Нелинейно-оптическое ограничение инфракрасного лазерного излучения в полупроводниках тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

СИДОРОВ Александр Иванович

Нелинейно-оптическое ограничение инфракрасного лазерного излучения в полупроводниках.

Специальность 01. 04. 05 оптика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Санкт-Петербург 2004

СИДОРОВ Александр Иванович

Нелинейно-оптическое ограничение инфракрасного лазерного излучения в полупроводниках.

Специальность 01. 04. 05 оптика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Санкт-Петербург 2004

Диссертация выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии «Научно-исследовательский институт лазерной физики»

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Беспалов Виктор Георгиевич

доктор физико-математических наук Егоров Валентин Семенович

доктор физико-математических наук Сейсян Рубен Павлович

Ведущая организация: Физико-технический институт

им. А.Ф.Иоффе РАН, г.Санкт-Петербург

Защита состоится 9 июня 2004 года на заседании диссертационного Совета Д 407.001.01 в ВНЦ «ГОИ им.С.И.Вавилова» (С-Пб, 199034, Биржевая линия, 12)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНЦ «ГОИ им. С.И.Вавилова»

Автореферат разослан 28 апреля 2004 года.

Ученый секретарь Совета Д 407.001.01 д.техн. наук

Степанов А.И.

рос национальна*

библиотека

Общая характеристика работы

В настоящей диссертации представлены результаты исследований, проведенных в 1993-2003 годах в Институте лазерной физики. Диссертация посвящена экспериментальному и теоретическому исследованию нелинейно-оптических эффектов в полупроводниковых монокристаллах, пленках полупроводников и полупроводниковых наноструктурах, приводящих к низкопороговому нелинейно-оптическому ограничению инфракрасного излучения в спектральном диапазоне 1-11 мкм.

Актуальность темы. В настоящее время лазеры и лазерные системы находят применение практически во всех сферах человеческой деятельности - промышленности, медицине, науке, культуре и экологии. Чрезвычайно интенсивно развивается направление передачи и обработки информации оптическими методами. Во многих из указанных областей актуальной является задача управления параметрами лазерных импульсов — амплитудой, длительностью, пространственным распределением и т. д. Во всех областях применения лазеров возникает проблема предохранения органов зрения и фотоприемных устройств от ослепления и разрушения интенсивным лазерным излучением.

Для решения данных задач используются оптические переключатели и модуляторы излучения. Оптические ограничители (лимитеры) являются частным случаем нелинейно-оптических переключателей. Данные устройства, в идеале, должны иметь высокий постоянный коэффициент пропускания при низкой интенсивности излучения и линейное уменьшение пропускания с ростом интенсивности, при превышении интенсивностью определенной пороговой величины. Ограничители могут быть использованы и для управления характеристиками лазерного излучения, в том- числе, для внутрирезонаторного управления генерацией, однако, основное и наиболее важное их применение - защита глаз и фотоприемных устройств от воздействия интенсивного излучения.

Большинство нелинейно-оптических материалов и нелинейно-оптических эффектов могут быть использованы лишь в видимой области спектра и коротковолновой части ближнего И К диапазона. Это связано, в первую очередь, с тем, что по мере увеличения длины волны, энергии фотона оказывается недостаточно для активирования процессов в веществе, приводящих к изменению его оптических характеристик. Кроме того, количество прозрачных материалов резко уменьшается при переходе из видимого и ближнего - в средний ИК диапазон. Так, если для видимой области спектра существуют сотни нелинейно-оптических

материалов, то в 10-микронном диапазоне таких материалов единицы. В то же время, лазеры, широко используемые в промышленности, экологии, лазерной локации и системах передачи и обработки оптической информации, имеют длину волны генерации в спектральном диапазоне 1-11 мкм.

Ограничитель излучения, как защитное устройство, должен иметь низкий энергетический порог ограничения излучения, не превышающий порог повреждения защищаемого объекта. . Нелинейно-оптические процессы, как. правило, протекают при высокой интенсивности излучения. Поэтому эффективное управление параметрами излучения за счет этих процессов, при малой энергии управляющего оптического сигнала, может осуществляться лишь в пико- и фемтосекундном диапазоне длительности лазерного импульса. В то же время, для решения многих прикладных задач используются лазерные источники с нано- и микросекундной длительностью импульсов излучения. При этом, интенсивность излучения, необходимая для инициирования нелинейно-оптического эффекта, возрастает на порядки и может достигать порога разрушения нелинейно-оптического материала.

Таким образом, актуальной является задача поиска. нелинейно-оптических материалов и эффектов, позволяющих получить эффективное низкопороговое ограничение лазерного инфракрасного излучения нано- и микросекундной длительности и создание на основе этих материалов и эффектов защитных оптических устройств -ограничителей излучения. Не менее актуальной является задача создания эффективных оптических переключателей для внутрирезонаторного управления генерацией лазеров среднего ИК диапазона.

Целью диссертационной работы являлось экспериментальное и теоретическое исследование нелинейно-оптических эффектов в полупроводниках, приводящих к низкопороговому оптическому ограничению ИК излучения нано- и микросекундной длительности, а также разработка, создание и исследование ограничителей излучения для спектрального диапазона 1-11 мкм.

Для достижения указанной цели, среди всего многообразия нелинейно-оптических эффектов, были выбраны три группы светоиндуцированных эффектов в полупроводниках:

- самодефокусировка излучения в монокристаллических полупроводниках с глубокими примесными уровнями,

- индуцированный излучением обратимый фазовый переход полупроводник-металл в поликристаллических пленках диоксида ванадия и

- светоиндуцированное поглощение и рассеяние в полупроводниковых наночастицах.

Исходя из поставленной цели работы и нелинейно-оптических эффектов, выбранных для исследования, было необходимо решить следующие задачи:

1. Теоретическое исследование процессов формирования динамической отрицательной линзы в полупроводнике при фотогенерации неравновесных носителей заряда с глубоких примесных уровней. Анализ влияния двухфотонного межзонного поглощения и тепловых процессов на пространственные характеристики линзы.

2. Экспериментальное исследование низкопорогового ограничения при самодефокусировке излучения в полупроводниках с глубокими примесными уровнями в спектральном интервале 1-4 мкм для нано- и микросекундной длительности лазерных импульсов.

3. Разработка многослойных тонкопленочных структур с пленкой диоксида ванадия, в качестве управляющего элемента, для ограничения инфракрасного излучения.

4. Теоретическое исследование пространственной динамики переключения пленки диоксида ванадия под действием импульса инфракрасного излучения. Анализ динамических процессов в СО2 лазере с внутрирезонаторным ограничителем излучения. Анализ эффективности процесса ограничения излучения среднего ИК диапазона в пленке диоксида ванадия.

5. Экспериментальное исследование динамики генерации ТЕА-СО2 лазера с внутрирезонаторным ограничителем на основе диоксида ванадия.

6. Экспериментальное исследование ограничения излучения среднего ИК диапазона тонкопленочными структурами с пленкой диоксида ванадия.

7. Теоретическое исследование светоиндуцированного поглощения и рассеяния в наночастицах широкозонных полупроводников и изоляторов с оболочкой, содержащей глубокие примесные уровни. Экспериментальное исследование ограничения излучения ближнего ИК диапазона наночастицами широкозонных полупроводников с оболочкой, содержащей глубокие примесные уровни.

8. Теоретическое исследование светоиндуцированного поглощения и рассеяния в наночастицах галогенидов серебра в условиях плазмонного резонанса. Экспериментальное исследование ограничения излучения среднего ИК диапазона наночастицами галогенидов серебра в условиях плазмонного резонанса.

9. Теоретическое и экспериментальное исследование светоиндуцированного поглощения и рассеяния, а также ограничения излучения среднего ИК диапазона в наночастицах диоксида ванадия.

10. Теоретическое и экспериментальное исследование светоиндуцированного поглощения и рассеяния, а также ограничения

излучения среднего ИК диапазона в диэлектрических наночастицах с оболочкой из диоксида ванадия.

11. Теоретическое и экспериментальное исследование светоиндуцированного поглощения и рассеяния, а также ограничения излучения ближнего и среднего ИК диапазона в наночастицах диоксида ванадия в условиях плазмонного резонанса.

Научная новизна.

1. Впервые экспериментально получено и исследовано низкопороговое ограничение при самодефокусировке излучения в монокристаллах полупроводников с глубокими примесными уровнями.

2. Разработаны, многослойные структуры на основе пленок диоксида ванадия с управляемыми оптическими характеристиками для ограничения излучения ближнего и среднего ИК диапазона. Теоретически исследована динамика переключения ограничителей с пленкой диоксида ванадия под действием импульса излучения, а также динамика генерации CO2 лазера с внутрирезонаторным ограничителем.

3. Впервые экспериментально получено и исследовано управление генерацией ТЕА-CO2 лазера, в том числе, управление диаграммой направленности излучения лазера, с помощью внутрирезонаторного ограничителя излучения с пленкой диоксида ванадия.

4. Впервые экспериментально исследовано ограничение импульсного излучения среднего ИК диапазона ограничителем с пленкой диоксида ванадия.

5. Теоретически исследованы нелинейно-оптические эффекты в наночастицах широкозонных полупроводников и изоляторов с оболочкой, содержащей глубокие примесные уровни. Впервые экспериментально получено и исследовано низкопороговое ограничение излучения видимого и ближнего ИК диапазона такими наноструктурами.

6. Теоретически исследованы нелинейно-оптические эффекты в наночастицах галогенидов серебра в условиях плазмонного резонанса в среднем ИК диапазоне. Впервые экспериментально получено и исследовано низкопороговое ограничение излучения среднего ИК диапазона наночастицами галогенидов серебра с оболочкой из островковой пленки серебра.

7. Теоретически исследовано светоиндуцированное поглощение и рассеяние в наночастицах диоксида ванадия, а также в наноструктурах с диоксидом ванадия в ближнем и среднем ИК диапазонах. Впервые экспериментально получено и исследовано ограничение излучения среднего ИК диапазона такими наноструктурами.

Практическая значимость работы. Проведенные исследования нелинейно-оптического ограничения излучения в полупроводниках,

пленках с фазовым переходом полупроводник-металл и полупроводниковых наноструктурах послужили основой для разработки низкопороговых ограничителей излучения ближнего и среднего ИК диапазонов, предназначенных для защиты фотоприемных устройств от повреждения лазерным излучением. Результаты исследований были использованы при создании макетов ограничителей излучения ближнего и среднего ИК диапазонов, а также легли в основу ОКР по разработке и созданию опытных образцов ограничителей для спектральных областей 1-1.55 мкм и 3-12 мкм. Полученные результаты также могут быть использованы при разработке и создании низкопороговых оптических переключателей излучения ближнего ИК диапазона для систем передачи и обработки оптической информации и для внутрирезонаторного управления генерацией лазеров среднего ИК диапазона.

Результаты работы защищены 3 патентами Российской Федерации.

На защиту выносятся следующие результаты и положения;

1. Предложены и изучены новые механизмы низкопорогового ограничения инфракрасного излучения в полупроводниках и на их основе созданы быстродействующие низкопороговые ограничители излучения.

2. Предложены и впервые реализованы низкопороговые ограничители излучения ближнего ИК диапазона на основе самодефокусировки излучения в полупроводниках с глубокими примесными уровнями. Исследованы основные закономерности формирования отрицательной динамической линзы, приводящей к ограничению излучения в примесном полупроводнике. Получено ограничение нано- и микросекундных лазерных импульсов с порогом 2-10 пДж и динамическим диапазоном 10 -106.

3. Разработаны слоистые структуры с пленкой диоксида ванадия, обеспечивающие эффективное ограничение излучения среднего ИК диапазона и исследована динамика переключения таких структур под действием лазерного излучения. Впервые получено управление генерацией С02 лазеров и ограничение 10-микронного излучения с порогом менее 1 мДж и динамическим диапазоном до 104.

4. Предложены и реализованы новые композитные среды для низкопорогового ограничения излучения видимого, ближнего и среднего ИК диапазонов на основе светоиндуцированного поглощения и рассеяния в полупроводниковых наночастицах с оболочкой. Впервые в таких средах получено ограничение излучения видимого и ближнего ИК диапазонов с порогом менее 500 пДж/см2. Показано, что в наночастицах с оболочкой из островковой металлической пленки может быть реализован плазмонный резонанс

в среднем ИК диапазоне. Впервые получено ограничение 10-микронного излучения такими наночастицами с порогом 10 мкДж/см2 и динамическим диапазоном 103.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на конференции Photonics West (California, USA, 1998), IX международной конференции «Оптика лазеров» (С-Пб, Россия, 1998), конференции Photonics West (California, USA, .1999), X международной конференции «Оптика лазеров» (С-Пб, Россия, 2000), на международном симпозиуме ISOPL-2 (Venice, Italy, 2000), V международной конференции «Прикладная оптика» (С-Пб, Россия,

2002), на XI международной конференции «Оптика лазеров» (С-Пб, Россия, 2003) и на международном симпозиуме ISOPL-3 (Arizona, USA,

2003).

Макеты ограничителей излучения экспонировались на международных выставках в Мюнхене «Laser-2001» (Германия, июль 2001), в Шанхае (КНР, ноябрь 2001), в Орландо «Aerospace-2002» (США, апрель 2002) и в Мюнхене «Laser-2003» (Германия, июнь 2003).

Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 45 опубликованной автором работе.

Личный вклад автора. Содержание.диссертации и основные положения, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора в опубликованные работы. Все представленные в диссертации экспериментальные результаты, и теоретические расчеты получены, и выполнены лично автором, либо при его непосредственном участии. Часть экспериментальных исследований выполнена совместно с аспиранткой О.П.Михеевой. Часть теоретических расчетов по динамике генерации ТЕА-СО2 лазера с внутрирезонаторным ограничителем излучения - совместно с Е.Н.Сосновым. Основные работы выполнены в соавторстве с сотрудниками НИИ ЛФ, ВНЦ «ГОИ им. С.И.Вавилова» и ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы, включающего 246 наименований. Диссертация- изложена на 327 страницах и содержит 115 рисунков и 15 таблиц.

Основное содержание работы

Первая глава содержит критический обзор, научно-технической литературы, посвященной нелинейно-оптическим эффектам в

полупроводниках и полупроводниковых наночастицах, которые используются или могут быть использованы для ограничения излучения.

Идеальный ограничитель излучения, при низкой интенсивности излучения, должен иметь коэффициент пропускания не зависящий от интенсивности излучения и близкий к 100%. Начиная с некоторого порогового значения входной интенсивности, коэффициент пропускания должен уменьшаться с ростом интенсивности, причем, интенсивность на выходе ограничителя должна сохраняться на уровне входной пороговой. После окончания воздействия интенсивного излучения, коэффициент пропускания ограничителя должен возвращаться к исходному значению.

Ограничение может происходить в результате амплитудной модуляции падающего излучения, пространственной модуляции, либо в результате действия двух процессов одновременно. В первом случае, эффект ограничения определяется светоиндуцированным изменением коэффициента поглощения среды, во втором - пространственной модуляцией показателя преломления или изменением светорассеяния.

В первой части главы рассмотрены нелинейно-оптические эффекты в монокристаллах полупроводников. Для большинства нелинейно-оптических эффектов в полупроводниках, которые могут быть использованы для ограничения излучения, первичными процессами, приводящими к появлению нелинейности, является фотогенерация неравновесных носителей заряда. Это процессы, связанные с однофотонным поглощением излучения - межзонным, внутризонным, примесным и экситонным, а также с двухфотонным межзонным поглощением. Данные процессы приводят к изменению концентрации свободных носителей заряда, в результате чего изменяется комплексная диэлектрическая проницаемость полупроводника е:

Здесь £| - диэлектрическая проницаемость при отсутствии носителей заряда, Бе - диэлектрическая проницаемость вакуума, Ь!,, /л,- и 0)с, — соответственно концентрация, эффективная масса и частота столкновения носителей /-го типа, - круговая частота излучения.

