Научно-технический
«ОПТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ»
издается с 1931 года
 
   
Русский вариант сайта Английский вариант сайта
   
       
   
       
Статьи последнего выпуска

Электронные версии
выпусков начиная с 2008


Алфавитный указатель
2000-2010 гг


444
Архив оглавлений
выпусков 2002-2007 гг


Реквизиты и адреса

Вниманию авторов и рецензентов!
- Порядок публикации
- Порядок рецензирования статей
- Типовой договор
- Правила оформления
- Получение авторского вознаграждения
- Редакционная этика


Контакты

Подписка

Карта сайта




Журнал с 01.12.2015 допущен ВАК для публикации основных результатов диссертаций как издание, входящее в международные реферативные базы систем цитирования (Web Science, Scopus) (см. Vak.ed.gov.ru Перечень журналов МБД 16.03.2018г)

Аннотации (07.2022) : Инерционность колебательного механизма гигантской нелинейности оптических материалов в терагерцовом спектральном диапазоне

Инерционность колебательного механизма гигантской нелинейности оптических материалов в терагерцовом спектральном диапазоне

DOI: 10.17586/1023-5086-2022-89-07-03-12

УДК 535-14

Михаил Сергеевич Гусельников1*, Мария Олеговна Жукова2, Сергей Аркадьевич Козлов3

Университет ИТМО, Санкт-Петербург, Россия

1msguselnikov@itmo.ru    https://orcid.org/0000-0002-0809-8431

2mozhukova@itmo.ru https://orcid.org/0000-0001-8425-9412

3sakozlov@itmo.ru     https://orcid.org/0000-0002-2692-627X

Аннотация

Предмет исследования. Инерционность колебательного механизма нелинейности изотропных диэлектрических сред в поле терагерцовых волн как при резонансном, так и при нерезонансном взаимодействии излучения с веществом. Цель работы заключалась в построении динамической модели нелинейного поляризационного отклика оптических сред колебательной природы в поле терагерцовых импульсов и оценке постоянных времени, характеризующих инерционность этого отклика при резонансном и нерезонансном взаимодействии излучения с молекулярными колебаниями среды. Метод. Модель ангармонических колебаний атомов каждой отдельной молекулы в виде осциллятора, в общем случае, как с квадратичной, так и с кубической нелинейностями для изотропной среды приведена для макроскопической оптической характеристики среды — ее поляризованности — к модели в виде системы параметрически связанных уравнений только с кубическими нелинейностями. Параметры данной системы определены по таким известным характеристикам вещества, как коэффициент его теплового расширения, частота валентных колебаний молекул, его показатель преломления и др. Основные результаты. Получены выражения для постоянных времени инерционности кубических восприимчивостей оптических сред с нелинейностью колебательной природы при двух- и однофотонных резонансных взаимодействиях с квазимонохроматическими терагерцовыми импульсами, а также при нерезонансном взаимодействии с широкополосным терагерцовым импульсным излучением через известные из литературы тепловые, спектральные и оптические характеристики материалов. Приведены численные оценки постоянных времени инерционности нелинейных восприимчивостей сред с особо высокой колебательной нелинейностью показателя преломления: a-пинена и воды, а также диоксида кремния. Показано, что для этих материалов постоянные времени инерционности резонансного колебательного механизма их нелинейности в случае излучения терагерцового диапазона спектра составляют сотни фемтосекунд, а при нерезонансном взаимодействии уменьшаются до десятка фемтосекунд и менее. Практическая значимость. Полученные оценки постоянных времени инерционности поляризационного отклика материалов свидетельствуют о том, что их гигантскую нелинейность в дальнем инфракрасном диапазоне спектра можно использовать при разработке сверхбыстрых устройств фотоники для управления параметрами импульсного терагерцового излучения.

Ключевые слова: нелинейная кубическая по полю поляризованность среды, инерционность механизма нелинейности, нелинейный отклик сред колебательной природы

Благодарность: работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, грант 19-02-00154.

