ВВЕДЕНИЕ 5
1. Оптические покрытия. Получение и применение терагерцового
излучения (литературный обзор) 6
1.1 Типы оптических покрытий и многолучевая интерференция 6
1.2 Оптические свойства и кристаллическая структура GaSe 9
1.3 Получение и использование терагерцового излучения 11
1.4 Нелинейно-оптическое выпрямление 14
1.5 Выводы по литературному обзору и постановка задачи 16
2. Экспериментальные и расчетные методы 17
2.1 Однослойные просветляющие покрытия 17
2.2 Двухслойные оптические покрытия 19
2.3 Моделирование спектров генерации терагерцового излучения в
кристаллах GaSe различной толщины при оптическом выпрямлении фемтосекундных лазерных импульсов 20
2.4 Технология получения тонких пленок методом термического и
магнетронного напыления 21
2.5 Схема установки терагерцовой спектроскопии 23
3. Результаты экспериментов 25
3.1 Спектры пропускания образцов SiO2-GaSe и SiO2-Si3N4-GaSe 25
3.2 Генерация терагерцового излучения в кристаллах GaSe с
просветляющими покрытиями при оптическом выпрямлении фемтосекундных лазерных импульсов 29
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 35
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 36
Терагерцовое излучение - это электромагнитное излучение в интервале частот 0,3 - 10 ТГц. В данном диапазоне лежат спектры излучения сложных органических молекул и астрономических объектов. До недавнего времени терагерцовый диапазон частот оставался мало освоенным. Для генерации и детектирования терагерцового излучения методами нелинейной оптики могут использоваться кристаллы GaSe. Гексагональные кристаллы GaSe обладают выраженной анизотропией структурных, механических и оптических свойств благодаря чему находят широкое применение в нелинейной оптике. До настоящего времени не разработано технологии получения просветляющих покрытий для кристаллов GaSe, что связано с их низкой механической твердостью и плохой адгезией большинства наносимых пленок. Поверхность кристаллов GaSe легко окисляется и образует химические соединения с компонентами влажного воздуха, что приводит к изменению свойств оптических элементов на их основе и делает актуальной разработку защитных покрытий. Защитная пленка, помимо механической прочности и низкой химической активности, должна обладать высокой лучевой стойкостью, оптической однородностью и широкой областью прозрачности.
Настоящая работа направлена на разработку лабораторной технологии получения просветляющих покрытий на основе тонких пленок S1O2 и S13N4 для кристаллов GaSe на длинах волн излучения Ti:Sa-лазера. Исследуются однослойные и двуслойные просветляющие покрытия. Для проверки эффективности полученных нелинейно-оптических элементов из GaSe с просветляющими покрытиями исследуется генерация в них терагерцового излучения методом оптического выпрямления фемтосекундных лазерных импульсов.
В работе найдена лабораторная технология получения одно- и двуслойных просветляющих покрытий для нелинейных кристаллов GaSe на длинах волн излучения Ti:Sa лазера. Проведена апробация полученных нелинейно-оптических элементов в схеме для генерации терагерцового излучения методом оптического выпрямления фемтосекундных лазерных импульсов.
Для образцов с однослойным двусторонним покрытием SiO2-GaSe достигнуты коэффициенты пропускания на уровне до 95 %. Эксперименты по генерации терагерцового излучения в данных образцах при оптическом выпрямлении фемтосекундных лазерных импульсов показали, что при равных толщинах кристаллов уменьшение потерь на отражение ведёт к увеличению выходной мощности терагерцового излучения на 28 %.
Для образцов с двуслойным двусторонним покрытием SiO2-SisN4-GaSe коэффициент пропускания на длине волны 800 нм составил порядка 90 %; для более длинных волн коэффициент пропускания доходил до >95%. При этом наблюдается расхождение экспериментальных спектров пропускания с расчетными, что можно объяснить тем, что реально полученные толщины пленок отличаются от заданных. Также возможно отличие показателя преломления пленки SisN4 от принятого при проектировании значения 2,1. Эксперименты по генерации терагерцового излучения в образцах SiO2-SisN4-GaSe при оптическом выпрямлении фемтосекундных лазерных импульсов показали некоторое уменьшение выходной мощности терагерцового излучения. Это обусловлено, вероятно, неполным учетом влияния различных толщин образцов имеющейся моделью.
В целом можно сделать заключение, что полученные однослойные (SiO2) и двуслойные (SiO2-SisN4) покрытия на кристаллы GaSe обладают достаточно высокими характеристиками по уровню пропускания и спектральной ширине рабочего диапазона и, безусловно, перспективны для повышения эффективности нелинейно-оптических элементов на основе GaSe, предназначенных для генерации ИК и терагерцового излучения.