Изменение показателя преломления и поглощения при фотогенерации носителей заряда используется в быстродействующих оптических переключателях среднего ИК диапазона, в частности, в нелинейных интерферометрах на основе узкозонных полупроводников [1]. Изменение поглощения при внутризонных переходах в полупроводниках p-типа находят применение для модуляции добротности в СО2 лазерах [2].

Экспериментально, ограничение излучения было получено и исследовано для однофотонного межзонного поглощения в 81 на длине волны излучения А,=1.06 мкм [3, 4] и для двухфотонного межзонного поглощения в СаАБ (А.=1.06 мкм) и (Х.=0.53 мкм) [5].

В кремниевых планарных волноводах эффект ограничения вызван изменением показателя преломления кремния в результате фотогенерации носителей заряда. Это приводит к рассогласованию связи на входе волновода и уменьшению эффективности ввода энергии в волновод — то есть к ограничению излучения. Для импульсов излучения наносекундной длительности энергетический порог возникновения данного эффекта составляет единицы микроджоулей [3]. Эффективное ограничение излучения в монокристаллическом кремнии было получено в условиях самодефокусировки излучения [4]. Механизм ограничения здесь связан с формированием отрицательной линзы в кремниевой пластине в результате фотогенерации носителей заряда. Для длительности импульса излучения порог ограничения составил

мкДж, а динамический диапазон ограничения - 700. Основным недостатком ограничения излучения в условиях однофотонного межзонного поглощения является то, что данный процесс происходит непосредственно в фундаментальной полосе поглощения и, следовательно, линейное пропускание такого ограничителя, при низкой интенсивности излучения, мало.

Данного недостатка лишены ограничители излучения, в которых появление нелинейного отклика среды вызвано двухфотонным межзонным поглощением. Двухфотонное поглощение, будучи нелинейным процессом, само по себе уже приводит к ограничению излучения (напр. [6]). Однако, двухфотонное поглощение начинает заметно влиять на пропускание при достаточно высокой интенсивности излучения, во многих случаях, близкой к порогу разрушения. Поэтому эффективность такого ограничения невысока. В условиях самодефокусировки, когда действующим механизмом является изменение показателя преломления при двухфотонном поглощении, появляется возможность заметно уменьшить порог и увеличить динамический диапазон ограничения. Так, в монокристаллах /п8е, для мкм и длительности лазерного импульса 30 пс, самодефокусировка при двухфотонном поглощении позволяет получить ограничение с порогом 10 нДж и динамическим диапазоном до 104 [5]. В то же время, при переходе к наносекундным лазерным импульсам, порог ограничения, в данном случае, возрастает на 3-4 порядка, что сводит на нет все достоинства такого ограничителя.

Во второй части главы описаны оптические свойства диоксида ванадия. Диоксид ванадия (У02) обладает обратимым структурным фазовым переходом (ФП) полупроводник-металл [7]. ФП в УО2

сопровождается существенным изменением оптических констант, что позволяет использовать поликристаллические пленки У02, а также пленки, состоящие из смеси оксидов ванадия (ФТИРОС), в оптических переключателях среднего ИК диапазона [8], визуализаторах ИК излучения и в качестве среды для реверсивной записи голограмм [9]. Наиболее сильное изменение оптических констант У02 при ФП происходит в ИК диапазоне. Так, для Х=10.6 мкм, комплексный показатель преломления У02 при ФП изменяется от 2.55-г0.08 до 8-г9, для А.=1.06 мкм - от 3.1-/-0.5 до 1.7-Л1.8. Поэтому данный материал является перспективным для ограничения излучения в данной области спектра.

Третья часть главы посвящена описанию линейных и нелинейных оптических свойств полупроводниковых и металлических наночастиц. Особенностью нелинейно-оптических свойств прозрачной среды с наночастицами, с точки зрения модуляции излучения, является то, что кроме изменения показателя преломления и поглощения, в ней может происходить светоиндуцированное изменение рассеяния. Оптические свойства наночастиц в большой степени зависят от их размера (классические и квантоворазмерные эффекты), формы и структуры [10]. В металлических наночастицах, а также в наночастицах с металлической оболочкой, может происходить увеличение эффективной нелинейной восприимчивости за счет локального усиления поля в условиях плазмонного резонанса [11, 12]. Благодаря этим свойствам, среды с наночастицами находят применение в качестве оптических переключателей и ограничителей лазерного излучения видимого и ближнего ИК диапазона. Так, в наночастицах из с оболочкой из Аи под действием фемтосекундного импульса излучения с Х=0.8 мкм при (Зо>100 мкДж/см2 происходит сдвиг полосы поглощения, связанной с плазменным резонансом, приводящий к просветлению среды [12]. В средах с наночастицами Аи, получено ограничение пико- и

наносекундных лазерных импульсов с и 1.06 мкм с порогом

ограничения 100-200 мДж/см2.

Таким образом, монокристаллы, поликристаллические пленки и наночастицы полупроводников являются перспективными материалами для ограничения лазерного излучения. Однако, до настоящего времени оставались нерешенными задачи низкопорогового ограничения нано- и микросекундных лазерных импульсов, а также задача ограничения излучения среднего ИК диапазона. Решению данных задач посвящены следующие главы диссертации.

Во второй главе представлены результаты исследования низкопрогового ограничения нано- и микросекундных лазерных импульсов при самодефокусировке излучения в монокристаллах

полупроводников с глубокими примесными уровнями. В основе данного процесса лежит изменение показателя преломления в результате фотогенерации носителей заряда с глубоких примесных уровней при ДЕ<Ау<Ег (ДЕ - энергетический зазор между примесным уровнем и дном зоны проводимости, Ев - ширина запрещенной зоны полупроводника). С точки зрения ограничения излучения, данный процесс занимает промежуточное положение в сравнении с аналогичными процессами в результате однофотонных и. двухфотонных межзонных переходов. С одной стороны,.так как он является однофотонным, то может обеспечить низкий порог ограничения, с другой стороны, малая концентрация примесных центров позволяет получить высокое начальное (линейное) пропускание среды.

Ограничение излучения при самодефокусировке определяется структурой и динамикой отрицательной линзы, которая возникает в полупроводнике при фотогенерации неравновесных носителей заряда. Поэтому, в качестве основной задачи теоретического анализа, которому посвящена первая часть главы, было выбрано изучение свойств отрицательной линзы при низкой и высокой интенсивности воздействующего излучения. Процессы фотогенерации и рекомбинации носителей заряда в полупроводнике, при наличии глубоких примесных уровней, имеют ряд особенностей, основные из которых учитывались при построении теоретической модели. Это — зависимость коэффициента примесного поглощения от концентрации заполненных примесных центров, зависимость постоянной времени примесной рекомбинации от концентрации свободных примесных центров и каскадные переходы при энергетический зазор между примесным уровнем и валентной зоной). При высокой интенсивности излучения учитывалось двухфотонное поглощение при межзонная рекомбинация, Оже-

рекомбинация, поглощение на свободных носителях заряда и температурная зависимость показателя преломления. Во всех случаях учитывалась диффузия неравновесных носителей заряда. Анализ проводился для гауссова пучка.

При низкой интенсивности падающего излучения, вблизи порога ограничения, поперечная структура динамической линзы определяется пространственным профилем падающего пучка и при длительности импульса излучения менее 100 не (слабое влияние диффузии носителей) практически совпадает с поперечным распределением интенсивности в пучке. Данная зависимость связана с тем, что нелинейная добавка к показателю преломления пропорциональна концентрации неравновесных носителей заряда, которая, в свою очередь, пропорциональна интенсивности падающего излучения. При увеличении интенсивности излучения, при отсутствии каскадных переходов, происходит насыщение примесного поглощения и генерация неравновесных носителей на оси

пучка прекращается. Это приводит к деформации поперечного профиля линзы - к уменьшению и исчезновению градиента показателя преломления на оси пучка. В результате этого на оси пучка исчезает дефокусировка, и, как следствие, ограничение становится менее эффективным, а затем и полностью прекращается. При наличии каскадных переходов насыщение примесного поглощения отсутствует, однако и в . этом случае эффективность ограничения несколько уменьшается, так как вероятность каскадных переходов меньше вероятности фотогенерации носителей с примесных центров.

Анализ продольной структуры линзы при низкой интенсивности падающего излучения показал, что собственно ограничение излучения возникает, когда ширина по уровню 0.5 осевого распределения нелинейной» добавки к показателю преломления превысит длину перетяжки пучка в 2 раза. При этом в распределении появляется асимметрия, которая увеличивается с ростом интенсивности падающего излучения—минимум Дп смещается навстречу пучку (рис. 1 а).

При высокой интенсивности излучения Вт/см2) вклад в

пространственную структуру линзы вносит двухфотонное поглощение (при и изменение температуры полупроводника в области

воздействия излучения. Вклад двухфотонного поглощения проявляется в следующем. Во-первых, фотогенерация носителей заряда при двухфотонном поглощении приводит к увеличению градиента показателя преломления на оси пучка — в результате появляется дополнительная область ограничения, связанная с самодефокусировкой.

Дп. 10' Дп. 10'

I О 1 0 10 20 30

7.. мм мкм

Рис.1, а - осевой профиль линзы вблизи порога ограничения. 1 — 10*" Дж, 2 - ЮЛ.З - КГ9, т=2 не. б - поперечный профиль линзы при высокой интенсивности излучения. 1.7-107, т=Ю не.

Во-вторых, собственно двухфотонное поглощение приводит к уменьшению пропускания кристалла. В-третьих, увеличение

концентрации носителей заряда при двухфотонном поглощении приводит к уменьшению пропускания кристалла за счет роста поглощения на свободных носителях заряда. Эффекты, связанные с уменьшением пропускания проявляются, в основном, вблизи оси пучка и увеличивают эффективность ограничения. Однако, при 1о>5-106 Вт/см2, увеличение температуры кристалла в области воздействия излучения приводит к появлению положительной тепловой линзы (рис. 16), которая на оси пучка может частично скомпенсировать отрицательную линзу и уменьшить эффективность ограничения. В результате происходит уменьшение динамического диапазона ограничения, связанного с дефокусировкой при двухфотонном поглощении. Таким образом, при высокой интенсивности излучения, поперечная структура динамической линзы усложняется за счет появления тепловой линзы, а также за счет осевых областей пониженного пропускания, связанных с двухфотонным поглощением и поглощением на свободных носителях заряда.

Во второй части главы представлены экспериментальные результаты по низкопороговому ограничению излучения ближнего ИК диапазона в монокристаллах ваАв и 7л&е с глубокими примесными уровнями. Образцы ваАв содержали примесные центры с ДЕ=0.4-1 эВ с концентрацией см", образованные внедренным кислородом,

медью и хромом, а также дефектами типа ЕЬ2. Образцы содержали центры с ДЕ=0.23-2 эВ с концентрацией до 1018 см"3, благодаря примеси кислорода и точечным дефектам типа вакансий и междоузельных атомов Ъп и 8е. Толщина образцов - й=2-6 мм. Линейный коэффициент пропускания ваЛ при ё=5 мм с просветляющими покрытиями для Х=1.5 мкм - 80%. Эксперименты проводились на длинах волн 0.65, 1.06, 1.315, 1.54, 1.55 мкм и в спектральном интервале 3.8-4.2 мкм. Длительность лазерных импульсов варьировалась от 5 не до 6 мкс. Фокусное расстояние первой линзы ограничителя (см. вставку в рис.2а) изменялось ОТБ1 = 6 ДО Б1 = 100ММ.

Эксперименты показали, что фотогенерация носителей заряда с глубоких примесных уровней приводит к появлению низкопороговой области ограничения с порогом до единиц пДж (рис.2 и таблица 1). Ограничение в данной области прекращается при насыщении примесного поглощения. При наличии каскадных переходов и двухфотонного поглощения динамический диапазон ограничения расширяется. На порог ограничения в сильной степени влияет пространственное распределение излучения на входе ограничителя и ширина спектра излучения. Второй фактор является причиной высокого порога ограничения в спектральном интервале 3.8-4.2 мкм.

10''1-1-1-1——I-1 ю"1_1—_1-1-1-1

10а 10" 10" 10* 10* 10'' 10' 10" 10' 10* 10' ^д* Е..Д*

Рис.2. Низкопороговое ограничение в ОаАБ на длине волны 1.315 мкм. а - х=50 не, б - т= 6 мкс. На вставке - оптическая схема ограничителя.

Для расширения динамического диапазона ограничения и увеличения лучевой стойкости может быть использована двухкаскадная схема ограничителя. Второй, короткофокусный каскад, обеспечивает низкий порог ограничения и основную часть динамического диапазона. Первый, длиннофокусный, каскад, защищает второй каскад от разрушения излучением и расширяет динамический диапазон. В данной схеме ограничителя на длине волны. 1.06 мкмпри .1=10 не для GaAs экспериментально был получен динамический диапазон ограничения 108.

Таблица 1. Основные экспериментальные результаты

X, мкм 1 X Мате- Р1; Р2; Ь Епор" ■ Динамич.

- НС риал . мм пДж диапазон

1.06 10 СаАв 6; 4; 50 5 105-106

УАС:Ш лазер гпЗе 6; 4; 50 10 105

1.315 50 СаАэ 25; 15; 50 2 ю4

' Йодный лазер

1.315 6 ОаАэ 6; 4; 50 8 ю4

Йодный лазер МКС гпБе 6; 4; 50 20 5-104

1.55 5 вгАэ 25; 15;50 5 Ю4

Ег-лазер

3.8-4.2 250 гпБе 50; 30; 100 0.5- 6

БР-лазер мДж

Эксперименты по ограничению импульсно-периодического излучения проводились для GaAs на длине волны 1.55 мкм при длительности лазерного импульса 5 не и частоте повторения импульсов

10-100 кГц. Ограничение излучения наблюдалось на всех частотах повторения импульсов. Установлено, что при увеличении частоты повторения происходит уменьшение порога ограничения и динамического диапазона. Первый эффект связан с накоплением неравновесных носителей в зоне воздействия излучения. Возможность такого процесса определяется тем, что постоянная времени примесной рекомбинации зависит от концентрации свободных примесных центров. По мере увеличения временного интервала после окончания воздействия излучения происходит увеличение постоянной времени. Второй процесс связан с нагревом импульсно-периодическим излучением области воздействия и образованием положительной тепловой линзы.

Эксперименты по определению времени восстановления начального пропускания после воздействия излучения проводились для ваАв двухволновым методом. Источником воздействующего излучения являлся УАв^с! лазер (Х=1.06мкм, т=15 не), источником зондирующего излучения — непрерывный Ие-№ лазер (Х=3.39 мкм). Эксперименты показали, что время восстановление начального пропускания до уровня 90% составляет 200-300 не.

В выводах второй главы отмечены основные достоинства и недостатки ограничителей на основе самодефокусировки излучения в полупроводниках с глубокими примесными уровнями. К достоинствам можно отнести чрезвычайно низкие пороги ограничения - до единиц пикоджоулей, большой динамический диапазон ограничения - 104-106, эффективное ограничение нано- и микросекундных лазерных импульсов и широкая спектральная область ограничения (ДЕ<Ау<Е8). Недостатки являются общими для ограничителей на основе самодефокусировки излучения - зависимость эффективности ограничения от пространственных и спектральных характеристик падающего излучения и необходимость использования в ограничителе оптической схемы -телескопа.

В третьей главе представлены результаты исследования ограничения излучения среднего ИК диапазона слоистыми структурами с пленкой диоксида ванадия (У0?), который обладает обратимым фазовым переходом (ФП) полупроводник-металл. Для среднего ИК диапазона воздействующим фактором, инициирующим ФП в У02, является нагрев излучением.

Первая часть главы посвящена исследованию оптических свойств слоистых структур с пленкой У02 (УО2-зеркал) в качестве управляющего элемента, с точки зрения их использования для ограничения инфракрасного излучения. В таких структурах ФП полупроводник-металл в У02 при увеличении температуры / должен приводить либо к уменьшению коэффициента отражения (<ЖЛЛ<0), либо

к уменьшению коэффициента пропускания (</Г/<Л<0), либо к пространственной модуляции прошедшего (отраженного) излучения. Анализ проводился для спектрального диапазона 1-11 мкм.

Первая группа структур с пленкой У02 представляет собой многослойные тонкопленочные интерферометры с <Ж/сЛ<0. Особенностью интерференционной системы с пленкой VO2 является то, что, в зависимости от температуры, она может находиться в трех состояниях: состоянии, соответствующем полупроводниковой фазе VO2, промежуточном, соответствующем непосредственно области ФП и состоянии, соответствующем металлической фазе VO2. При этом, благодаря сильному изменению оптических констант при VO2 ФП, тип интерферометра и его оптические свойства в каждом из состояний могут существенно отличаться.

Отрицательный знак йЯ/й реализуется в интерферометре, в котором среда между зеркалами состоит из пленки У02, имеющей в полупроводниковой фазе оптическую толщину сНк/4. Первое зеркало интерферометра образовано прозрачной четвертьволновой пленкой с высоким показателем преломления (например Ge). Заднее зеркало интерферометра имеет коэффициент отражения близкий к 100 %. При переходе пленки VO2 в металлическую фазу, она становится задним зеркалом интерферометра, а прозрачная четвертьволновая пленка выполняет функцию просветляющего покрытия. В такой структуре, состоящей из 3-х слоев, для А.=10.6 мкм коэффициент отражения при ФП изменяется от 98 % до 0.1 % (рис.За), для Х=2 мкм - от 86 % до 0.4 %.

Рис.3. Изменение коэффициента отражения в интерференционных структурах с пленкой УОг- а - 3-слойная структура с <№/с/1<0, б - 5-слойная структура с <ЛШ£>0 и </Ш/<0.

При использовании тонкой пленки VO2 в качестве первого зеркала интерферометра также может быть реализовано изменение

коэффициента отражения с йВ/йКО. Оптическая толщина среды между зеркалами, в данном случае должна быть кратна Х/4, а заднее зеркало интерферометра должно иметь коэффициент отражения близкий к 100 %. До ФП пленка У02 слабо влияет на свойства интерферометра и его коэффициент отражения определяется коэффициентом отражения заднего зеркала. После ФП пленка У02 выполняет функцию первого, поглощающего зеркала интерферометра и коэффициент его отражения уменьшается. В структурах данного типа, состоящих из 3-х слоев, для ^.=10.6 мкм коэффициент отражения при ФП изменяется от 98 % до 0.1%, для Х=2.5 мкм - от 91 % до 0.3 %.

Так как в ближнем ИК диапазоне оптические константы У02 при ФП изменяются относительно мало, для получения высокого коэффициента модуляции коэффициента отражения с необходимо использовать трехзеркальные интерферометры. В этом случае пленка У02 размещается между 2 и 3 зеркалами интерферометра и управляет коэффициентом отражения и фазой отраженного от 2 зеркала излучения. Расчет показывает, что в таких 10-слойных структурах коэффициент отражения при ФП изменяется для мкм от 97 % до 0.1 %, для Я.=1.06 мкм - от 98 % до 0.5 %.

Вторая группа представляет собой слоистые структуры с нарушением полного внутреннего отражения (НПВО), имеющие гЖЛЛО. Простейшая структура данного типа представляет собой тонкую пленку У02, нанесенную на призму ПВО. Модуляция коэффициента отражения с <ЛиЖ<0 происходит при углах падения, больших критического, благодаря увеличению поглощения затухающей волны. Для А.=10.6 мкм при ФП в пленке У02, толщиной 0.06 мкм на ве призме при 9=30° коэффициент отражения изменяется от 98.7 % до 0.06 %. При меньших длинах волн для обеспечения высокого коэффициента модуляции, необходимо вводить дополнительный диэлектрических слой поверх пленки У02, который обеспечивает оптическое согласование. В подобной двухслойной системе для Х=2 мкм при ФП коэффициент отражения изменяется от 88% до 0.01 %. Модуляция отражения с сЖЛЛО происходит и в двухслойной структуре, в которой диэлектрический слой расположен между призмой с высоким показателем преломления и пленкой У02. В этом случае уменьшение коэффициента отражения происходит за счет интерференции затухающей волны после перехода пленки в металлическую фазу. Расчет показывает, что в таких 2-слойных структурах коэффициент отражения при ФП изменяется для мкм

мкм от 98.7 % до 0.2%, для Х=2 мкм - от 86 % до 1 %.

Основным недостатком описанных выше структур с </ЯЛЛ<0 является то, что после перехода в состояние с низким коэффициентом отражения, практически вся энергия падающего излучения поглощается пленкой У02. Применительно к ограничителям излучения это приводит к

снижению их лучевой стойкости. Поэтому такие структуры могут применяться для ограничения излучения с относительно низкой энергией. Другим их применением является внутрирезонаторное управление - выключение генерации лазеров. В этом случае, порог разрушения не достигается, так как генерация срывается до достижения температуры завершения ФП.

Значительно более высокую лучевую стойкость имеют структуры, в которых ФП сопровождается уменьшением коэффициента пропускания и увеличением коэффициента отражения: </Г/гЛ<0 и сЛ1/<Л>0. Простейшей такой структурой является пленка УО2 на прозрачной подложке с высоким показателем преломления, имеющая до ФП оптическую толщину, равную Л/4. Такая структура, при толщине пленки 1 мкм до ФП имеет Т=60-80 %, а после ФП - ТО.0003 % в спектральном диапазоне 3-12 мкм. При этом, при переходе пленки У02 в металлическое состояние коэффициент отражения возрастает до Более высокое пропускание до ФП обеспечивает 2-слойная структура, состоящая из пленки У02 и диэлектрической пленки, имеющая суммарную оптическую толщину Х/4. В этом случае до ФП коэффициент пропускания может достигать 93 %, а коэффициент отражения после ФП также составляет Для дальнейшего повышения лучевой стойкости

за счет увеличения коэффициента отражения после ФП необходимо использовать более сложные структуры. Например, это реализуется в пленочном интерферометре с диэлектрическим задним зеркалом и пленкой У02, расположенной между зеркалами, за счет изменения оптической толщины среды между зеркалами при ФП от У2 до Х/4. Так, в 6-слойной структуре для Х=10.6 мкм при ФП Т изменяется от 66 % до 0.46 %, а Я - от 25 % до 97 % (рис. 36). В этом случае, после ФП структура поглощает всего 3 % падающего излучения. Для Х=2 мкм в 6-слойной структуре при ФП Т изменяется от 50 % до 0.8 %, а Я - от 25 % до 90 %. Дополнительным достоинством структур данного типа является то, что в них могут быть получены минимальные фазовые искажения прошедшего излучения при его ограничении. Так, расчет показывает, что сдвиг фазы прошедшего излучения при ФП в пленке У02 толщиной 0.2 мкм не превышает 0.1 рад для Х=10.6 мкм. В двухслойной структуре сдвиг фазы не превышает 0.36 рад.

Четвертая группа представляет собой слоистые дифракционные структуры, имеющие <ЖЛЛ<0 в одном из порядков дифракции. Принцип ограничения, в данном случае, заключается в пространственной модуляции излучения за счет преобразования структуры при ФП из дифракционной в структуру со свойствами обычного зеркала. Расчет показывает, что в 3-слойной структуре данного типа при ФП для мкм в первом порядке дифракции дифракционная эффективность может

изменяться в 10" раз. Однако, такие характеристики реализуются в узком спектральном интервале и зависят от поляризации излучения.

Во второй части главы рассмотрена динамика переключения слоистых структур с пленкой У02 под действием импульса излучения среднего ИК * диапазона. В данной области спектра механизм переключения пленки У02 - тепловой, а основной его особенностью является то, что оптическая нелинейность проявляется в узком температурном интервале ФП - 55-70°С. При численном моделировании для длительности лазерного импульса более 1 мкс использовалось приближение тепловой модели тонкой поглощающей пластины (слоистая структура), находящейся в идеальном тепловом контакте с полуограниченным телом (подложка). Тепловой источник - лазерный луч - имел гауссов профиль, а удельная мощность тепловыделения определялась выражением:

с учетом того, что К и Т в интервале ФП зависят от мгновенной температуры пленки УОг-

Теоретический анализ проводился для двух случаев -внутрирезонаторного управления генерацией СО2 лазера с помощью УО2-зеркала с йК/й1<0 и для ограничения импульса лазерного излучения УО2-зеркалом с dT/dt<0 и <Ш/й1>0. При использовании УО2-зеркала с dR/dt<0, в качестве одного из зеркал резонатора лазера, его нагрев внутрирезонаторным излучением приводит к уменьшению коэффициента отражения, увеличению внутрирезонаторных потерь и, в конечном счете, к срыву генерации. Временная задержка переключения зеркала зависит от интенсивности излучения и температуры подложки, что дает возможность управлять длительностью импульса генерации лазера. Кроме того, УСЬ-зеркало с dR/dt<0 позволяет избежать эффекта «теплового захвата» [13] в сканирующем СО2 лазере, в котором управление пространственным положением луча задается управляемым У02- зеркалом с dR/dt >0.

Пространственная динамика области переключения на зеркале определяется, в основном, профилем лазерного пучка. Область максимального тепловыделения на зеркале, согласно (2), совпадает непосредственно с областью ФП. Поэтому, для пучка с гауссовым профилем она будет иметь форму расширяющегося кольца (рис.4а). Соответственно, и переход зеркала в состояние с низким К будет происходить в виде «волны переключения», повторяющей форму области максимального тепловыделения. Скорость волны переключения, при высокой интенсивности излучения, практически не зависит от теплопроводности подложки зеркала. В основном она определяется, интенсивностью и градиентом интенсивности излучения и может достигать 50-100 мм/мкс.

Р. отн. ед. 1/1(0), оти. сл..

Рис.4, а - удельная мощность тепловыделения в УОг-зеркале с (2) для лазерного пучка с гауссовым профилем (1). б - относительная интенсивность прошедшего излучения для УО2-зеркала с dT/dt<0 и (1Л/(1С>0 для лазерного пучка с гауссовым профилем. 1-1=0, 2-0.3 мкс,. 3 - 0.6 мкс, 4 - 1 мкс.

Численное моделирование показало, что существование волны переключения, движущейся с высокой скоростью по поверхности VO2-зеркала, во внутрирезонаторных условиях позволяет управлять пространственным положением области генерации лазера. Так, в СО2 лазере с сопряженным резонатором и двумя VО2-зеркалами (dR/dP>0 и dR/dt<0) может быть осуществлен режим быстрого углового сканирования диаграммой направленности излучения при внешнем начальном запуске генерации в малой области зеркала с dR/dt>0. При этом, волна переключения на зеркале dR/dt>0 задает включение и направление распространения области генерации в поперечном направлении, а волна. переключения на зеркале dRJdt<0 задает выключение генерации. В данном случае, при наличии временной задержки между переключением зеркал с dR/dt>0 и dR/dt<0, вместе с их волнами переключения движется и область генерации. Перемещение области генерации происходит путем дискретного появления и исчезновения поперечных мод,, а скорость перемещения области генерации зависит от коэффициента усиления активной среды и интенсивности излучения на зеркале с dR/dt>0.

Динамика переключения слоистой системы с пленкой УО2 (dR/dt>0 и dT/dt<0) при ограничении излучения, в случае неравномерного пространственного распределения падающего излучения, также определяется динамикой волны переключения (рис.4). Интегральный коэффициент ослабления излучения в режиме ограничения определяется несколькими факторами: временной

задержкой переключения относительно фронта импульса излучения, скоростью распространения волны переключения и относительной энергией излучения в крыльях распределения падающего излучения (области пучка, где из-за низкой интенсивности излучения, ограничение отсутствует). Таким образом, при ограничении лазерного импульса с пространственно-неравномерным распределением излучения,

динамические процессы, с одной стороны, приводят к увеличению динамического диапазона ограничения в 10-100 раз, с другой стороны, уменьшают интегральный коэффициент ослабления в режиме ограничения в 10-Ю3 раз по сравнению с коэффициентом ослабления, который имеет место при равномерном нагреве пленки У02 до Увеличение динамического диапазона и интегрального коэффициента ослабления, а также уменьшение порога ограничения может быть достигнуто в многокаскадных либо многопроходовых схемах с одновременной фокусировкой излучения.

В третьей части главы представлены экспериментальные результаты исследования взаимодействия лазерного излучения с ограничителями на основе V02. Эксперименты по внутрирезонаторному управлению генерацией ТЕА-С02 лазера (Х.= 10.6 МКМ, 1=2 мке) У02-зеркалами с dR/dt<0 показали, что изменение времени задержки переключения зеркала путем изменения температуры его подложки позволяет управлять длительностью импульса генерации в пределах 50 не - 2 мкс. В экспериментах с ТЕА-С02 лазером с сопряженным резонатором и УОг-зеркалами с dR/dt>0 («включающее» зеркало) и dR/dt<0 («выключающее» зеркало) получен режим автосканирования со скоростью движения области генерации по зеркалам - 8 мм/мке. Начальный запуск генерации в «точке» на зеркале с dRJdoQ производился УЛО:Кё лазером.

Исследование ограничения излучения У02-зеркалами с dR/dt>0 и dT/dt<0 проводилось на длине волны 10.6 мкм (х=1-20 мкс) и в спектральном интервале 3.8-4.2 мкм (т=250 не). Эксперименты показали, что порог ограничения зависит от длительности импульса излучения, температуры и теплопроводности подложки и составляет 5-20 мДж/см2. В двухкаскадном ограничителе с фокусировкой пучка для мкм и

1=2 мкс получен порог ограничения 10 мДж и динамический диапазон 101. Время восстановления начального пропускания после воздействия излучения определялось двухволновым методом и составило 10-100 мкс, в зависимости от температуры и теплопроводности подложки зеркала, а также от энергии падающего излучения. На основании проведенных исследований был изготовлен макет трехпроходового ограничителя на базе зеркального телескопа, в котором излучение трижды проходит через У02-зеркало с с1Е/с1г>0 и с1У/Л<0 с одновременной фокусировкой (см. вставку в рис.5). В данном ограничителе для Х= 10.6 мкм и т=20 мкс

получен порог ограничения 0.8 мДж и динамический диапазон -104 (рис.5). Интегральный коэффициент ослабления при Qвx—26.5 Дж равен 1.5*104. Форма кривой ограничения определяется последовательностью переключения областей VО2-зеркала, соответствующих каждому из трех проходов.

Рис.5. Ограничение излучения в макете трехпроходового ограничителя. Х=10.6 мкм, 1=20 МКС. На вставке - оптическая схема ограничителя-

Исследования лучевой стойкости У02-зеркал проводились для >1=10.6 мкм (С02 лазер) и в спектральных интервалах 3.6-4.2 мкм (ВБ лазер) и 2.6-3.1 мкм (HF лазер) в моноимпульсном, импульсно-периодическом и непрерывном режимах. Длительность импульсов излучения варьировалась от 0.3 до 50 мкс. Эксперименты и численное моделирование показали, что для указанных условий воздействия механизм разрушения является тепловым. Порог разрушения зависит от длительности воздействующего импульса, коэффициента отражения зеркала после ФП, толщины интерференционной системы и теплопроводности подложки зеркала. Начальная стадия разрушения состоит в расслоении пленок интерференционной системы, вследствие механических напряжений, в условиях высокого градиента температуры по их толщине и последующем появлении в пленках микротрещин. Пороги разрушения \Ю2-зеркал с йК/йРХ) моноимпульсным излучением составили 15-24 Дж/см2 для 1=20-50 мкс и 2.2 Дж/см2 для т=1.5 мкс. Для

\Ю2-зеркал с с1Ц/Ж<0 - 0.15 Дж/см2 при 1=1.5 мкс. При импульсно-периодическом воздействии порог

разрушения VCb-зеркал с <1К/с1{>0 составил 0.6-2 Дж/см"1 (плотность

энергии в каждом импульсе), в зависимости от теплопроводности подложки. При непрерывном воздействии (^.=3.6-4.2 мкм) порог разрушения превысил 3 кВт/см".

В выводах третьей главы отмечены основные достоинства и недостатки ограничителей на основе VO2. К достоинствам можно отнести широкую спектральную область ограничения, высокую лучевую стойкость и возможность достижения большого динамического диапазона. Основными недостатками являются необходимость термостатирования пленки VO2 и относительно высокие пороги ограничения.

В четвертой главе диссертации представлены результаты исследования нелинейно-оптического ограничения излучения наночастицами полупроводников. Ограничители излучения, описанные в предыдущих главах, наряду с достоинствами, имеют и ряд недостатков -необходимость оптической схемы в ограничителе, зависимость ограничения от температуры, пространственных и спектральных характеристик излучения и т.д. Исследования показали, что эти недостатки могут быть устранены либо минимизированы в ограничителях на основе светоиндуцированного поглощения и рассеяния в средах с полупроводниковыми наночастицами. Важным свойством таких сред является возможность варьирования линейных и нелинейных оптических свойств в широких пределах путем изменения формы, размера и структуры наночастиц, а также их концентрации и компонентного состава в прозрачной среде.

В первой части главы описаны нелинейно-оптические свойства наночастиц широкозонных полупроводников и изоляторов в видимой (Л.=0.53 мкм) и ближней ИК (\=1.06 мкм) областях спектра. Эксперименты проводились с наночастицами материалов с Е^З эВ: ТЮ2) А120з, ВаО, СаР2, ВаР2> СаС03 и ВЫ, а также с

наночастицами некоторых оксидов и халькогенидов металлов с 1.5<Ев<2.5 эВ. Средний размер наночастиц составлял 50-100 нм. В качестве прозрачной среды использовалось вакуумное масло ВМ-4 (прозрачная, бесцветная, вязкая жидкость с Концентрация

наночастиц в среде варьировалась в пределах 0.05-0.5%. Линейное пропускание среды с наночастицами для й=6-\0 мм в спектральной области 0.5-1.5 мкм составляло 40-80%. Эксперименты показали, что в средах с наночастицами, имеющими Е^>3 эВ, происходит ограничение излучения с Х=0.53 мкм и т=10 не с порогом 0.1-0.5 нДж/см2, в то время, как в средах с наночастицами с эВ такое низкопороговое

ограничение отсутствует. Динамический диапазон ограничения Б достигает 300. На длине волны 1.06 мкм при т=10 не ограничение наблюдается в наночастицах с порогом 0.1-0.5 нДж/см2 и

динамическим диапазоном до 100. На спектрах пропускания наночастиц с Е^>3 эВ наблюдаются широкие полосы поглощения. Причем, для ТЮг, СаР2 эти полосы поглощения достигают А.= 1.5-1.7 мкм, в то время как для наночастиц остальных исследованных материалов полосы поглощения лежат в спектральном интервале с Х<1 мкм. В таблице 2 приведены характеристики ограничения для исследованных наночастиц при Х=0.53 и 1.06 мкм.

Таблица 2. Ограничение излучения наночастицами широкозонных полупроводников и изоляторов._

Материал ЕВ 0.53 мкм 1.06 мкм

наночастиц эВ С>п, нДж/см2 О <)„, нДж/см2 О

ТЮ2 3.05 0.15 50 0.1 100

АЬО, 3.6 0.2 50 - -

МйО 7.3 ■ 0.1 120 - -

ВаО -4.3 0.5 20 -

ВаГ) -6 0.1 300 - • -

СаР2 ~6 0.1 100 0.5 30

СаС03 ~5 0.2 50 0.5 20

ВЫ 4.8 0.1 100 - -

В модели, объясняющей нелинейно-оптические свойства данного класса наночастиц, предполагалось, что наночастица состоит из непоглощающего ядра и тонкой оболочки, содержащей большое. количество дефектов кристаллической структуры (см. вставку в рис.ба). Дефекты создают в оболочке глубокие примесные уровни или примесную зону, что приводит к появлению примесного поглощения в оболочке, которое сопровождается фотогенерацией носителей заряда. Изменение концентрации носителей заряда приводит к изменению показателя преломления оболочки и коэффициента ее поглощения — за счет поглощения на свободных носителях заряда. Диффузия носителей из оболочки внутрь ядра соответствует увеличению толщины поглощающего слоя. В том случае, если показатель, преломления наночастицы п больше показателя преломления окружающей среды пь происходит увеличение сечения поглощения и рассеяния наночастицы (рис.ба) - возникает ограничение излучения. Основную роль при этом играет изменение сечения рассеяния. Когда объем поглощающего слоя становится сравним с объемом ядра, происходит насыщение зависимости ^(Ьх) - ограничение уменьшается или прекращается. Таким образом, эффект ограничения излучения в наночастицах широкозонных полупроводников и изоляторов определяется динамикой поглощающей

Рис.6, а - расчетные зависимости сечения поглощения и рассеяния наночастиц с динамической оболочкой от интенсивности падающего' излучения. На вставке - геометрия наночастицы. б - кривая ограничения макета двухкаскадного ограничителя с наночастицами СаИг- А.= 1.06 мкм, Т=10 не. На вставке - оптическая схема ограничителя.

оболочки, сформированной неравновесными носителями заряда. Так как величина поглощения на свободных носителях заряда весьма мала, то данный эффект можно наблюдать лишь при отсутствии поглощения.в ядре наночастицы. Вторым условием возникновения эффекта ограничения; является соотношение показателей преломления наночастицы и окружающей среды. Так, для среды с увеличение

толщины поглощающей оболочки сопровождается уменьшением сечения поглощения и рассеяния - среда в этом случае просветляется.

На основании проведенных исследований был изготовлен макет двухкаскадного ограничителя с наночастицами СаРг (см. вставку в рис.66), в котором для не было получено ограничение

с порогом 50 пДж/см2 и динамическим диапазоном 103 (рис.66).

Во второй части главы представлены результаты экспериментального и теоретического исследования нелинейно-оптических свойств наночастиц галогенидов серебра (AgHal) с оболочкой из островковой пленки серебра в среднем ИК диапазоне.

Нелинейно-оптическая- среда изготавливалась следующим образом. Смесь А§На1 (65% AgBr+35% AgCl) доводилась до плавления, а затем проводилась ее кристаллизация на свету. В результате такой обработки на спектре пропускания среды появляется ряд узких полос поглощения в спектральном интервале 3-12 мкм. Оптическая нелинейность проявляется в ограничении излучения с Я.= 10.6 мкм и

мкм. Так, в образцах толщиной 3 мм для мкм и

мкс. получено ограничение с порогом 10-20 мкДж/см2 и динамическим диапазоном до 103. Электронно-микроскопический анализ показал, что

среда состоит из хаотически ориентированных зерен AgHal, имеющих форму слабо вытянутых эллипсоидов с размером 200-300 нм.

При плавлении и кристаллизации AgHal на свету происходит частичный фотолиз AgHal с выделением наночастиц металлического Ag. В процессе кристаллизации частицы Ag выделяются на поверхности зерен AgHal в виде островковой пленки. Теоретический анализ показал, что эффективная диэлектрическая проницаемость такой пленки имеет сильную дисперсию в среднем ИК диапазоне, причем, положение особенностей на зависимости существенно зависит от формы,

размера, плотности упаковки частиц пленки и диэлектрической проницаемости окружающей среды. Расчет сечения поглощения и рассеяния наночастиц ^На1 с оболочкой из островковой пленки Ag, показал, что на зависимостях возникают узкие максимумы

(рис.7а), положение которых зависит от положения областей сильной дисперсии островковой пленки. При этом в максимумах выполняется условие возбуждения плазмонного резонанса [11] - обращение в ноль действительной части знаменателя в выражении для поляризуемости наночастиц. Возникновение плазмонных резонансов сопровождается локальным усилением амплитуды поля электромагнитной волны внутри и вблизи наночастицы.

о., сгтн.ед. , кч 0_. ото ед.

°'2Г Г ¿: Г

МКМ й..Дж/см!

Рис.7, а - сечение поглощения наночастиц ^На1 с оболочкой из островковой пленки для геометрического фактора частиц А§/=0.0089 (1, 2) и /=0.0087 (1\ 2'). 1, Г-д0=0,2,2'-д0=80мкДж/см2. На вставке -структура наночастицы. б - экспериментальная кривая ограничения излучения наночастицами AgCl с оболочкой из островковой пленки Ag в матрице из Ю.'Х.=10.6 мкм,т=1.5 мкс, d=l мм.

Оптическая нелинейность в таких наночастицах связана с пъезооптическим эффектом в AgHal, усиленным, благодаря локальному увеличению поля внутри наночастицы. Изменение показателя преломления ядра наночастицы, в результате пъезооптического эффекта, приводит к спектральному сдвигу области плазмонного резонанса и, соответственно, к сдвигу полос поглощения и рассеяния наночастицы, связанных с этим плазмонным резонансом (рис.7а). При этом происходит изменение амплитуды полос поглощения и рассеяния. Расчет показывает, что для наночастиц, у которых островки Ag имеют геометрический фактор/=0.0087, полосы поглощения и рассеяния под действием излучения смещаются с мкм на мкм (рис.7а), что

приводит к ограничению излучения с длиной волны 10.6 мкм.

Для оптимизации линейных и нелинейных оптических свойств среды, частицы AgHal могут вводиться в нужной концентрации в прозрачную матрицу с линейными оптическими свойствами. На рис.7б показана кривая ограничения для наночастиц AgCl с островковой пленкой Ag, введенных в матрицу из K.J. Объемная концентрация наночастиц в матрице - 5 %. Линейный коэффициент пропускания для >.= 10.6 мкм при толщине среды 1 мм составил 50 %. Порог ограничения излучения с Х.= 10.6 мкм и 1=1.5 мкс равен 15 мкДж/см2, а динамический диапазон ограничения - 103. Основными достоинствами описанной нелинейной среды является низкий порог ограничения излучения среднего ИК диапазона и слабое влияние температуры окружающей среды на характеристики ограничения.

В третьей части главы описаны нелинейно-оптические свойства наночастиц VO2, обладающих ФП полупроводник-металл и рассмотрены пути повышения эффективности ограничения излучения за счет вклада светоиндуцированного рассеяния. Композитные среды с наночастицами VO2 могут быть изготовлены различными методами. Во-первых, поликристаллическая пленка VO2 в области ФП представляет собой композит, состоящий из смеси кристаллитов, находящихся в полупроводниковой и металлической фазах. Численное моделирование оптических констант пленки VO2, проведенное в приближении эффективной среды, показало хорошее совпадение расчетной и экспериментальной зависимости оптических констант от температуры. Однако, композитные свойства такой структуры проявляются лишь в узкой температурной области ФП. Во-вторых, пленка с наночастицами VO2 может быть изготовлена путем окисления тонкой металлической пленки ванадия в атмосфере кислорода (материал ФТИРОС [9]). В этом случае, кроме частиц VO2, пленка содержит частицы ряда других оксидов ванадия, как высших, так и низших. В-третьих, композитная пленка может быть получена путем дополнительного окисления поликристаллической пленки VO2. После такой обработки пленка будет

представлять собой смесь VO2 и высших оксидов: ^013, У,09, VзOJ и "У205. Наконец, композитная среда может быть изготовлена непосредственно путем введения наночастиц в прозрачную

объемную или пленочную матрицу. Последний меюд является наиболее оптимальным, так как позволяет контролировать размер, состав и концентрацию наночастиц, а также варьировать оптические параметры матрицы в широких пределах.

Численное моделирование сечения ..поглощения и рассеяния наночастиц V02 в прозрачной среде показало, что изменение этих параметров при ФП в сильной степени зависит от соотношения показателя преломления среды (п) и показателя преломления V02 в полупроводниковой фазе (щ). Так, увеличение п приводит к монотонному увеличению отношения сечений поглощения наночастиц V02 после и до ФП. Если при п=2.5 отношение сечений поглощения после и до ФП равно 5, то при п=4 это отношение становится равным 25. Увеличение п приводит и к увеличению модуляции сечения рассеяния при ФП. Однако, на данной зависимости наблюдается резкий максимум, где отношение сечений рассеяния после и до ФП возрастает в 2200 раз. Причиной этого является наличие минимума на зависимости ст5(и) для частиц в полупроводниковой фазе при Появление минимума

соответствует обращению в ноль действительной части поляризуемости наночастицы. Таким образом, выбор показателя преломления среды дает возможность увеличить эффективность ограничения излучения наночастицами V02 за счет увеличения светоиндуцированного рассеяния.

Дополнительные возможности повышения эффективности ограничения появляются для структурированных наночастиц, содержащих V02. Во-первых, проведено численное моделирование нелинейно-оптических свойств наночастиц, состоящих из диэлектрического непоглощающего ядра и тонкой оболочки из V02. Показано, что для таких наночастиц модуляция сечения поглощения и рассеяния при ФП в У02 в сильной степени зависит от соотношения радиуса ядра и толщины оболочки. Анализ проводился для Х.=10.6 мкм и радиуса ядра наночастицы 0.3 мкм и л=ис=1.5. Анализ показал, что для структурированных наночастиц существуют оптимальные толщины V02-оболочки, при которых модуляция сечений поглощения и рассеяния максимальна. Так, при толщине оболочки мкм сечение

поглощения частиц после ФП в V02 достигает максимума. При этом изменение сечения поглощения частицы в результате ФП составляет 140 раз. На зависимости сечения рассеяния до ФП при бМ).ОО45 мкм возникает минимум, по причине, описанной выше. В результате, при данной толщине оболочки имеет место максимальное изменение сечения рассеяния при ФП которое составляет 2.5-104 раз.

Рис.8, а - расчетное сечение поглощения наночастиц У02 с оболочкой из островковой пленки 1 - до ФП, 2 - после ФП. б - ограничение излучения наночастицами У02 с оболочкой из островковой пленки Х.=10.6 мкм, т=1.5 мкс.

Во-вторых, проведено численное моделирование наночастиц У02 с оболочкой из пленки металла и рассмотрено влияние плазменных резонансов на оптические свойства таких наночастиц. Анализ проводился для спектральных интервалов 9-12 мкм (островковая пленка 1.3-1.7 мкм (сплошная пленка Аи) и 1-1.2 мкм (сплошная пленка Аи). Анализ показал, что во всех трех случаях, при определенных параметрах металлической оболочки, для полупроводниковой фазы У02 возникают широкие полосы поглощения и рассеяния, связанные с плазмонным резонансом. При переходе ядра частицы в металлическую фазу плазмонный резонанс смещается по спектру, либо исчезает (рис.8а), что проявляется в изменении поглощения и рассеяния среды. Благодаря этому, в зависимости от взаимного спектрального положения полосы плазмонного резонанса и длины волны излучения, может происходить либо просветление среды, либо ограничение излучения. Необходимо отметить, что локальное усиление поля в присутствии плазмонного резонанса, в данном случае, приводит к уменьшению энергетического порога появления нелинейного отклика среды.

Экспериментальное исследование ограничения излучения наночастицами УО проводилось для Х=10.6 мкм (т=1.5 мкс) и л.= 1.06 мкм Размер наночастиц, изготовленных путем термического

разложения смеси гидроксидов ванадия, составлял 30-80 нм. Измерения проводились при комнатной температуре. На рис.8б показана кривая ограничения излучения наночастицами У02 с оболочкой из островковой пленки Ag в матрице из Ю (с/=\ мм). На зависимости наблюдается две области ограничения: низкопороговая (Олор=П0 мкДж/см2), связанная с

ФП в наночастицах, у которых плазмонный резонанс лежит вблизи Х=10.6 мкм и область ограничения с порогом ~2 мДж/см2, соответствующая ФП в группе наночастиц не имеющих плазмонного резонанса в данном спектральном интервале. Область ограничения с (?пор~2 мДж/см2 экспериментально наблюдается также в среде с наночастицами VO2 без оболочки из Ag. Таким образом, локальное усиление поля в условиях плазмонного резонанса г^зволяет уменьшить порог ограничения излучения наночастицами VO2 в 20 раз.

отн.сд.

10 |—

, .. <3„. Дж/см!

Рис.9: Ограничение излучения с Х= 1.06 мкм наночастицами У02.

На рис.9 показана кривая ограничения излучения наночастицами У02 (0.5 %) в вакуумном масле ВМ-4 (сЫО мм) для Х.= 1.06 мкм. Ограничение возникает при С2ВЧ~15 МкДж/см2. Динамический диапазон ограничения равен примерно 100. Основной причиной низкого порога ограничения, в данном случае, является следующее. Так как то

ФП в ,VO2 инициируется не тепловыми, а электронными процессами, в результате межзонных переходов под действием излучения. При этом на ФП слабо влияет начальная температура УОг (при К1фп), а сам переход может происходить за десятки фемтосекунд [14]. Скорость ФП, в данном случае, слабо зависит от размера частиц и определяется, в основном, скоростью генерации неравновесных носителей заряда.

В выводах четвертой главы сформулированы основные особенности исследованных нелинейно-оптических сред с наночастицами полупроводников и изоляторов. Отмечено, что для структурированных наночастиц - имеющих ядро и оболочку -появляется возможность получения низкопорогового ограничения излучения. Так, в среде с наночастицами широкозонных полупроводников и изоляторов с оболочкой, содержащей глубокие примесные уровни порог ограничения излучения может достигать 50 пДж/см2 для видимой и ближней ИК областей спектра. В среде с

наночастицами галогенидов серебра и диоксида ванадия с оболочкой из островковой пленки серебра, в присутствии плазменного резонанса порог ограничения может составлять 10-100 мкДж/см2 в среднем ИК диапазоне.

Основные результаты и выводы.

Основные результаты, полученные в работе, можно сформулировать следующим образом:

1. Установлено, что самодефокусировка излучения при фотогенерации носителей заряда с глубоких примесных уровней широкозонных полупроводников приводит к низкопороговому ограничению нано- и микросекундных импульсов излучения ближнего ИК диапазона. Впервые экспериментально получено ограничение нано- и микросекундных импульсов излучения ближнего ИК диапазона с порогом ограничения 2-10 пДж и динамическим диапазоном ограничения 104-106.

2. Разработаны интерференционные и слоистые структуры с пленкой диоксида ванадия, с уменьшением коэффициента отражения или пропускания при увеличении температуры и контрастом до 105. Установлено, что динамика ограничения излучения среднего ИК диапазона такими многослойными структурами определяется пространственной динамикой волны- переключения на границе полупроводниковой и металлической фазы в пленке диоксида ванадия. Впервые экспериментально получено управление генерацией CO2 лазера с помощью внутрирезонаторных ограничителей излучения на основе диоксида ванадия; Впервые экспериментально получено ограничение микросекундных импульсов излучения с длиной волны 10.6 мкм с порогом ограничения 800 мкДж и динамическим диапазоном ограничения до Ю4.

3. Проведено экспериментальное и теоретическое исследование лучевой стойкости многослойный структур с пленкой диоксида ванадия в спектральном диапазоне 2.6-10.6 мкм дли длительностей лазерного импульса 0.5-50 мкс. Показано, что разрушение пленок диоксида ванадия излучением ИК диапазона микросекундной длительности вызвано тепловыми процессами, а лучевая стойкость слоистых структур с пленкой диоксида ванадия может достигать 20 Дж/см2 для импульсов длительностью в десятки микросекунд.

4. Установлено, что увеличение рассеяния излучения при фотогенерации носителей заряда с глубоких примесных

уровней в оболочках наночастиц широкозонных полупроводников и изоляторов приводит к низкопороговому ограничению наносекундных импульсов излучения видимого и ближнего ИК диапазона. Впервые экспериментально получено ограничение наносекундных импульсов излучения видимого и ближнего ИК диапазона такими наностурктурами с порогом ограничения 0.05-10 нДж/с2 и динамическим диапазоном ограничения до 2-103.

5. Установлено, что для полупроводниковых наночастиц с оболочкой из островковых пленок серебра может быть реализован плазмонный резонанс в среднем ИК диапазоне. Показано, что увеличение поглощения и рассеяния наночастицами галогенидов серебра с оболочкой из островковой пленки серебра, в результате пьезооптического эффекта в условиях локального усиления электромагнитного поля при плазмонном резонансе, приводит к низкопороговому ограничению микросекундных импульсов излучения среднего ИК диапазона. Впервые экспериментально получено ограничение микросекундных импульсов излучения среднего ИК диапазона такими наноструктурами с порогом ограничения 10 мкДж/см2 и динамическим диапазоном ограничения до 103.

6. Проведены экспериментальные и теоретические исследования нелинейно-оптических свойств нано- и микрочастиц диоксида ванадия, в том числе, с металлической оболочкой, а также диэлектрических частиц с оболочкой из диоксида ванадия в ИК области спектра. Показано, что, благодаря вкладу нелинейного рассеяния излучения на таких частицах, они являются более эффективными структурами для ограничения излучения, чем пленки диоксида ванадия. Впервые экспериментально получено ограничение микросекундного излучения среднего ИК диапазона в средах с такими частицами с порогом ограничения ~100 МкДж/см2 и динамическим диапазоном ограничения до 102, а также наносекундного излучения ближнего ИК диапазона с порогом ограничения 15 мкДж/см2 и динамическим диапазоном ограничения до 102.

Представленные результаты позволяют сделать вывод о создании нового научно-технического направления - «быстродействующие низкопороговые ограничители инфракрасного излучения на основе полупроводников».

i рос. национальна* |

| БИБЛИОТЕКА I

| СПтрвук } • 4» М т У

Содержание диссертации опубликовано в работах:

1. А.И.Сидоров Механизм низкопорогового ограничения излучения в компенсированном арсениде галлия // Оптич. журн., 69, №1, 7-10, 2002.

2. А.И.Сидоров Динамика поглощения импульсного лазерного излучения в широкозонном примесном полупроводнике // Оптич. журн., 69, №10, С. 15-20, 2002.

3. А.И.Сидоров Динамика фотоиндуцированной линзы в примесном полупроводнике вблизи порога оптического ограничения // Письма в ЖТФ, 29, В.7, С.77-80,2003.

4. А.Г.Калищев, О.П.Михеева, А.И.Сидоров Ограничение излучения с длиной волны 1.06 мкм в компенсированном арсениде галлия // Письма в ЖТФ, 27, В.24, С.90-94, 2001.

5. И.В.Багров, А.П.Жевлаков, А.И.Сидоров Ограничение лазерных импульсов нано- и микросекундного диапазона в компенсированном арсениде галлия // Письма в ЖТФ, 27, В. 10, С. 26-30, 2001.

6. И.В.Багров, А.П.Жевлаков, О.П.Михеева, А.И.Сидоров,

B.В.Судариков Низкопороговое ограничение инфракрасного излучения в примесных полупроводниках // Оптич. журн., 69, № 2,

C. 15-20,2002.

7. О.П.Михеева, А.И.Сидоров, А.С.Хайкина, Е.В.Чугуевец Особенности оптического ограничения импульсно-периодического лазерного излучения в примесном GaAs и ZnSe // Письма в ЖТФ, 28, В.2, С.21-24,2002.

8. О.П.Михеева, А.И.Сидоров Ограничение излучения с длиной волны 0.65 мкм в примесном селениде цинка // Оптич. журн., 68, № 12, С.115-116,2001.

9. О.Б.Данилов, А.И.Сидоров Оптический ограничитель. Пат. №2001126690 от 1.10.2001.

10. A.I. Sidorov Self-defocusing and nonlinear limiting of radiation in wideband semiconductors with deep levels. XI Conf. on Laser Optics, SPb, June 2003.

11. О.П.Коновалова, А.И.Сидоров, И.И.Шаганов Трансформация спектров отражения при переключении управляемых УОг-зеркал для среднего инфракрасного диапазона // Опт. и спектр., 85, № 6, С. 10511054, 1998.

12. О.П.Коновалова, А.И.Сидоров, И.И.Шаганов Интерференционные системы управляемых зеркал на основе диоксида ванадия для спектрального диапазона 0.6-10.6 мкм//Оптич. журн., 66,№ 5, 13-21.

13. O.B.Danilov, V.V.Danilov, V.V.Lubimov, N.N.Rosanov, A.I.Sidorov CO2 lasers with flexible parameters and their use in technological applications. NATO ASI Ser., Kluwer Acad. P., 1996, S.3: High Techn., 10,P.301-322.

14. O.B.Danilov, O.P.Konovalova, A.I.Sidorov, I.I.Shaganov. Interference systems for wide-band V02-mirrors. IX Conf on Laser Optics, SPb, 1998.

15. А.И.Сидоров Управляемые спектральные селекторы на основе отражающего интерферометра с пленкой диоксида ванадия // Оптич. журн., 66, № 1, С.49-53, 1999.

16. А.И.Сидоров Управляемые...02-зеркала на основе трехзеркального интерферометра для спектрального диапазона 0 5-2.5 мкм // Оптич. журн., 67, № 6, С.39-44, 2000.

17. А.И.Сидоров Модуляция коэффициента отражения при НПВО в слоистых системах с пленкой диоксида ванадия // Оптич. журн., 67, № 2, С.53-596 2000.

18. I.M.Belousova, V.P.Belousov, O.B.Danilov, V.V.Danilov, A.I.Sidorov, I.L.Yachnev Photodynamics of optical limiting of power laser radiation// NLO B, 27, N1-4, P.233-248,2000.

19. О.П.Коновалова, А.И.Сидоров, И.И.Шаганов Управляемые VO2 -зеркала для среднего ИК диапазона на основе интерферометра с «необращенными» полосами отражения // Оптич. журн., 65, № 4, С.20-23, 1998.

20. О.Б.Данилов, В.А.Климов, О.П.Михеева, А.И.Сидоров, С. А.Тулъский,

Е.Б.Шадрин, И.Л.Ячнев Оптическое ограничение излучения среднего ИК диапазона в пленках диоксида ванадия // ЖТФ, 73, №1, С.79-83, 2003.

21. О.П.Коновалова, А.И.Сидоров, И.И.Шаганов Фазовая модуляция излучения среднего ИК диапазона при отражении от .02-зеркала // Оптич. журн., 65, №4, С.24-27, 1998.

22. А.И.Сидоров Изменение фазы излучения при отражении от управляемого .02-зеркала // Оптич. журн., 66, № 3, С.81-85, 1999.

23. О.П.Михеева, А.И.Сидоров Минимизация фазовых искажений прошедшего излучения при оптическом переключении пленки диоксида ванадия // Письма в ЖТФ, 29, В.4. С.28-32, 2003.

24. О.Б.Данилов, А.И.Сидоров Управляемые дифракционные оптические элементы с пленкой диоксида ванадия //ЖТФ, 69,B.l I, C.91-96, 1999.

25. А.И.Сидоров Особенности управления генерацией СО2 лазера с помощью модуляторов на основе двуокиси ванадия // Оптич. журн., 64, №1,С.25-31,1997.

26. А.И.Сидоров Динамика переключения .02-зеркал в лазере с сопряженным резонатором // Оптич. журн., 65, № 1, С.27-30, 1998.

27. А.И.Сидоров, Е.Н.Соснов Пространственная динамика мод в СО2-лазере с УО2-зеркалами, имеющими dK/dT разного знака // Оптич. журн., 66, № 7, С.48-55, 1999.

28. A.I.Sidorov, E.N.Sosnov Spatial and temporal characteristics of TEA-C02 laser action with intracavity vanadium dioxide mirrors // Intern. Conf. "Photonics West", California, USA, 1999.

29. О.Б.Данилов, А.П.Жевлаков, А.И.Сидоров и др. Воздействие интенсивного лазерного излучения на управляемые УСЬ-зеркала // Оптич. журн., 67, № 6, С.31 -38, 2000.

30. О.П.Михеева, А.И.Сидоров Особенности ограничения лазерного излучения зеркалами на основе диоксида ванадия // Оптич. журн., 68, №4,С.48-52,2001.

31. O.B.Danilov, V.P.Belousov, I.M.Belousova, A.I.Sidorqv et al Nonlinear optical limiters of laser radiation on base of reverse saturable absorption and stimulated reflection // Proc. SPIE, 3263, P.214-130, 1998.

32. O.P.Micheeva, A.I.Sidorov. The dynamics of laser action of TEA-CO2 laser with vanadium dioxide mirrors // X Conf. on Laser Optics, SPb, Russia, 2000.

33. О.ЕДанилов, В.А.Климов, О.П.Михеева, А.И.Сидоров, С.А.Тульский, Е.Б.Шадрин, И.Л.Ячнев Оптическое ограничение излучения среднего ИК диапазона в пленках диоксида ванадия // ЖТФ.73, № 1, С.79-83, 2003.

34. О.Б.Данилов, А.И.Сидоров, В.А.Климов, Е.Б.Шадрин, О.П.Михеева Ограничитель инфракрасного излучения. Пат. № 2002108931, приоритет 8.04.2002.

35. О.П.Михеева, А.И.Сидоров Ограничение излучения CO2 лазера в композитном материале с наночастицами серебра // Письма в ЖТФ, 27,В.18,С.50-53,2001.

36. И.В.Багров, А.П.Жевлаков, О.П.Михеева, А.И.Сидоров, В.В.Судариков Оптическое ограничение лазерных импульсов в спектральной области 3.8-4.2 мкм композитом с наночастицами серебра // Письма в ЖТФ, 28, В. 13, С.40-43, 2002.

37. А.И.Сидоров Оптические свойства композита с наночастицами серебра в диапазоне 8-12 мкм // Оптич. журн., 70, №2, С.9-14, 2003.

38. О.Б.Данилов, А.И.Сидоров Инфракрасный нелинейно-оптический материал. Пат. №2002101741, приоритет 17.01.2002.

39. О.П.Михеева, А.И.Сидоров Нелинейно-оптические свойства композитов с наночастицами Ag и VO2 в среднем ИК диапазоне. Сборник трудов V международной конф. «Прикладная оптика», СПб, Т.2, С. 178-180,2002.

40. О.П.Михеева, А.И.Сидоров, Е.Б.Шадрин. Модификация оптических параметров поликристаллической пленки диоксида ванадия при высокотемпературном окислении. // Оптич. журн., 68, №7, С.30-35, 2001.

41. О.П.Михеева, А.И.Сидоров Поглощение и рассеяние инфракрасного излучения наночастицами диоксида ванадия с металлической оболочкой. // ЖТФ, 73, В.5, 75-78, 2003.

42. A.I.Sidorov, O.P.Mikheeva, E.B.Shadrin Low-threshold optical nonlinearity with the nanoparticles of wide-band semiconductors. XI Conf. on Laser Optics, SPb, June 2003.

43.1.M.Belousova, O.B.Damlov, V.P.Belousov, V.V.Danilov, A.I.Sidorov, I.L.Yachnev Optical limiting of laser radiation. XI Conf. on Laser Optics, SPb, June 2003.

44. О.П.Михеева, А.И.Сидоров Низкопороговое оптическое ограничение излучения наночастицами фторида кальция // Оптический журнал, 70,№12,С.82-84,2003.

45. O.P.Mikheeva, A.I.Sidorov Nonlinear-optical processes for low-threshold optical limiting of visible, near and mid IR radiation. Intern. Symp. ISOPL-3, USA, Sept., 2003.

Цитируемая литература:

1. A. V.Nurmikko, G. W.Pratt Fast infrared optical shutter // Appl. Phys. Lett.,

27, N5, 83-84, 1975.

2. В.Виттеман СО2-лазер, М.:Мир, 1990, 360 с.

3. H.Saner, N.Paraire, A.Koster et al. Optimization of a silicon-on-sapphire waveguide device for optical bistable operation // JOSA B, 5, N2, P.443-451,1988.

4. T.F.Boggess, S.C.Moss, J.W.Boyd et al Nonlinear-optical energy regulation by nonlinear refraction and absorption in silicon // Opt. Lett., 9, N 7, P.291-293, 1984.

5. E.W.Van Stryland, Y.Y.Wu, DJ.Hagan et al Optical limiting with semiconductors // J. Opt. Soc. Am B, 5, N 9, P. 1980-1988, 1988.

6. Ф.Г.Акманое, Б.В.Жданов, Б.Г.Шакиров Двухфотонное поглощение и оптическое ограничение ИК излучения в антимониде галлия п-типа // Квантовая электроника, 23, №4, С.905-906, 1996.

7. А.А.Бугаев, Б.П.Захарченя, Ф.А.Чудновский Фазовый переход полупроводник-металл и его применение. Л.: Наука, 1979, 183 с.

8. F.C.Case An improved VO2 thin films for infrared switching // Appl. Opt, 30, N 28, P.4119-4123, 1991.

9. А.А.Бугаев, Б.П.Захарченя Окисная пленка ванадия как регистрирующая среда для голографии // Квантовая электроника, 6, В.7,С.1459-1465, 1979.

10. К.Борен, Д.Хафмен Поглощение и рассеяние света малыми частицами М.: Мир, 1986, 664 с.

11. A.E.Neeves, M.H.Birnboim Composite structures for the enhancement of nonlinear-optical susceptibility // J. Opt. Soc. Am. B, 6, N 4, P.787-796, 1989.

12. R.D.Averitt, S.L. Westcott, N.J.Halas Ultrafast optical properties of gold nanoshells//J.Opt. Soc. Am. B, 16, N 10, P.1814-1823, 1999.

13. J.C.Chivian, M.W.Scott, W.E.Case An improved scan laser with a VO2 programmable mirror// IEEE J. of Quant. Electr., QE-21, N 4, P.383-390, 1985.

14. M.F.Becker, A.B.Buckman, R.M.Walser et al Femtosecond laser excitation of the semiconductor-metal phase transition in VO2 // J. Appl. Phys., 79, N 5, P.2404-2408, 1996.

m-8735

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА

НЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ

И КОМПОЗИТАХ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ

ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Нелинейно-оптические эффекты в полупроводниках

Однофотонное межзонное поглощение.

Однофотонное внутризонное поглощение.

Однофотонное примесное поглощение.

Экситонное поглощение.

Оптическая нелинейность, связанная с непараболичностью зон.

- Двухфотонное межзонное поглощение.

Нелинейно-оптические эффекты при обратимом фазовом переходе полупроводник-металл.

1.2. Нелинейно-оптические эффекты в композитах.

Линейные оптические свойства композитов. Теоретические представления. 46 Нелинейно-оптические свойства композитов с наночастицами полупроводников.

Нелинейно-оптические свойства композитов с наночастицами металлов.

1.3. Выводы.

ГЛАВА 2.

ОГРАНИЧЕНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ БЛИЖНЕГО ИК ДИАПАЗОНА

ПРИ САМОДЕФОКУСИРОВКЕ В ШИРОКОЗОННЫХ

ПОЛУПРОВОДНИКАХ С ГЛУБОКИМИ ПРИМЕСНЫМИ УРОВНЯМИ.

2.1. Теоретическая модель формирования динамической линзы в полупроводнике с глубокими примесными уровнями.

Фотоиндуцированные процессы в примесном полупроводнике при низкой интенсивности излучения.

Формирование динамической линзы вблизи порога ограничения.

Фотоиндуцированные процессы в примесном полупроводнике при высокой интенсивности излучения.

2.2. Ограничение лазерного излучения при самодефокусировке в GaAs и ZnSe с глубокими уровнями.

Методика экспериментов и спектральные характеристики образцов GaAs и ZnSe.

Ограничение излучения в моноимпульсном режиме на длине волны 1.06 мкм. 97 Ограничение излучения в моноимпульсном режиме на длине волны 1.3 мкм. 104 Ограничение излучения в моноимпульсном режиме на длине волны 1.54-1.55 мкм.

Ограничение излучения в моноимпульсном режиме в спектральном интервале 3.8-4.2 мкм.

Ограничение излучения в импульсно-периодическом режиме на длине волны 0.65 и 1.55 мкм.

Восстановление начального пропускания после воздействия лазерного импульса.

2.3. Выводы.

ГЛАВА 3.

ОГРАНИЧЕНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ СРЕДНЕГО ИК ДИАПАЗОНА

ПРИ ФАЗОВОМ ПЕРЕХОДЕ ПОЛУПРОВОДНИК-МЕТАЛЛ

В ДИОКСИДЕ ВАНАДИЯ.

3.1. Тонкопленочные интерференционные системы с пленкой диоксида ванадия для ограничения излучения.

Интерференционные системы с модуляцией коэффициента отражения.

Тонкопленочные структуры на основе нарушения полного внутреннего отражения.

Интерференционные системы с модуляцией коэффициента отражения и пропускания.

Фазовые искажения прошедшего излучения при ограничении излучения интерферометром с модуляцией коэффициента отражения и пропускания.

- Дифракционные пленочные структуры с пространственной модуляцией излучения.

3.2. Динамика переключения ограничителей с пленкой диоксида ванадия под действием импульса излучения. Теоретическая модель.

- Тепловая модель слоистой структуры с пленкой диоксида ванадия.

- Динамика переключения интерферометра с пленкой диоксида ванадия при внутрирезонаторном управлении генерацией лазера.

- Динамика переключения интерферометра с пленкой диоксида ванадия при ограничении лазерного излучения.

3.3. Экспериментальное исследование взаимодействия излучения с ограничителями на основе диоксида ванадия.

- Внутрирезонаторное управление генерацией ТЕА-С02 лазера У02-зеркалами с dRJdt<0.

- Ограничение излучения среднего ИК диапазона интерференционными структурами с пленкой диоксида ванадия.

Лучевая стойкость ограничителей излучения на основе диоксида ванадия

Ф в среднем ИК диапазоне.

3.4. Выводы.

ГЛАВА 4.

ОПТИЧЕСКОЕ ОГРАНИЧЕНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ

НАНОЧАСТИЦАМИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ И ИЗОЛЯТОРОВ.

4.1. Ограничение видимого и ближнего ИК диапазонов наночастицами широкозонных полупроводников и изоляторов.

Экспериментальное исследование ограничения излучения наночастицами Р Ti02, MgO, А120з, ВаО, СаСОз, CaF2, BaF2 и BN.

- Модель ограничения излучения наночастицами широкозонных полупроводников с динамической поглощающей оболочкой.

- Двухкаскадный ограничитель излучения с наночастицами CaF для ^=1.06 мкм.

4.2. Ограничение излучения среднего ИК диапазона наночастицами галогенидов серебра с оболочкой из островковой пленки серебра.

Спектральные характеристики и нелинейно-оптические свойства наночастиц галогенидов серебра с включениями их металлического серебра в среднем ИК диапазоне. Экспериментальные результаты.

Возникновение плазмонных резонансов в среднем ИК диапазоне.

Теоретическая модель.

Модель нелинейно-оптических свойств наночастиц галогенидов серебра с оболочкой из островковой пленки серебра.

Ограничение 10-микронного излучения наночастицами хлорида серебра с оболочкой из островковой пленки серебра в матрице из иодида калия.

4.3. Оптическое ограничение излучения наночастицами диоксида ванадия.

- Поликристаллическая оксиднованадиевая пленка, как оптический композит.

Нелинейное поглощение и рассеяние излучения среднего ИК диапазона наночастицами диоксида ванадия в объемной непоглощающей среде.

- Нелинейно-оптические свойства диэлектрических наночастиц с оболочкой из диоксида ванадия.

Нелинейно-оптические свойства наночастиц диоксида ванадия с оболочкой из пленки металла.

Ограничение инфракрасного излучения наночастицами диоксида ванадия. Экспериментальные результаты.

4.4. Выводы.

В настоящей диссертации представлены результаты исследований, проведенных в 1993-2003 годах в Институте лазерной физики. Диссертация посвящена экспериментальному и теоретическому исследованию нелинейно-оптических эффектов в полупроводниковых монокристаллах, пленках полупроводников и полупроводниковых наноструктурах, приводящих к низкопороговому оптическому ограничению инфракрасного излучения в спектральном диапазоне 1-11 мкм.

Актуальность темы. В настоящее время лазеры и лазерные системы находят применение практически во всех сферах человеческой деятельности -промышленности, медицине, науке, культуре и экологии. Чрезвычайно интенсивно развивается направление передачи и обработки информации оптическими методами. В многих из указанных областей актуальной является задача управления параметрами лазерных импульсов - амплитудой, длительностью, пространственным распределением и т. д. Во всех областях применения лазеров возникает проблема предохранения органов зрения и фотоприемных устройств от ослепления и разрушения интенсивным лазерным излучением.

Для решения данных задач используются оптические переключатели и модуляторы излучения. Оптические ограничители (лимитеры) являются частным случаем нелинейно-оптических переключателей. Данные устройства, в идеале, должны иметь высокий постоянный коэффициент пропускания при низкой интенсивности излучения и линейное уменьшение пропускания с ростом интенсивности, при превышении интенсивностью определенной пороговой величины. Ограничители могут быть использованы и для управления характеристиками лазерного излучения, в том числе, для внутрирезонаторного управления генерацией, однако, основное и наиболее важное их применение - защита глаз и фотоприемных устройств от воздействия интенсивного излучения.

Большинство нелинейно-оптических материалов и нелинейно-оптических эффектов могут быть использованы лишь в видимой области спектра и коротковолновой части ближнего ИК диапазона. Это связано, в первую очередь, с тем, что по мере увеличения длины волны, энергии фотона оказывается недостаточно для активирования процессов в веществе, приводящих к изменению его оптических характеристик. Кроме того, количество прозрачных материалов резко уменьшается при переходе из видимого и ближнего - в средний ИК диапазон. Так, если для видимой области спектра существуют сотни нелинейно-оптических материалов, то в 10-микронном диапазоне таких материалов единицы. В то же время, лазеры, широко используемые в промышленности, экологии, лазерной локации и системах передачи и обработки оптической информации, имеют длину волны генерации в спектральном диапазоне 1-11 мкм.

Ограничитель излучения, как защитное устройство, должен иметь низкий энергетический порог ограничения излучения, не превышающий порог повреждения защищаемого объекта. Нелинейно-оптические процессы, как правило, протекают при высокой интенсивности излучения. Поэтому эффективное управление параметрами излучения за счет этих процессов, при малой энергии управляющего оптического сигнала, может осуществляться лишь в пико- и фемтосекундном диапазоне длительности лазерного импульса. В то же время, для решения многих прикладных задач используются лазерные источники с нано- и микросекундной длительностью импульсов излучения. При этом, интенсивность излучения, необходимая для инициирования нелинейно-оптического эффекта, возрастает на порядки и может достигать порога разрушения нелинейно-оптического материала.

Таким образом, актуальной является задача поиска нелинейно-оптических материалов и эффектов, позволяющих получить эффективное низкопороговое ограничение лазерного инфракрасного излучения нано- и микросекундной длительности и создание на основе этих материалов и эффектов защитных оптических устройств - ограничителей излучения. Не менее актуальной является задача создания эффективных оптических переключателей для внутрирезонаторного управления генерацией лазеров среднего ИК диапазона.

Целью диссертационной работы являлось экспериментальное и теоретическое исследование нелинейно-оптических эффектов в полупроводниках, приводящих к низкопороговому оптическому ограничению ИК излучения нано- и микросекундной длительности, а также разработка, создание и исследование ограничителей излучения для спектрального диапазона 1-11 мкм.

Для достижения указанной цели, среди всего многообразия нелинейно-оптических эффектов, были выбраны три группы светоиндуцированных эффектов в полупроводниках:

- самодефокусировка излучения в монокристаллических полупроводниках с глубокими примесными уровнями,

- индуцированный излучением обратимый фазовый переход полупроводник-металл в поликристаллических пленках диоксида ванадия и

- светоиндуцированное поглощение и рассеяние в полупроводниковых наночастицах.

Исходя из поставленной цели работы и нелинейно-оптических эффектов, выбранных для исследования, было необходимо решить следующие задачи:

1. Теоретическое исследование процессов формирования динамической отрицательной линзы в полупроводнике при фотогенерации неравновесных носителей заряда с глубоких примесных уровней. Анализ влияния двухфотонного межзонного поглощения и тепловых процессов на пространственные характеристики динамической линзы.

2. Экспериментальное исследование низкопорогового ограничения при самодефокусировке излучения в полупроводниках с глубокими примесными уровнями в спектральном интервале 1-4 мкм для нано- и микросекундной длительности лазерных импульсов.

3. Разработка многослойных тонкопленочных структур с пленкой диоксида ванадия, в качестве управляющего элемента, для ограничения инфракрасного излучения.

4. Теоретическое исследование пространственной динамики переключения пленки диоксида ванадия под действием импульса инфракрасного излучения. Анализ динамических процессов в С02 лазере с внутрирезонаторным ограничителем излучения. Анализ эффективности процесса ограничения излучения среднего ИК диапазона в пленке диоксида ванадия.

5. Экспериментальное исследование динамики генерации ТЕА-СОг лазера с внутрирезонаторным ограничителем на основе диоксида ванадия.

6. Экспериментальное исследование ограничения излучения среднего ИК диапазона тонкопленочными структурами с пленкой диоксида ванадия.

7. Теоретическое исследование светомндуцированного поглощения и рассеяния в наночастицах широкозонных полупроводников и изоляторов с оболочкой, содержащей глубокие примесные уровни. Экспериментальное исследование ограничения излучения ближнего ИК диапазона наночастицами широкозонных полупроводников с оболочкой, содержащей глубокие примесные уровни.

8. Теоретическое исследование светоиндуцированного поглощения и рассеяния в наночастицах галогенидов серебра в условиях плазмонного резонанса. Экспериментальное исследование ограничения излучения среднего ИК диапазона наночастицами галогенидов серебра в условиях плазмонного резонанса.

9. Теоретическое и экспериментальное исследование светоиндуцированного поглощения и рассеяния, а также ограничения излучения среднего ИК диапазона в наночастицах диоксида ванадия.

10. Исследование светоиндуцированного поглощения и рассеяния, а также ограничения излучения среднего ИК диапазона в диэлектрических наночастицах с оболочкой из диоксида ванадия.

11. Теоретическое и экспериментальное исследование светоиндуцированного поглощения и рассеяния, а также ограничения излучения ближнего и среднего ИК диапазона в наночастицах диоксида ванадия в условиях плазмонного резонанса.

Научная новизна.

1. Впервые экспериментально получено и исследовано низкопороговое ограничение при самодефокусировке излучения в монокристаллах полупроводников с глубокими примесными уровнями.

2. Разработаны многослойные структуры на основе пленок диоксида ванадия с управляемыми оптическими характеристиками для ограничения излучения ближнего и среднего ИК диапазона. Теоретически исследована динамика переключения ограничителей с пленкой диоксида ванадия под действием импульса излучения, а также динамика генерации СОг лазера с внутрирезонаторным ограничителем.

3. Впервые экспериментально получено и исследовано управление генерацией ТЕА-СОг лазера, в том числе, управление диаграммой направленности излучения лазера, с помощью внутрирезонаторного ограничителя излучения с пленкой диоксида ванадия.

4. Впервые экспериментально исследовано ограничение импульсного излучения среднего ИК диапазона ограничителем с пленкой диоксида ванадия.

5. Теоретически исследованы нелинейно-оптические эффекты в наночастицах широкозонных полупроводников и изоляторов с оболочкой, содержащей глубокие примесные уровни. Впервые экспериментально получено и исследовано низкопороговое ограничение излучения видимого и ближнего ИК диапазона такими наноструктурами.

6. Теоретически исследованы нелинейно-оптические эффекты в наночастицах галогенидов серебра в условиях плазмонного резонанса в среднем ИК диапазоне. Впервые экспериментально получено и исследовано низкопороговое ограничение излучения среднего ИК диапазона наночастицами галогенидов серебра с оболочкой из островковой пленки серебра.

7. Теоретически исследовано светоиндуцированное поглощение и рассеяние в наночастицах диоксида ванадия, а также в наноструктурах с диоксидом ванадия в ближнем и среднем ИК диапазонах. Впервые экспериментально получено ограничение излучения ближнего и среднего ИК диапазона такими наноструктурами.

Практическая значимость работы. Проведенные исследования нелинейно-оптического ограничения излучения в полупроводниках, пленках с фазовым переходом полупроводник-металл и полупроводниковых наноструктурах послужили основой для разработки низкопороговых ограничителей излучения ближнего и среднего ИК диапазонов, предназначенных для защиты органов зрения и фотоприемных устройств от повреждения лазерным излучением. Результаты исследований были использованы при создании макетов ограничителей излучения ближнего и среднего ИК диапазонов, а также легли в основу ОКР по разработке и созданию опытных образцов ограничителей для спектральных областей 1-1.55 мкм и 3-12 мкм. Полученные результаты могут быть использованы при разработке и создании низкопороговых оптических переключателей излучения ближнего ИК диапазона для систем передачи и обработки оптической информации, а также для внутрирезонаторного управления генерацией лазеров среднего ИК диапазона.

Результаты работы защищены 3 патентами Российской Федерации.

На защиту выносятся следующие результаты и положения:

1. Предложены и изучены новые механизмы низкопорогового ограничения инфракрасного излучения в полупроводниках и на их основе созданы быстродействующие низкопороговые ограничители излучения.

2. Предложены и впервые реализованы низкопороговые ограничители излучения ближнего ИК диапазона на основе самодефокусировки излучения в полупроводниках с глубокими примесными уровнями. Исследованы основные закономерности формирования отрицательной динамической линзы, приводящей к ограничению излучения в примесном полупроводнике. Получено ограничение нано- и микросекундных лазерных импульсов с порогом 2-10 пДж и динамическим диапазоном 104-106.

3. Разработаны слоистые структуры с пленкой диоксида ванадия, обеспечивающие эффективное ограничение излучения среднего ИК диапазона и исследована динамика переключения таких структур под действием лазерного излучения. Впервые получено управление генерацией СОг лазеров и ограничение 10-микронного излучения с порогом менее 1 мДж и динамическим диапазоном до 104.

4. Предложены и реализованы новые композитные среды для низкопорогового ограничения излучения видимого, ближнего и среднего ИК диапазонов на основе светоиндуцированного поглощения и рассеяния в полупроводниковых наночастицах с оболочкой. Впервые в таких средах получено ограничение излучения видимого и ближнего ИК диапазонов с порогом менее 500 пДж/см2. Показано, что в наночастицах с оболочкой из островковой металлической пленки может быть реализован плазмонный резонанс в среднем ИК диапазоне. Впервые получено ограничение 10-микронного излучения такими наночастицами с порогом 10 мкДж/см2 и динамическим диапазоном 103.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на конференции Photonics West (California, USA, 1998), IX международной конференции «Оптика лазеров» (С-Пб, Россия, 1998), конференции Photonics West (California, USA, 1999), X международной конференции «Оптика лазеров» (С-Пб, Россия, 2000), на международном симпозиуме ISOPL-3 (Venice, Italy, 2000), V международной конференции «Прикладная оптика» (С-Пб, Россия, 2002), на XI международной конференции «Оптика лазеров» (С-Пб, Россия, 2003) и на международном симпозиуме ISOPL-3 (Arizona, USA, 2003).

Макеты ограничителей излучения экспонировались на международных выставках в Мюнхене «Laser-2001» (Германия, июль 2001), в Шанхае (КНР, ноябрь 2001) и в Орландо «Aerospace-2002» (США, апрель 2002) и в Мюнхене «Laser-2003» (Германия, июнь 2003).

Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 45 опубликованной автором работе.

Личный вклад автора. Содержание диссертации и основные положения, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора в опубликованные работы. Все представленные в диссертации экспериментальные результаты и теоретические расчеты получены и выполнены лично автором, либо при его непосредственном участии. Часть экспериментальных исследований выполнена совместно с аспиранткой О.П.Михеевой. Часть теоретических расчетов по динамике генерации ТЕА-СО2 лазера с внутрирезонаторным ограничителем излучения -совместно с Е.Н.Сосновым. Основные работы выполнены в соавторстве с сотрудниками НИИ ЛФ, ВНЦ «ГОИ им.С.И.Вавилова» и ФТИ им.А.Ф.Иоффе РАН.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы, включающего 246 наименования. Диссертация изложена на 327 страницах и содержит 113 рисунков и 15 таблиц.

Основные результаты, полученные в работе, можно сформулировать следующим образом:

1. Установлено, что самодефокусировка излучения при фотогенерации носителей заряда с глубоких примесных уровней широкозонных полупроводников приводит к низкопороговому ограничению нано- и микросекундных импульсов излучения ближнего ИК диапазона. Впервые экспериментально получено ограничение нано- и микросекундных импульсов излучения ближнего ИК диапазона с порогом ограничения 2-10 пДж и динамическим диапазоном ограничения 104-10б.

2. Разработаны интерференционные и слоистые структуры с пленкой диоксида ванадия, с уменьшением коэффициента отражения или пропускания при увеличении температуры и контрастом до 105. Установлено, что динамика ограничения излучения среднего ИК диапазона такими многослойными структурами определяется пространственной динамикой волны переключения на границе полупроводниковой и металлической фазы в пленке диоксида ванадия. Впервые экспериментально получено управление генерацией СОг лазера с помощью внутрирезонаторных ограничителей излучения на основе диоксида ванадия. Впервые экспериментально получено ограничение микросекундных импульсов излучения с длиной волны 10.6 мкм с порогом ограничения 800 мкДж и динамическим диапазоном ограничения до 104.

3. Проведено экспериментальное и теоретическое исследование лучевой стойкости многослойный структур с пленкой диоксида ванадия в спектральном диапазоне 2.6-10.6 мкм дли длительностей лазерного импульса 0.5-50 мке. Показано, что разрушение пленок диоксида ванадия излучением ИК диапазона микросекундной длительности вызвано тепловыми процессами, а лучевая стойкость слоистых структур с пленкой диоксида ванадия может л достигать 20 Дж/см для импульсов длительностью в десятки микросекунд.

4. Установлено, что увеличение рассеяния излучения при фотогенерации носителей заряда с глубоких примесных уровней в оболочках наночастиц широкозонных полупроводников и изоляторов приводит к низкопороговому ограничению наносекундных импульсов излучения видимого и ближнего ИК диапазона. Впервые экспериментально получено ограничение наносекундных импульсов излучения видимого и ближнего ИК диапазона такими наностурктурами с порогом ограничения 0.05-10 нДж/см2 и динамическим диапазоном ограничения до 2- 103.

5. Установлено, что для полупроводниковых наночастиц с оболочкой из островковых пленок серебра может быть реализован плазмонный резонанс в среднем ИК диапазоне. Показано, что увеличение поглощения и рассеяния наночастицами галогенидов серебра с оболочкой из островковой пленки серебра, в результате пьезооптического эффекта в условиях локального усиления электромагнитного поля при плазмонном резонансе, приводит к низкопороговому ограничению микросекундных импульсов излучения среднего ИК диапазона. Впервые экспериментально получено ограничение микросекундных импульсов излучения среднего ИК диапазона такими наноструктурами с порогом ограничения 10 мкДж/см и динамическим диапазоном ограничения доЮ3.

6. Проведены экспериментальные и теоретические исследования нелинейно-оптических свойств нано- и микрочастиц диоксида ванадия, в том числе, с металлической оболочкой, а также диэлектрических частиц с оболочкой из диоксида ванадия в ИК области спектра. Показано, что, благодаря вкладу нелинейного рассеяния излучения на таких частицах, они являются более эффективными структурами для ограничения излучения, чем пленки диоксида ванадия. Впервые экспериментально получено ограничение микросекундного излучения среднего ИК диапазона в средах с такими частицами с порогом

У "У ограничения -100 мкДж/см и динамическим диапазоном ограничения до 10 , а также наносекундного излучения ближнего ИК диапазона с порогом ограничения 15 мкДж/см2 и динамическим диапазоном ограничения до 102.

Основные экспериментальные результаты по ограничению излучения, полученные в диссертационной работе, приведены в таблице.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации проведено теоретическое и экспериментальное исследование нелинейно-оптических процессов в монокристаллах, пленках и наноструктурах полупроводников, приводящих к оптическому ограничению инфракрасного излучения нано- и микросекундного диапазона.

Исследованы следующие нелинейно-оптические эффекты: самодефокусировка излучения ближнего ИК диапазона в монокристаллах полупроводников с глубокими примесными уровнями, светоиндуцированное поглощение излучения среднего ИК диапазона в поликристаллических пленках диоксида ванадия с фазовым переходом полупроводник-металл, светоиндуцированное поглощение и рассеяние излучения видимого и ближнего ИК диапазона наночастицами широкозонных полупроводников и изоляторов с динамической поглощающей оболочкой, содержащей глубокие примесные уровни, светоиндуцированное поглощение и рассеяние излучения среднего ИК диапазона наночастицами галогенидов серебра с оболочкой из оетровковой пленки серебра в условиях плазмонного резонанса, светоиндуцированное поглощение и рассеяние излучения ближнего и среднего ИК диапазона наночастицами диоксида ванадия.

1. И.Р.Шен Принципы нелинейной оптики М.: Наука, 1989, 560 с.

2. D.H.Auston, S.V.Shank Picosecond ellipsometry of transient electron-hole plasmas in germanium. Phys. Rev. Lett., 32, N 20, P. 1120-1123, 1974.

3. T.A.Wiggins, J.A.Bellay, A.H.Carrieri Refraction index changes in germanium due to intense radiation. Appl. Opt., 17, N 4, P.526-530, 1978.

4. A.Miller, C.T.Seaton, M.E.Prise et al Band-gap-resonant nonlinear refraction in Ш-V semiconductors. Phys. Rev. Lett., 47, N 3, P. 197-200, 1981.

5. S.A.Samison, A.V.Nurmikko Generation of picosecond pulses of variable duration at 10.6 Mm. Appl. Phys. Lett., 33, N 7, P.598-600, 1978.

6. A.J.Alcock, P.B.Corkum Ultra-fast switching of infrared radiation by laser-produced carriers in semiconductors. Canad. J. of Phys., 57, P.1280-1290, 1979.

7. T.Mocc, Г.Баррел, Б.Эллис Полупроводниковая оптоэлектроника. М.:Мир, 1976,431 с.

8. P.B.Corcum, AJ.Alcock, K.E.Leopold Electron-beam-controlled transmission of 10-цт radiation in semiconductors // J. Appl. Phys., 50, N5, P.3079-3082, 1979.

9. A. V.Nurmikko, G. W.Pratt Fast infrared optical shutter // Appl. Phys. Lett., 27, N5, 83-84, 1975.

10. P. Vincent, N.Paraire, M.Neviere et al. Gratings in non-linear optics and optical bistability //JOSAB, 2, N7, P.l 106-1116, 1985.

11. M.Адаме Введение в теорию оптических волноводов. М.:Мир, 1984, 512 с.

12. G.Assanto, R.M.Fortenberry, C.T.Seaton Theory of pulsed excitation of nonlinear distributed prism couples // JOSA B, 5, N2, P.432-442,1988.

13. H.Saner, N.Paraire, A.Koster et al. Optimization of a silicon-on-sapphire waveguide device for optical bistable operation // JOSA B, 5, N2, P.443-451, 1988.

14. G.Assanto, M.B.Marques, G.I.Stegeman Grating coupling of light pulses into third-order nonlinear waveguides // JOSA B, 8, N3, P.553-561, 1991.

15. D.F.Perlewits, T.G.Brown Optical limiting and free-carrier dynamics in a periodic semiconductor waveguide // JOSA B, 11, N2, P.304-312, 1994.

16. В.И.Гавриленко, А.М.Грехов, Д.В.Корбутяк и др. Оптические свойства полупроводников. Справочник. Киев: Наукова думка, 1987, 607 с.

17. Е.М.Воронкова, Б.Н.Гречушников, Г.И.Дистлер и др. Оптические материалы для инфракрасной техники. М.: Наука, 1965, 335 с.

18. R.K.Jain Degenerate four-wave mixing in semiconductors: application to phase conjugation and to picosecond-resolved studies of transient carrier dynamics. // Opt. Eng., 21, N2, P. 199-218, 1982.

19. И.М.Несмепова Оптические свойства узкощелевых полупроводников, Новосибирск: Наука, 1982, 157 с.

20. Г.Н.Галкин Междузонные процессы рекомбинации в полупроводниках при высоких уровнях возбуждения // Труды ФИ АН, 128, С.3-64, 1981.