Ссылка для цитирования: Гусельников М.С., Жукова М.О., Козлов С.А. Инерционность колебательного механизма гигантской нелинейности оптических материалов в терагерцовом спектральном диапазоне // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 7. С. 3–12 DOI: 10.17586/1023-5086-2022-89-07-03-12

Коды OCIS: 190.7110, 320.2250, 320.5550

 

Список источников

1.    Dolgaleva K., Materikina D.V., Boyd R.W., Kozlov S.A. Prediction of an extremely large nonlinear refractive index for crystals at terahertz frequencies // Phys. Rev. A: Atomic, Molecular, and Opt. Phys. 2015. V. 92. № 2. P. 023809-1–023809-8. DOI: 10.1103/PhysRevA.92.023809

2.   Tcypkin A.N., Melnik M.V., Zhukova M.O., et al. High Kerr nonlinearity of water in the THz spectral range // Opt. Exp. 2019. V. 27. № 8. P. 10419–10425. DOI: 10.1364/OE.27.010419

3.   Novelli F., Yu Ma Ch., Adhlakha N., et al. Nonlinear Terahertz transmission by liquid water at 1 THz // Appl. Sci. 2020. V. 10. № 15. P. 5290. DOI: 10.3390/app10155290

4.   Garriga F.K.J., Pac Chong M.L., E.Y., Zhang X.-C. Terahertz nonlinear index extraction via full-phase analysis // Opt. Lett. 2020. V. 45. № 20. P. 5628–5631. DOI: 10.1364/OL.399999

5.   Tcypkin A.N., Zhukova M.O., Melnik M.V., et al. Giant third-order nonlinear response of liquids at Terahertz frequencies // Phys. Rev. Appl. 2021. V. 15. № 5. P. 054009. DOI: 10.1103/PHYSREVAPPLIED.15.054009

6.   ГОСТ Р 53375-2009. Скважины нефтяные и газовые. Геолого-технологические исследования. Общие требования. Введ. 01.07.2010. М.: Стандартинформ, 2009. 19 с.

7.    Ахманов С.А., Выслоух В.А., Чиркин А.С. Оптика фемтосекундных лазерных импульсов. М.: Наука, 1988. 312 с.

8.   Azarenkov A.N., Al’tshuler G.B., Belashenkov N.R., Kozlov S.A. Fast nonlinearity of the refractive index of solid-state dielectric active media // Quant. Electron. 1993. V. 23. № 8. P. 633–655. DOI: 10.1070/QE1993V023N08ABEH003139

9.   Kittel Ch. Introduction to solid state physics / (8th ed.). N.Y.: Willey, 2005. 680 p.

10. Козлов С.А., Самарцев В.В. Основы фемтосекундной оптики. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. 292 с.

11.  Козлов С.А. О классической теории дисперсии высокоинтенсивного света // Опт. спектр. 1995. Т. 79. № 2. C. 290–292.

12.  Pradhita M., Masruri М., Rahman M.F. Study catalytic oxidation of a-pinene using hydrogen peroxide-iron(III) chloride // Proc. IConSSE FSM SWCU. 2015. P. BC. 90–96.

13.  Bec K.B., Huck C.W. Breakthrough potential in near-infrared spectroscopy: spectra simulation. A review of recent developments // Frontiers in Chemistry. 2019. V. 7. Article 48. DOI: 10.3389/fchem.2019.00048

14.  Штумпф С.А., Козлов С.А., Королев А.А. Уширение "фиолетового" крыла фемтосекундного спектрального суперконтинуума из-за дисперсии нелинейного показателя преломления среды // Оптический журнал. 2004. Т. 71. № 6. С. 395–400. DOI: 10.1364/JOT.71.000395

15.  Hale G.M., Querry M.R. Optical constants of water in the 200-nm to 200-µm wavelength region // Appl. Opt. 1973. V. 12. № 3. P. 555–563. DOI: https://doi.org/10.1364/AO.12.000555

16.  Schatzberg P. Molecular diameter of water from solubility and diffusion measurements // J. Chem. Phys. 1967. V. 71. № 13. P. 4569–4570. DOI: 10.1021/J100872A075

17.  Kell G.S. Precise representation of volume properties of water at one atmosphere // J. Chem. & Eng. Data. 1967. V. 12. № 1. P. 66–69. DOI: 10.1021/JE60032A018

18.       Thrane L., Jacobsen R.H., Jepsen P., Keiding S.R. Thz reflection spectroscopy of liquid water // Chem. Phys. Lett. 1995. V. 240. № 4. P. 330–333. DOI: 10.1016/0009-2614(95)00543-D