Курсовая работа: Трьох- і чотирьох хвильове розсіяння світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками

l=47.4o поза кристалом.

¦=66.2o поза кристалом.

Розділ 3. Чотирьохфотонне розсіяння світла на поляритонах

§1. Огляд ефектів в нецентросиметричних середовищах

Випадок нецентросиметричного середовища є найбільш загальним при розгляді процесів активної спектроскопії. У кристалах без центру симетрії в інтенсивність сигналу активної спектроскопії комбінаційного розсіяння (АСЬКР) дають внесок як прямі чотирьохфотонні процеси, так і каскадні трьоххвилеві процеси, що йдуть через проміжні збуджені стани. Ці процеси йдуть на різних нелінійних восприимчивостях: на кубічній і квадратичній відповідно. Унаслідок когерентності розсіяння різні внески не підсумовуються, а інтерферують. Тому вони можуть приводити до значних змін спектрів АСЬКР: деформації форми лінії і появі дублетної структури[14]. Детально проаналізовано явище інтерференції трьох- і чотирьоххвильового механізму утворення розсіяних хвиль в роботі [15].

У роботі [2] отримано збудження поляритонної хвилі методом чотирьохфотонної спектроскопії в кристалі GAP. Був визначений показник заломлення і коефіцієнт загасання для трьох частот поляритонной хвилі. Проте при розрахунку коефіцієнта загасання не враховувалися расходимости променів, немонохроматичність збудливих накачувань, а також вплив довжини взаємодії на ширину лінії розсіяння. Також проводилися експерименти із збудженням поверхневих поляритонов в кристалі GAP [16].

При каскадному процесі, що складається з двох трьох хвильових взаємодій, спочатку збуджується поляритонний стан з хвилевим вектором рівним ефективному збудливому, яке може розповсюджуватися за межі області збудження. Потім на нім розсівається пробна хвиля. У зв'язку з цим генерація сигналу може мати набагато більшу не локальність. У роботі [17] досліджувалися піко секундні поляритонні збудження в хлориді амонію. Спочатку збуджувався поляритон двома накачуваннями, а потім пускався пробний промінь із зрушенням в просторі у напрямі розповсюдження поляритону і із затримкою в часі. При цьому спостерігалося розсіяння на поляритоні поза областю його збудження. Це дозволило зміряти групову швидкість поляритону прямим методом, а не через похідну . Також було заміряно час життя збудженого поляритонного стану.

§2. Пряма чотирьохфотонна взаємодія

Розглянемо стоксову компоненту розсіяного випромінювання (рис.14). Співвідношення між частотами для даного випадку виконується у вигляді:

(12)

де w_{L-частота} пробного випромінювання, що подається на зразок, _{w s} - частота розсіяного на поляритоні випромінювання. При цьому для спостереження ефективного прямого процесу повинна виконуватися умова просторового синхронізму:

(13)

Приведемо вираз для інтенсивності сигнальної хвилі з частотою w_s [18]:

, (14)

IL, II-інтенсивність хвиль з частотами w_L wі w

, (15)

де - похідна чисто електронній поляризованості в рівноважному положенні ядер, N, M - концентрація і маса ядер відповідно. У останньому виразі де w_ph - фононна частота, Г- коефіцієнт, що описує загасання. Резонансна сприйнятливість зростає при наближенні різницевої частоти до частоти фонона.

Мал.14. Прямий чотирьохфотонний процес.

§3. Каскадні трьох хвильові процеси

У чотирьох фотонні процеси в нецентросиметричних кристалах вносять свій внесок каскадні трьох хвилеві процеси (рис.15). В даному випадку створюється підвищена (в порівнянні з рівноважною) населеність поляритоних станів “розігріваючими” променями з частотами w₁ , w₂ . Каскадному когерентному розсіянню відповідає приватне вирішення неоднорідного хвилевого рівняння, в правій частині якого коштує нелінійна поляризація, збуджена “розігріваючими” променями. Окрім співвідношень (12) і (13), в даному випадку необхідне виконання ще однієї умови просторового синхронізму:

\ (16)

Мал.15. Каскадний трьох хвильовий процес

Такий процес є когерентним, тому що відбувається розсіяння пробної хвилі безпосередньо на збудженні з хвилевим вектором . Каскадна сприйнятливість третього порядку когерентного процесу задається виразом:

(17)

Знаменник цього виразу указує на те, що на інтенсивність у виразі (14) впливає ще один розлад хвилевих векторів: