Когерентные переходные процессы типа вырожденного четырехволнового смешения с задержкой во времени в примесных кристаллах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

I С-Л РОССИЙСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦEHfP "КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ" •

ИНСТИТУТ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ И ФИЗИКИ ТВЁРДОГО ТЕЛА

На правах рукописи

ПЕТРЕНКО ЕВГЕНИЙ АНДРЕЕВИЧ

КОГЕРЕНТНЫЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ ТИПА ВЫРОЖДЕННОГО ЧЕТЫРЁХВОЛНОВОГО СМЕШЕНИЯ С ЗАДЕРЖКОЙ ВО ВРЕМЕНИ В ПРИМЕСНЫХ КРИСТАЛЛАХ

(01.04.04. - физическая электроника)

Авторе ферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-

математических наук

Москва — 1997

Работа выполнена в Институте сверхпроводимости физики твердого тела Российского научного центра "Курчатовский институт"

Официальные оннонситм: доктор фнчико-математнческпх наук,

ведущий научный сотрудник В.С.Лисица

кандидат физико-математических наук, доиспг С.О.Емютни

Нелушая организация:

Институт радиотехники н электроники РА11

Защита состоится "__"_____199 года в__часоп на заседании

диссертационного совета Д 034.04.01

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИИ I "Курчатовский институт"

Автореферат разослан "__"____199 года.

Ученый секретарь диссертационного совета.

к.ф.-м. н.

РОССИЙСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР" "КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ"

ИНСТИТУТ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ И ФИЗИКИ ТВЁРДОГО ТЕЛА

На правах рукописи

ПЕТРЕНКО ЕВГЕНИЙ АНДРЕЕВИЧ

КОГЕРЕНТНЫЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ ТИПА ВЫРОЖДЕННОГО ЧЕТЫРЁХВОЛНОВОГО СМЕШЕНИЯ С ЗАДЕРЖКОЙ ВО ВРЕМЕНИ В ПРИМЕСНЫХ КРИСТАЛЛАХ

(01.04.04. - физическая электроника) Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Актуальность проблемы

Исследование нелинейных оптнческпх процессов в резонансных условиях, когда частоты возбуждающего излучения близки к частотам переходов в веществе, представляет несомненный интерес в качестве предмета фундаментальных и прикладных исследований. С одной стороны изучение таких процессов важно для выяснения ряда принципиальных вопросов теории взаимодействия лазерного излучения с веществом. В первую очередь это касается особенностей отклика многоуровневой системы при воздействии на неё резонансным световым полем, приводящем, например, к возбуждению сразу нескольких, конкурирующих между собой нелинейно-оптических процессов.

Среди многочисленных вариантов такого взаимодействия особое место занимает когерентный режим, характеризующийся тем, что длительность возбуж-

г

дающего импульса короче всех характерных времён релаксации среды При лом резонансные свойства среды проявляются особенно ярко.

Когерентное резонансное взаимодействие резко выводит электронную подсистему любого вещества из состояния термодинамического равновесия Прежде чем вернуться в равновесное состояние, вещество проходит ряд стадий, превращений или фазовых переходов. Их регистрация и исследование дают важную информацию о свойствах вещества. Ещё более богатой и разнообразной становится информация при когерентном резонансном воздействии на среду последовательностью из нескольких световых импульсов, приводящем, например, (при использовании разнесённых во времени трёх импульсов) к возникновению такого когерентного переходного процесса как вырожденное четырехнолжшое смешение (ВЧВС) с задержкой во времени или стимулированного фотонного эха (СФЭ). Это явление широко используется при проведении спектроскопических исследовании высокого и сверхвысокою разрешения и позволяет измерять времена релаксации возбуждения в различных средах.

В последние годы намегилась и другая область практического приложения СФЭ: уникальные пространственно-временные свойства когерентных переходных

процессов (долговременная память, корреляция и свёртка оптических сигналов и др.) делают возможным построение на их основе оптических запоминающих устройств (ОЧУ) с высокой плотностью записи и процессоров для параллельной обработки больших массивов данных с высоким быстродействием вплоть до 10" перемножений-сложений в секунду

Цель работы и постановка задачи

Целью диссертационной работы являлось экспериментальное исследование эффекта вырожденного четырсхволнового смешения с задержкой во времени (стимулированного фотонного эха), возбуждаемого в примесном кристалле Ьа^Рг'' излучением лазера на красителях с перестраиваемой частотой п узкой линией генерации, а также разработка на его основе физических методов работы оптических запоминающих устройств и процессоров.

Основные поставленные в работе задачи следующие:

- экспериментально изучить особенности возбуждения ВЧВС в многоуровневых системах (временные корреляции когерентных оптических сигналов, влияние конкурирующих процессов) при использовании в качестве рабочей среды примесного кристалла ЬаГд.Рг' , являющегося удобной моделью многоуровневой системы из-за большого набора оптически разрешённых переходов в ионе Рг'' с хорошо известными параме! рамп,

- с использованием эффекта фотонного эха исследовать особенности дефазировки резонансных оптических переходов иона Рг'' в зависимости от группы симметрии кристаллической матрицы на примере матриц Ч^Ю? и 1,а1\ и дать оценки для констант орбаховских процессов необратимой релаксации,

- дан. эксперимсшальное обоснование способам контролируемою подавления или усиления ВЧВС с задержкой во времени и разработать на этой основе методы опе-

ратнвного стирания информации в оптических запоминающих устройствах, базирующихся на использовании эффекта стимулированного фотонного эха.

Научная новизна

1. Обнаружено новое явление - интерференция не перекрывающихся во времени световых импульсов при их вырожденном четырёхволновом смешении с задержкой во временн.

2. Впервые экспериментально установлено влияние конкурирующих нелинейных явлений (генерации вынужденного излучения) на возбуждение процесса ВЧВС. Это влияние обусловлено тем, что возбуждение ВЧВС осуществляется не в двухуровневой, а в многоуровневой системе. В частности показано, что в случае существенного превышения порога генерации вынужденного излучения имеет место полное подавление сигнала ВЧВС

3. Впервые экспериментально зарегистрирована корреляция формы третьего возбуждающего импульса и формы стимулированного фотонного эха.

4. При экспериментальном исследовании особенностей когерентного возбуждения вынужденного излучения на смежном переходе обнаружено смещение его во времени к началу импульса накачки и даже разбиение его на два импульса при возрастании интенсивности возбуждающего лазера.

5. При исследовании температурных спадов амплитуды фотонного эха в УзЯК^Рг^обнаружен новый неорбаховский механизм релаксации, возможно связанный с тунелированием ионов празеодима между двумя неэквивалентными положениями в кристаллической решетке.

Практическая ценность

-----------Полученные результаты могут быть использованы для решения проблемы-------------

оперт ИВН01 о странна информации в оптических процессорах и запоминающих устройствах на основе эффекта стимулированного эха

Они представляют интерес для разрешения ряда принципиальных проблем когерешною взаимодействия лазерного излучения с нелинейной резонансной средой, а также понимания природы релаксационных процессов в кристаллах с примесями редкоземельных ионов Результаты работы позволяют, п частности, выяснить особенное!и возбуждения стимулированного фотонного эха в многоуровневых сис1смах, коюрые как раз и характеризуют реальные физические среды.

Апробация работы

Резулыагы диссертационной работы докладывались на трёх международных конференциях

- Conference on Laser and Electro-Optics, Washington, D С , USA, 1992

- VII Международная конференция "Оптика лазеров", С -Петербург, июнь 1993 г.;

- XV Международная конференция по когерентной и нелинейной оптике и VIII конференция по лазерной оптике, С -Петербург, 27 июня-1 июля, 1995.

Они опубликованы в восьми статьях, трудах конференции и авторском свидетельстве

Объём диссертации

Диссертация состоит из введения, четырёх глав и выводов, изложена на 96

страницах машинописного текста, содержит 38 рисунков и 3 таблицы Список цитируемой литературы включает 118 наименований.

Содержание работы

Во введении в обзоре современного состояния исследовании когерентных переходных процессов в легированных кристаллах обосновываются акгуальность темы диссертации, новизна и практическая ценность работы. Главное внимание уделено процессу вырожденного чегырёхволнового смешения с задержкой во времени в примесных кристаллах. Рассматриваются примеры существования аномально долгой эхо-памяти по Т| в примесных кристаллах, причиной которой является мно! оуровневость резонансных примесей

Также обсуждается две наиболее перспективные области практического приложения эффекта задержанного во времени четырёхволнового смешения Во-первых, это использование уникальных пространственно-временных свойств стимулированного фотонного эха (как, например, корреляция формы третьего воз-

9

буждающего импульса и контура СФЭ) для создания алгоритмов параллельной оптической обработки больших массивов информации. Приведенные в обзоре оценки показывают реальную возможность таких приложений. Вместе с тем, крайне важным для осуществления оптического процессинга является разработка физических методов управляемого оперативного стирания информации, записанной в среде с помощью эффекта стимулированною фотонного эха, которая до настоящего времени была ещё не решена. При этом подчеркивается, что в диссертации найдены пути решения этой проблемы и предложены два метода такого оперативного стирания. Один из них базируется на использовании дополнительной пары импульсов, полученных из первых двух за счёт их временной сдвижки, а в основе второго - лежит явлебние генерации вынужденного излучения на смежном переходе Также отмечается, что генерация на смежном переходе представляет и отдельный интерес нелинейной динамикой своей временной формы.

Вторым важным вопросом практического приложения эффекта ВЧВС, обсуждаемого во введении, является исследование динамики резонансных оптических переходов редкоземельных ионов в кристаллических матрицах для получения

констант релаксаций, необходимых при подборе материалов для создания архивной эхо-памяти.

В заключение обзора приводится сводная таблица спектроскопических______________

данных по кристаллам с примесями редкоземельных элементов пригодных для возбуждения когерентных переходов с указанием длины волны рабочего перехода, времени поперечной и продольной релаксации, величины неоднородного и однородного унтпреннй, силы осциллятора

Во введении формулируется цель диссертационной работы и основные задачи исследования Кратко излагается содержание диссертации и поясняется её структура

В первой главе дано описание экспериментальной

установки, предназначенной для исследования когерентных нелинейных

Общая схема экспериментальной установки процессов в ре-

I-ла юр накачки ХсС1. 2-лачсриа красителях. Ч-рст истрационная система.4- зонансных сре-опппсскпс линии идсржкн. Мелнсвый крносптг с обра том. (»-делительные дах (Рис 1) черкала; 7-(|к>куснрующис линзы. Источником

возбуждающею излучения является лазер на органических красителях (ЛОК) (2).

Е'то накачка осуществлялась с помощью эксимерного ХеС1 лазера (1), I еиерпрующет о на длине волны Х~308нм, с энергией до 100 мДж н длительностью импульса 10нс Одно из зеркал резонатора ЛОК было заменено дифракционной решёткой, что позволяло осуществлять плавную перестройку частоты его генера-

ции Для сужения линии генерации внутрь резонатора помешался наклонный эталон Фабри-Перо с базой 100 мкм. Варьирование в небольших пределах угла поворота эталонов вблизи максимума его пропускания позволяло производить подстройку длины волны генерации ЛОК с точностью 0,01 А.

Основные параметры генерации лазера на красителях были следующие:

Рабочий диапазон перестройки частоты генерации 12500-22500 см'1;

Точность настройки частоты генерации 0,04 см"';

Ширина линии генерации 0,04 см'1,

Максимальная энергия в импульсе 15 мДж;

Дшпельностьимпульса Юис;

Поляризационные характеристики лазерного

излучения линейно поляризовано в горизонтальной плоскости

Контроль за энергией генерации ЛОК осуществлялся с помощью калиброванного фотодиода, калибровка длины волны генерации проводилась с использованием оптогальванического эффекта в неоне.

С помощью системы делительных зеркал (6) и оптнчбеских линий задержек (4) можно было формировать до пяти разнесённых во времени идентичных световых импульсов, временной интервал между которыми мог варьироваться от 5 до 500 не ">ги импульсы фокусировались в рабочую среду длиннофокусными линзами (7), уменьшавшими диаметр светового пучка до 100 мкм.

В качестве рабочей среды был выбран примесмый кристалл LaFvPr'', который помещался в гелиевый криостат (5) и охлаждался до температуры 4,5К. Низкие температуры позволяют существенно увеличить время необратимой поперечной релаксации рабочего перехода 'lljo'Po. иона Рг1' и тем самым обеспечить режим когерентного взаимодействия лазерного излучения с резонансной средой.

Система регистрации (3) обеспечивала временное разрешение до 0,5нс и предназначалась для исследования временных характеристик ВЧВС. Pro пространственные характеристики регистрировались непосредственно на фотоплёнку или телевизионную приставку, сопряжённую с компьютером. Для

анализа спектра излучения, возбуждаемого в кристалле, ' использовался многоканальный анализатор.

В первон главе обсуждается возможное применение перспективных скоростных фоюпрнсмнпков на основе лавинных фотодиодов (ЛФД) для работы в составе эхо-процессора, когда условие малости площади импульсов-кодов предъявляет высокие требования на чувствительность регистрирующей системы. Приведенные здесь расчеты покатывают реальную возможность применения ЛФД для регистрации СФЭ, возникающею в кристалле LaF.i Pr'' при перемножении бинарных кодовых посылок

Исследование процессов типа фотонного эха в примесных кристаллах требует охлаждения образцов до очень низких температур, предотвращающих релаксацию фазы когерентного ансамбля резонансных центров. Времена релаксации должны превосходить длительность возбуждающих импульсов и временные задержки между ними. В экспериментальной установке для pei-улирования и автоматической стабилизации температуры образцов в диапазоне ог 4,2 до 300К с относительной погрешностью поддержания температуры 0,1% используется крностагная терморегулируемая система

В заключение главы отмечается, что созданная экспериментальная установка можем быть использована не только для изучения котepenmoiо взаимодействия лазерного излучения с веществом, но и для проведения спектроскоп пчеенх исследовании

Вторая глава посвящена изложению результатов экспериментального исследования особенностей возбуждения ВЧВС с задержкой во времени в многоуровневых системах на примере перехода 'Hjo'Po нона Ргъ, легированного в матрицу 1.аТ\

В качестве источника побуждающею излучения пспольюнался лазер на органических красителях, частота которою п>| перестраивалась п окрестности перехода 'И.о'Р,, нона I*i1 . С' помощью системы делительных зеркал и линии задержки формировались три импульса возбуждающего излучения, разнесённые во времени

друг относительно друга на величину (45±2) не и (165±2) не. Интенсивность их всех была одинакова и могла достигать на входе в кристалл значений 1|* 100+200 МВт/см2 . Для выполнения условий пространственного синхронизма второй и третий импульсы направлялись навстречу друг другу В этом случае сигнал ВЧВС распространялся в направлении, противоположном направлению распространения первого импульса. В отличие от ранее выполненных экспериментов были одновременно зарегистрированы сигналы стимулированного фотонного эха и когерентного излучения на смежном переходе 'Ро-'Иб. Исследование основных характеристик последнего показало, что его длительность составляла 2-3 не, а порог возбуждения /,"''"■'= 18МВт/см"2.

При /, >> /,'7'к когереншое излучение развивалось на переднем фронте возбуждающего импульса, при этом на заднем фронте наблюдался второй импульс генерации. (Рис.2). С уменьшением 1|. импульс вынужденного излучения постепенно смещался к концу импульса накачки.

Предложена численная модель генерации вынужденного излучения на смежном переходе. Она основана на использовании самосогласованной системы уравнений для поля и трёхуровневой среды в условиях однородного уширення линии поглощения. Численные решения воспроизводят основные временные особенности генерации вынужденного излучения на смежном переходе. В частности расчёты демонстрируют переход от моноимпульсного режима генерации к пичковому

Двумшчковая генерация на смежном переходе

режиму при увеличении мощности накачки. Предложена качественная интерпретация этого нелинейного процесса. Вместе с тем отмечается отсутствие количественных совпадений энергетических параметров эксперимента и численной модели. Причина расхождений может быть связана с необходимостью включить в численный анализ неоднородное уширение резонансных переходов.

Сигнал ВЧВС появлялся при значениях 1""гг"'' «600 кВт/см2 С ростом !(, его ншенснвносп. I, 1акже возрастала (Рис 3) Однако после появления вынужденного

излучения на смежном переходе рост 1с вначале замедлялся, а затем наблюдалось уменьшение ин-генсивности сигнала ВЧВС. В то же время интенсивность вынужденного излучения I, с ростом возрастала по закону, близкому к экспоненциальному.

Были также проведены исследования зависимости интенсивности сигнала ВЧВС с задержкой и интенспвносш вынужденного получения на смежном переходе 1„ от расстройки Л частоты накачки от частоты резонанса (Рис.4).

юг

«гм *

. о Гепгич" 4

I

I

я а

я

я *

я я

« • я

я

к

^-1-1-1—

5 п «

Рис 1

Зависимость имюнснвмосги з\о сие нала 1„ и когерентною и »лучения на смежном переходе от интенсивности мнбчждаюшего ллсра 1|

а

и

X

К

я

■

Установлено, что в области расстроек А, где возбуждается вынужденное излучение,

интенсивность 1с уменьшается (Рис.4) При этом, как и следовало ожидагь, 1, доепиала максимума в условиях точною резонанса В то же время при /, </""'"'' , т.е. когда генерация не возбуждалась, провала в частотной зависимости интенсивности эхо-сигнала

зарегистрировано не было

Наконец было установлено, что в случае использования кристалла ЬаР^Рг" с концентрацией иона Рг1' с~1,0 ат%, где эффективность возбуждаемой генерации на смежном переходе была выше, имело место полное подавление сигнала СФЭ в условиях точного резонанса

Глава завершается выводом о том, что обнаруженный эффект может быть использован как оперативный метод удаления из рабочей среды наведённых в ней за счет воздействия двух разнесённых во времени световых импульсов решёток населённостен и возврат её к термодинамическому равновесию. На его основе предлагается макет устройства, осуществляющего оперативное сгнрание информации в оптическом ЗУ на основе эффекта стимулированного фотонного эха

Рабочая среда оптического запоминающего устройства помещается в высокодобротный резонатор, позволяющий резко уменьшить порог возбуждения 1снсрацип на смежном переходе Внузрн резонаюра для управления его добротностью имеется электрооптический затвор. Когда он закрыт, генерация не развивается и записанная оптическим ЗУ информация храпшея или считываося третьим импульсом При подаче на затвор открывающею напряжения, за время ~2кЯ не от момента начала любого из импульсов накачки, возникает мощное

/Г,#Л7* ж А

х С+З X

В о Генерация к «X м* •"«Ч - в

4 _ к X к _ *

к ж 00 * о°о

г о о к к - *

\ 1 1 о X 1

-г ч 0 1 А^СМ'1

Рис.4.

Зависимости интснсивностсй эхо-сигнала 1е и когерентного излучения на смежном переходе !„ от расстройки А частоты накачки от рсюиамса с переходом 'Н.-'Р,,

вынужденное излучение, приводящее к уничтожению "решётки" населённостей, в

которой хранилась записанная информация. Важным преимуществом

предложенного способа стирания-" является то обстоятельство, что после его

осуществления рабочая среда оптического 'ЗУ находится в основном состоянии и

полностью готова к записи новой информации

В третьей главе изложены результаты исследований пространственных и

временных характеристик

стимулированного фотонного

эха (СФЭ) в кристалле

ЬаРъРг". Вначале

описывается эффект

корреляции временной

формы СФЭ с формой

^ третьего возбуждающего

Осциллограмма эффекта корреляции формы ВЧВС с импульса, наблюдавшийся задержкой во времени (ВЧВС) и контура третьего

вочбуждающею импульса (ишенсивноегь импульса полавлена впервые в диссертационной при роист рации СФ'))

работе (Рис.5) Приведенные оценки импульсной площади и длительности импульса кода с учетом возможных потерь интенсивности в оптических трактах усганопки дают вполне удовлетворительное согласие с требованиями теории фотонного эха сложной формы. Экспериментально также наблюдались эффекты искажения контура фотонного эха и временные особенности СФЭ при отходе от резонанса.

Основное внимание уделено исследованию впервые экспериментально обнаруженного явления интерференции сигналов вырожденного чегырёхволноиого смешения с задержкой во времени при их когерентном возбуждении двумя парами импульсов, не перекрывающимися во времени.

Показано, что во (действие на среду с неоднородным уширением резонансной линии последовательности двух импульсов накачки приводит к возникновению внутри контура неоднородною уширения частотно-модулированной разности населённостей как в основном, так и в возбужденном

состояниях (решётки), на которой происходит "дифракция" третьего "считывающего" импульса, приводящая к возникновению оптического отклика среды -стимулированного фотонного эха. Проведён численный расчёт такой решётки.

Если до воздействия считывающего сигнала возбудить среду дополнительной парой импульсов, то создаваемая ими частотная решётка будет интерферировать с решёткой от первой пары, приводя к усилению или ослаблению

процесса вынужденного четырёхволнового смешения с

задержкой во времени. Из

Последовательность лазерных импульсов в методе противофазной решетки условия, ч ю

решётки формируются независимо следует, что их уничтожение друг с другом в результате суперпозиции в частотной области будет иметь место, если их относительная разность фаз сдвинута друг относительно друга на к/2.

Для наблюдения этого явления исходный лазерный луч разделялся не на ipn, а на пять пучков, и с помощью оптических линий задержек формировалась последовательность одинаковых по интенсивности пяти импульсов накачки. Задержка между импульсами первой пары составляла Т|2=(40±2)нс. Вторая дополнительная пара рождалась из первой и совмещалась с ней с помощью оптической схемы, представляющей собой комбинацию интерферометра Майкельсона и линии задержки. При этом она отстояла от первого импульса на время тц-=(100±2)нс и имела задержку ti^Tu+A- Величина Л могла варьироваться с очень высокой точностью » небольших пределах за счет введения в один из лучей второй нары тонкой плоскопараллельной стеклянной пластинки, при вращении которой менялась длина ею оптического пути, а следовательно, и время Тп1. Считывающий импульс подавался через 220 не после первого. Используемая оптическая схема позволяла наблюдай» в пространстве два сигнала ВЧВС с задержкой во времени: сигнал jxo

! t 2' 3 зхо, пхо'

Рис.'Л.

(Рис 6), возникающий от первой пары и считывающего импульса' при закрытой второй паре (его пространственное распределение интенсивности приведено на Рис.7,а), и сигнал «//(Рис 6), возникающий от второПТшры и считывающего импульса при закрытой первой паре (Рис.6,б) Они появлялись с точностью до малой величины Л в одно и то же время Т]2 после подачи на среду считывающего сигнала и имели практически однородное пространственное распределение по интенсивности В случае же подачи на среду всех пяти импульсов накачки наблюдалась суперпозиция двух сигналов чхо и >хи\ проявляющаяся в образовании пространственной интерференционной каршны (Рис 7,в) ! !ояяление такой каршны, а не полное подавление оптического отклика среды, свидетельствует о том, что волновые векторы сигналов ВЧВС зхо и эхо' отличаются друг от друга.

В заключение главы отмечается, что описанное выше явление может быть использовано для создания способа оперативного стирания информации в рабочей среде ОЗУ, когда до воздействия считывающего сигнала действуют на среду

1110 7 парой импульсов, проитвофазных к заии-

Пространст ионное распределение

сывающим. Создаваемая этой парой

тпенсивнооей ВЧВС с задержкой во

"решетка" населён ностей будет находится

времени: о - от первом пары импульсов, о - от

второй пары импульсов.«- при также в противофазе к "решётке", создан-

ш1гсрфсрсшишлк\\сшиалов ВЧВС Эк Э' ной первой парой, приводя к её уничтожению, а значит и к стиранию записанной в ней информации. Отмечается, чго такой способ стирания информации обладает свойством селективности.

В четвёртой главе обсуждаются особенности дефазировкн резонансных оптических переходов иона Рг' в кристалле У^'тО^ Впервые получены электронные спектры пот лощения и флуоресценции иона Рг'' в интервале от гелиевых до азотных температур и изучена их тонкая структура и характер температурного ушнрення. Проведены экспериментальное наблюдения

V а #

В

температурного распада когерентности в кристалле Рг3':У25Ю5 (Рис.8,а) и дано их сравнение с температурными спадами фотонного эха в кристалле ЬаР.^Рг". Полученное на участке температур 10-20К значение полуширины уровней мультнплетного расщепления в основном состоянии ?у=6,3х10',с'1 практически на два порядка отличается от такового в кристалле ЬаРз:Рг,\ Различие значении константы для кристаллов ЬаР.^Рг1' и У^Ю^Рг' может быть связано с особенностями кристаллической структуры решётки. Дело в том, что ннзкосимметричном кристалле УгБЮз с точечной группой симметрии С,(1 кристаллическая структура может быть представлена в виде атомных плоскостей и цепочек. Возможно, что и фононные свойства такой кристаллической матрицы будут иметь значительную анизотропию А это в свою очередь можег модифицировать электрон-фононное взаимодействие примесных ионов и снизить скорость фазовой релаксации.

г ъ

Анализ кривых температурного спада для кристалла УгБЮ^Рг на участке (6-10К) (см. Рис 8,6) позволил сделать вывод о существовании нового механизма дефазировки, который может проявиться в области низких температур до

Рис х

Температурные спады амплитуды фотонного эха в кристаллах Ьа^.Рг1' и Рг1'

орбаховского механизма. Происхождение этого механизма возможно связано с туннелнрованием покои празеодима между двумя неэквивалентными положениями

в кристаллической решетке, вызывающим соответствующую дефазировку в области температур 6-10К (рис.8,6).

Основные выводы

1. Создана оригинальная установка, позволяющая проводить исследования когерентных переходных процессов типа вырожденного четырёхволнового смешения с задержкой во времени в резонансных средах. Её основными элементами являются: автоматическая перестраиваемая по длине волны во всей видимой области спектра лазерная система, оптический криостат с регулируемой в диапазоне от 4,2 К до 300 1С температурой и скоростная система регистрации слабых оптических сигналов. Данная установка позволяет также осуществлять измерение времён релаксации возбуждения в различных средах, исследовать их спектры поглощения, пропускания п флуоресценции со спектральным разрешением до 0,01 Л.

2 Впервые предсказано и экспериментально обнаружено явление интерференции не перекрывающихся во времени световых импульсов при их вырожденном четырехволновом смешении Предложено теоретическое объяснение наблюдаемого явления, базирующееся на суперпозпции двух частотных "решёток" насе-лённостен, создаваемых внутри контура неоднородного ушнрения рабочего перехода двумя нарами возбуждающих импульсов.

3 Впервые осуществлено возбуждение стимулированного фотонного эха совместно с генерацией когерентного излучения на смежном переходе в кристалле 1.а1ч Рг ' При точном резонансе возбуждение генерации приводит к полному подавлению он нала ВЧВС

4 В условиях резонансного когерентного возбуждения перехода 1 Ьо'Рц изучены основные особенности (снсрлнпн вынужденною излучения па смежном 'Роо'Н,, переходе. Установлено, что его длительность составляла 2-3 не, порог возбуждения не превышал 18 МВт/см2, а максимум энергии достигался в условиях

17

точного резонанса. Впервые наблюдалось смещение импульсе генерации к началу импульса накачки и разбиение его на два с увеличением мощности возбуждающего лазере. Наблюдавшиеся при численном моделировании временные особенности генерации на смежном переходе качественно хорошо согласуются с экспериментальными данными.

5. Проведены исследования временных характеристик процесса вырожденного четырехволнового смешения с задержкой во времени. Впервые экспериментально наблюдался эффект корреляции временной формы стнмулировашюго фотонного эхо с временным контуром третьего возбуждающего импульса. Полученные результаты хорошо согласуются с теоретическими представлениями.

6. С использованием эффекта фотонного эха изучены особенности дефазировки резонансных оптических переходов иона Рг>* в кристалле УгЭЮ}. Впервые получено значение константы, определяющей скорость орбаховского релаксационного процесса с участием одного из уровней мультнплетного расщепления состояния 'Н*. Установлен новый механизм дефазировки оптических переходов примесных ионов в кристаллах. Природа его воэшоаювышя по-видимому связана с туннелнрованием ионов Рг1* между двумя неэквивалентными положениями, которые они могут занимать в матрице УаЗЮб.

7. Предложены две схемы упралляемого стирания информации в оптических запоминающих устройствах на основе фотонного эха. В одной из них используется явление интерференции не перекрывающихся во времени световых импульсов при

их вырожденном чегтырёхволновом смешении, а во второй - эффект подавления ВЧВС при возбуждении генерации на смежном переходе.

сации но теме диссертации

1. E.A.Manykin, O.AEvsin, I S Muliin, E A Petrenko et al.. Coherent laser action in LaFt.Pr ', - In Quantum Electronics Laser Science, 1991 Technical Digest Series (Optical Society of America, Washington, D.C., 1991), p. 154.

2 E.A.Manykin, N.V.Znamenskii, D V Marchenko, R.A Petrenko, Suppressed stimulated echo in doped crystals. - In Conference on Laser and Electro-Optics, 1992, Technical Digest Series (Optical Society of America, Washington, D C, 1992), p 124-125. 3. Э А Маныкин, II.В.Знаменский, ДВ.Марченко, Е.А.Петренко Эффект подавления стимулированного фотонного эха при возбуждении когерентного излучения на смежном переходе. - Письма в ЖЭТФ, !99|, том. 54, вып.З, с. 172174

4 Э Л Маныкин. М П Ьелов, О А.Евснн, И.С.Мухин, Е.А Петренко и др Некоторые особенности фотонного эха в LaF< Рг ' и принципы оптического эхо-процессинга - Груды ФТИАН, том 2, Мнкроструктурирование тонких плёнок. -М Паука, 1991, с 84-105

5 Э.А Маныкин, Н В Знаменский, Д В Марченко, Е.А.Петренко М.А.Селифанов -Интерференция не перекрывающихся во времени световых импульсов при их вырожденном чегырёхволновом смешении. - Письма в ЖЭТФ, 1992, том 56, № 2,

с 74-77

6. E.A.Manykin, N.V Znamensky, D.V.Marchenko, li A I'eticuko, M.A.Selifanov Elaboration of rapid data erasure methods in an optical storage device based on the photon echo effect - Optical Memory and Neural Networks, vol I, No 4, p 239-256, J992.

7. Э А Маныкин, H А Петренко, 11 А Чернышев Способ произвольного считывания информации hi тре.чкоордппат нот о запоминающего устройства на основе фотошюто эха - А с СССР №1356840, I486, МКИ GI 1С 13/04

8. Э.А.Маныкин, Н.В.Знаменский, Д.В.Марченко, Е.А.Г1етренко; М.А.Селифано! Оперативное стирание информации в средах со спектрально-селективным спосо бом её хранения - Изв АН, сер.физ., 1995,том 59, №2,стр. 168-173.

9. Ю.В.Малюкнн, И.Л Ногребняк, В.П.Семнноженко, Э.А.Маныкин Д.В.Марченко, Н.В.Знаменский, Е.А,Петренко Особенности дефазировк! резонансных оптических переходов иона Рг" в кристалле Y2SÍO5

. - ЖЭТФ, 1995, том 108, вып.2(8), стр.485-492.

10. Ю.В.Малюкнн, Э.А.Маныкин, Д.В.Марченко, Е.А.Петренко, Н.Л.Погребня» В.П.Семнноженко, Н. В. Знаменский, Особенности дефазнровки резонансны оптических переходов иона Рг в кристалле YjSiOs - Тезисы докладов XV Между народной конференции по когерентной и нелинейной оптике и VIII конференцн по лазерной оптике, С.-Петербург, 1995, т.З, с.57-58.

Подписано ■ печать II.06.97. Формат 60x90/16 Печать офсетная. Усл. печ. л, 0,6. Уч.-мд. л. 0,6 Тираж 74. Заказ 13. Индекс 3624

Отпечатано * РНЦ «Курчатоасхмй институт» 123182, Москаа, пл. Академика Курчатова