяризации в пространственно-неоднородном электрическом поле (в Тайваньской группе). Развиты методы диагностики условий генерации и детектирования ТИ в объёме протяженных образцов периодически поляризованных кристаллов: на основе эффекта СПР, и на основе схемы фемтосекундной накачки-зондирования. В сочетании прямых измерений, в режимах бигармонической и широкополосной наносекундной оптической накачки, с измерениями методами СПР и терагерцовой фемтосекундной спектроскопии, проведен сравнительный анализ терагерцового отклика нелинейных фотонных кристаллов, созданных по различным технологиям. Показано, что лучшие образцы эквивалентны с точки зрения генерации в режиме фемтосекундной накачки, тогда как для генерации наносекундных импульсов ТИ оптимальными являются более протяженные кристаллы с доменной структурой, наведенной методом поляризации во внешнем электрическом поле. При этом использование кристаллов с ростовой доменной структурой, обладающих на порядок более высоким входным сечением, является ключевым условием для квазисинхронного нелинейно-оптического детектирования. В работах российских исполнителей впервые осуществлено электрооптическое детектирование терагерцовых импульсов в квазисинхронном режиме. При этом применен новый метод электрооптического детектирования, основанный на измерении модуляции амплитуды фемтосекундного лазерного импульса, наведенной терагерцовым полем в нелинейно-оптической среде. Показано, что отношение спектральных чувствительностей детектирования при применении нового и традиционного подходов определяется отношением терагерцовых и оптических частот, а также отношением функций нелинейной передачи используемых кристаллов. При этом новая схема может функционировать на основе более широкого класса нелинейно-оптических сред, включая периодически поляризованные кристаллы ниобата лития. Проведено теоретическое исследование влияния параметров апериодически поляризованных структур чирпированного типа на корреляционные функции бифотонного излучения, генерируемого при СПР. Показано, что путем пропускания данного излучения через стандартное оптическое волокно можно получать бифотоны с предельно малым временем парной корреляции. Произведен расчет чирпированных доменных структур для генерации коллинеарных бифотонных волновых пакетов с широким спектром в кристаллах ниобата лития. Исследованы спектральные распределения амплитуд бифотонов, генерируемых в процессе квазисинхронного СПР. Развиты методы спектроскопии СПР для измерения дисперсионных характеристик нелинейно-оптических сред в терагерцовом диапазоне. Экспериментально реализован метод трехволновой интерференции при СПР и измерены коэффициенты поглощения кристаллов LiNbO3 и Mg: LiNbO3 конгруэнтного состава на частотах от 0.5 ТГц до 6 ТГц. Исследовано влияние примеси магния в кристаллах ниобата лития на дисперсию действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости в терагерцовом диапазоне. Разработана схема нелинейно-оптического терагерцового детектора, а также метод настройки и калибровки его спектральных характеристик по спектрам СПР. Развиты теоретические основы нового метода квантовой калибровки спектральной яркости ТИ, основанного на сравнении с эффективной яркостью тепловых и квантовых флуктуаций поля в процессе СПР.