ИСТИНА

Работа посвящена исследованию новых методов генерации и детектирования направленного узкополосного терагерцового излучения с высокой спектральной яркостью и плавно перестраиваемой частотой. В основе подхода – применение процессов параметрического смешения оптических и терагерцовых частот в режиме квазисинхронизма. Квазисинхронные процессы будут осуществляться в нелинейных фотонных кристаллах - кристаллических структурах с пространственной модуляцией квадратичной по полю нелинейно-оптической восприимчивости. Будут разработаны и задействованы уникальные технологии приготовления широкоапертурных квазисинхронных структур для терагерцового диапазона методом поляризации сегнетоэлектрических кристаллов в процессе роста. Будет исследован эффект квазисинхронного детектирования и на его основе создан новый метод спектрально - селективного детектирования импульсов терагерцовой частоты. Впервые будут определены возможности плавной перестройки частоты генерируемого терагерцового излучения, а также сканирования частоты нелинейно-оптического терагерцового детектирования, основанные на управлении параметрами нелинейной среды и оптической накачки. Результаты работ по проекту создадут основу для построения нового поколения спектроскопических установок, источников и приемников терагерцового излучения высокой спектральной яркости, отвечающих задачам разработки высокочувствительных, помехозащищенных методов терагерцовой спектроскопии и диагностики, а также развития терагерцовых систем связи и передачи информации.

Развиты новые методы генерации и детектирования направленного узкополосного терагерцового излучения с высокой спектральной яркостью и плавно перестраиваемой частотой. Методы основаны на квазисинхронных процессах параметрического смешения оптических и терагерцовых частот в нелинейных фотонных кристаллах - кристаллических структурах с пространственной модуляцией квадратичной по полю нелинейно-оптической восприимчивости. Для экспериментальной реализации методов в диапазоне частот от 0.5 до 2.4 ТГц были созданы периодически и апериодически поляризованные кристаллы LiNbO3, Mg:LiNbO3, Mg:Y:LiNbO3, а также предложены и апробированы новые схемы измерения дисперсии основных параметров кристаллов в терагерцовом диапазоне частот: действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости, показателя преломления, коэффициента поглощения и нелинейной функции передачи (схемы спонтанного параметрического рассеяния света на поляритонах нижней поляритонной ветви, трехчастотной интерференции при рассеянии на поляритонах и фемтосекундной накачки-зондирования). Экспериментально показано, что использование нелинейных фотонных кристаллов с различной модуляцией знака квадратичной восприимчивости позволяет управлять спектральными характеристиками импульсного и квази-непрерывного терагерцового излучения: смещать частоту узкополосной генерации, варьировать форму и ширину спектра в терагерцовом диапазоне. Причем перестройка спектра может осуществляться при генерации в режиме оптического выпрямления как Фурье-ограниченных, так и Фурье-неограниченных лазерных импульсов широкополосной оптической накачки. Исследованы дополнительные возможности управления характеристиками терагерцовой генерации за счет варьирования параметров накачки: изменения центральной частоты спектра и периодической модуляции широкополосного спектра накачки с частотой терагерцовой генерации. Исследованы различные схемы электро-оптического стробирования поля импульсного терагерцового излучения: эллипсометрические схемы, основанные на измерении наведенной фазы, и предложенная в ходе выполнения проекта схема, основанная на измерении наведенной амплитуды оптических волн. Показано, что отношение спектральных эффективностей двух типов схем пропорционально отношению нелинейных функций передач электро-оптических кристаллов и отношению частот оптического и терагерцового излучения. Разработан метод спектрально - селективного детектирования квазинепрерывного терагерцового излучения. Исследованы условия сканирования частоты детектирования: за счет выбора кристалла с заданной ориентацией и распределением периодов доменной структуры, за счет нагрева квазисинхронной структуры, фиксированной в одном и том же образце, или за счет выбора геометрий нелинейно-оптического взаимодействия - с параллельными или скрещенными поляризациями оптических волн, с распространением детектируемых волн в прямом или встречном направлениях. Развиты основы нового метода калибровки спектральной яркости квазинепрерывного терагерцового излучения, базирующегося на сравнении сигналов параметрического преобразования частоты измеряемого излучения и спонтанного параметрического рассеяния накачки в нелинейном кристалле. Теоретически исследовано влияние эффектов поглощения и отражения кристаллом терагерцовых волн на точность калибровки спектральной яркости падающего извне излучения, а также яркости тепловых флуктуаций поля на терагерцовых частотах.