21. A.F.Gibson,С.A.Rosito, C.A.Rajfo et al Absorption saturation in germanium, silicon an gallium arsenide at 10.6 ц // Appl. Phys. Lett., 21, N 8, P. 356-357, 1972.

22. A.F.Gibson, M.F.Kimmett, B.Norris // Appl. Phys. Lett., 24, P.306-308, 1974.

23. F.Keilmann Infrared saturation spectroscopy in p-type germanium // IEEE J. of Quant. Electr., QE-12, N 10, P.592-597, 1976.

24. P.J.Bishop, A.F.Gibson, M.F.Kimmett Absorption saturation in p-type germanium // J. Phys. D, 9, P.L101-L103, 1976.

25. R.S.Taylor, B.G.Garside, E.A.BallikH IEEE J. of Quant. Electr., QE-14, P.532-538, 1978.

26. В.Виттеман С02-лазер, М.:Мир, 1990, 360 с.

27. G.C.Valley, A.L.Smirl Theory of energy transfer in gallium arsenide // IEEE J. of Quant. Electr., QE-24, N 2, P.304-310, 1988.

28. A.L.Smirl, G.C.Valley, K.M.Bohnert Picosecond photorefractive and free-carrier transient energy transfer in GaAs at 1 цт //IEEE J. of Qua t. Electr., QE-24, N 2, P.289-303,1988.

29. A.Chantre, G.Vincent, D.Bois Deep-level optical spectroscopy in GaAs // Phys. Rev. B, 23, N 10, P.5335-5358,1981.

30. Н.К.Морозова, В.А.Кузнецов, В.Д.Рыжиков и др. Селенид цинка. Получение и оптические свойства, М.: Наука, 1992, 95 с.

31. Арсенид галлия. Получение, свойства и применение. Под ред. Ф.П.Кесаманлы и Д.И.Наследова, М.: Наука, 1978, 471 с.

32. Оптические свойства полупроводников. Под ред. Р.Уиллардсона и А.Бира, М.: Мир, 1970, 488 с.

33. M.J.Lederer, B.Luther-Davies, Н.Н.Тап et al Nonlinear optical absorption and temporal response of arsenic- and oxygen-implanted GaAs // Appl. Phys. Lett., 74, N 14, P. 19931995, 1999.

34. U.Keller, K.Weingarten, I.Kirtner//IEEE J.Sel.Top. Quant. Electr., 2, P.435, 1996.

35. В.С.Вавилов Действие излучений на полупроводники М.: ГИФМЛ, 1963, 264 с.

36. D.D.Nolte Metastable optical gratings in compound semiconductors // J. Appl. Phys., 79, N 10, P.7514-7522, 1996.

37. P.Delaye, L.Bastiene, K.Jarasiunas et al Laser-induced free carrier and photorefractive nonlinearities in semiconductors with deep traps. Conf. Laser Optics, Summaries of papers, 2, P.369, 1993.

38. A.V.Kir'yanov, V.N.Filippov, A.N.Starodumov CW-pumped erbium fiber laser passively Q-switched with Co2+:ZnSe crystal. Proc. of ICONO-2001, P.S13, 2001.

39. Х.Гиббс Оптическая бистабильность. Управление светом с помощью света. М.: Мир, 1988,518 с.

40. S.Ovadia, H.M.Gibbs, J.L.Jewell et al Evidence that room temperature optical bistability is excitonic in both bulk and multiple-quantum-well gallium arsenide. // Opt. Eng., 24, N4, P.565-568, 1985.

41. X.B.Mei, K.K.Loi, H.H. Weider et al Strain-compensated InAsP/GalnP multiple quantum wells for 1.3 цт waveguide modulators // Appl. Phys. Lett., 68, N 1, P.90-92, 1996.

42. C.Knorr, U. Wilhelm, V.Harle et al A mechanism for low-power all-optical switching in multiple-quantum-well structures // Appl. Phys. Lett., 69, N 27, P.4212-4214, 1996.

43. A.Kost, T.C.Hasenberg, L.West et al Nonlinear semiconductor mirrors at 1.5 цт with application to laser mode locking. Proc. of CLEO-95, P. 156, 1995.

44. A.Adinolfi, M.C.Netti, M.Lepore et al Measurements of multiphoton absorption coefficients in ZnSe/ZnxSei.x strained superlattices. //NLO, 21, N 1-4, P.317-325, 1999.

45. R.Takahashi, Y.Kawamura, H.Iwamura Ultrafast 1.55 цт all-optical switching using low-temperature-grown multiple quantum wells. // Appl. Phys. Lett., 68, N 2, P. 153-155, 1996.

46. Н.Г.Басов, В.И.Ковалев, М.А.Мусаев и др. Обращение волнового фронта излучения импульсного С02 лазера. // Труды ФИАН, 172, С.116-179, 1986.

47. Б.Я.Зельдович, Н.Ф.Пилипецкий, В.В.Шкунов Обращение волнового фронта, М.: Наука, 1985, 247 с.

48. Н.Н.Розанов Оптическая бистабильность и гистерезис в распределенных нелинейных системах, М.: Наука, 1997, 334 с.

49. J.M.Ralston, R.K.Chang Optical limiting in semiconductors // Appl. Phys. Lett., 15, N 4, P. 164-166, 1969.

50. K.G.Svantesson Determination of the interband and the free carrier absorption constants in silicon at high-level photoinjection // J. Phys. D: Appl. Phys., 12, P. 425-436, 1979.

51. Ф.Г.Акманов, Б.В.Жданов, Б.Г.Шакиров Двухфотонное поглощение и оптическое ограничение ИК излучения в антимониде галлия п-типа // Квантовая электроника, 23, №4, С.905-906, 1996.

52. G.C.Valley, T.F.Boggess, J.Dubard et al Picosecond pump-probe technique to measure deep-level, free-carier, and two-photon cross-sections in GaAs // J. Appl. Phys., 66, N 6, P.2407-2413, 1989.

53. A.K.Kar, J.G.H.Mathew, S.D.Smith et al Optical bistability in InSb at room temperature with two-photon excitation // Appl. Phys. Lett., 42, N 4, P.334-336,1983.

54. J.G.H.Mathew, D.Craig, A.Miller Optical switching in a CdHgTe etalon at room temperature // Appl. Phys. Lett., 46, N 2, P. 128-130, 1985.

55. S.Y.Auyang, P.A. Wolf Free-carrier-induced thrid-order optical nonlinearities in semiconductors // J. Opt. Soc. Am. B, 6, N 4, P.595-605, 1989.

56. T.F.Boggess, A.L.Smirl, S.C.Moss et al Optical limiting in GaAs // IEEE J. of Quant. Electr., QE-21, N 5, P.488-494, 1985.

57. M.Sheik-Bahae, A.A.Said, E. W. Van Stryland High-sensitivity, single-beam n2 measurements // Opt. Lett., 14, N 17, P.955-957, 1989.

58. E. W. Van Stryland, H. Vanherzeele, M.A. Woodal et al Two photon absorption, nonlinear refraction and optical limiting in semiconductors // Opt. Eng., 24, N 4, P.613-623,1985.

59. T.F.Boggess, S.C.Moss, J.W.Boyd et al Nonlinear-optical energy regulation by nonlinear refraction and absorption in silicon // Opt. Lett., 9, N 7, P.291-293, 1984.

60. E. W. Van Stryland, Y. Y. Wu, D.J.Hagan et al Optical limiting with semiconductors // J. Opt. Soc. Am B, 5, N 9, P.1980-1988,1988.

61. M.Sheik-Bahae, A.A.Said, D.J.Hagan et al Nonlinear refraction and optical limiting in thick media // Opt. Eng., 30, N 8, P.1228-1235,1991.

62. D.I.Kovsh, S. Yang, D.J.Hagan et al Nonlinear optical beam propagation for optical limiting // Appl. Opt., 38, N 24, P.5168-5180, 1999.

63. T.F.Boggess, A.L.Smirl, J.Dubard et al Single-beam and multiple-beam optical limiters using semiconductors // Opt. Eng., 30, N 5, P.629-634, 1991.

64. TXia, DJ.Hagan, E. V. Van Stryland et al Origin of self-focusing of nanosecond pulses in ZnSe. Proc. of CLEO-95, P. 112,1995.

65. Патент № 4.846.561 (USA), от 11.07.89.

66. M.Belousova, V.P.Belousov, O.B.Danilov et al Peculiarities of optical limiting mechanism in liquid, polymer and solid-state fullerene-containing media. // NLO B, 27, N1-4, P.219-232,2000.

67. M.Belousova, V.P.Belousov, O.B.Danilov, V. V.Danilov, A.I.Sidorov, I.L. Yachnev Photodynamics of optical limiting of power laser radiation // NLO B, 27, N1-4, P.233-248, 2000.

68. J.D.Swaleu, F.Kajzar Nonlinear absorption in optical limiting // NLO B, 27, N1-4, P. 1332, 2000.

69. KM.Nashold, A.Sher, R.L.Shsrpless et al Comparing of optical limiting in small colloidal suspensions with optical limiting in carbon suspensions // NLO B, 27, N1-4, P. 101-120, 2000.

70. С.А.Тулъский, И.Л.Ячнев Газовый ограничитель энергии мощного лазерного излучения // Оптический журнал, 69, №5, С. 16-19,2002.

71. А.А.Бугаев, Б.П.Захарченя, Ф.А. Чудновский Фазовый переход полупроводник-металл и его применение. JL: Наука, 1979, 183 с.

72. W.Bruckner, H.Opperman, W.Reichelt et al Vanadiumoxide. Akademie-Verlag, Berlin, 1983,252 р.

73. H.W.Verleur, A.S.Barker, C.N.Berglund Optical properties of VO2 between 0.25 and 5 eV // Phys. Rev., 172, N 3, P.788-798, 1968.

74. В.И.Беляков, В.А.Дмитриев, В.Н.Корнетов и др. Оптические константы двухфазных пленок на основе диоксида ванадия // Автометрия, № 5, С.114-116,1981.

75. J.C.Parker, U.W.Geiser, DJ.Larn et al Optical properties of vanadium oxides VO2 and V205 // J. Amer. Ceram. Soc., 73, N 11, P.3206-3208, 1990.

76. E.E. Chain Optical properties of vanadium dioxide and vanadium pentoxide thin films // Appl. Opt., 30, N 19, P.2782-2787, 1991.

77. F.C.Case An improved VO2 thin films for infrared switching // Appl. Opt., 30, N 28, P.4119-4123, 1991.

78. А.С.Олейник Оптические параметры пленочных реверсивных сред AI-VO2-AK-11308 и AI-VO2-AI2O3 //ЖТФ, 61, В.1, С.97-103,1993.

79. M.Tazawa, P.Jin, S.Tanemura Optical constants of Vi.xWx02 films // Appl. Opt., 37, N 10, P.1858-1861, 1998.

80. Д.О.Кикалов, В.П.Малиненко, А.Л.Пергамент и др. Оптические свойства тонких пленок аморфного диоксида ванадия // ПЖТФ, 25, В.8, С.81-87,1999.

81. Г.А.Березовский, Е.И.Лукащук Термодинамические свойства диоксида ванадия в интервале 6-360 К. Препринт, Новосибирск, 1990,20 с.

82. C.H.Griffiths, H.K.Eastwood Influence of stoichiometry on the metal-semiconductor phase transition in vanadium dioxide I I J. Appl. Phys., 45, N 5, P.2201-2206, 1974.

83. E.E. Chain Characterization of vanadium oxide optical thin films by x-ray diffractometry // Appl. Opt., 28, N 4, P.713-715, 1989.

84. Е.Б.Шадрин Оптика фазовых превращений и электретных состояний в оксидах переходных металлов. Автореферат докт. дисс., ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН, СПб, 1997, 32 с.

85. Е.Б.Шадрин, А.В.Ильинский О природе фазового перехода металл-полупроводник в диоксиде ванадия // ФТТ, 42, № 6, С. 1092-1099, 2000.

86. Н.Ф.Мотт Переходы металл-изолятор М.: Наука, 1979, 342 с.

87. Г.В.Лосева, С.Г.Овчинников, Г.А.Петраковский Переход металл-диэлектрик в сульфидах 3d-MeTaimoB. Новосибирск, Наука, 1989,144 с.

88. M.F.Becker, A.B.Buckman, R.M. Walser et al Femtosecond laser excitation of the semiconductor-metal phase transition in V02 // J. Appl. Phys., 79, N 5, P.2404-2408, 1996.

89. A.Cavallieri, C.Toth, C.W.Siders et al Femtosecond structural dynamics in VO2 during ultrafast solid-solid phase transition // Phys. Rev. Lett., 87, N 23, P.237401-1 237401-4, 2001.

90. А.А.Бугаев, В.В.Гудялис, А.В.Клочков Индуцированная оптическая анизотропия пленки двуокиси ванадия при пикосекундном возбуждении // ФТТ, 25, № 6, С. 18901892, 1983.

91. M.Fukuruma, S.Zembutsu, S.Miyazawa Preparation of VO2 thin film and its direct optical bit recording characteristics // Appl. Opt., 22, N 2, P.265-270, 1983.

92. P.Zhu, S.Yamamoto, A.Miyashita et al Semiconductor-metal phase transition in VO2 films sinthesized on а-А^Оэ by oxygen-reactive deposition using neodymium-doped yttrium aluminium garnet laser // Phylosoph. Mag. Lett., 79, N 8, P.603-608, 1999.

93. F.A.Chudnovskii, A.L.Pergament, D.A.Schaefer et al Effect of laser irradiation on the properties of transition metal oxides // J. Sol. State Chem., 118, P.416-417, 1995.

94. А.А.Бугаев, Б.П.Захарченя Окисная пленка ванадия как регистрирующая среда для голографии // Квантовая электроника, 6, В.7, С. 1459-1465, 1979.

95. М.И.Григорьев, А.С.Олейник, В.Ф.Смоляное Термохромные индикаторы на основе материала ФТИРОС // Электронная промышл., В.5-6, С. 108-111, 1982.

96. J.C.Chivian, M.W.Scott, W.E.Case An improved scan laser with a VO2 programmable mirror//IEEE J. of Quant. Electr., QE-21, N 4, P.383-390, 1985.

97. Н.Ф.Бочоришвили, В.Д.Введенский, Ю.М.Гербштейн и др. Использование фазового перехода полупроводник-металл в двуокиси ванадия для внутрирезонаторного управления излучением С02 лазера // ЖТФ, 59, В. 10, С.83-87, 1989.

98. J.C.C.Fan, H.R.Fetterman, F.J.Backer et al Thin-film VO2 submillimeter-wave modulators and polarizers // Appl. Opt. Lett., 31, N 1, P.l 1-13, 1977.

99. И.А.Сербанов, Ю.Д.Калафати, Л.А.Рябова Диссипативные структуры при фазовом переходе полупроводник-металл // ПЖТФ, 6, В.4, С. 196-200,1980.

100. Д.И.Биленко, В.А.Лодгауз Термооптическая бистабильность и нелинейные волны переключения в пленках двуокиси ванадия // Квантовая электроника, 12, № 1, С.177-179, 1985.

101. D.Auvergne, J.Camassel, H.Mathieu et al Temperature dependence of the band structure of germanium- and zinc-blende-type semiconductors // Phys. Rev. В., 9, N 12, P.5168-5177, 1974.

102. О.П.Коновалова, А.И.Сидоров, И.И.Шаганов Управляемые VO2 зеркала для среднего ИК диапазона на основе интерферометра с «необращенными» полосами отражения // Оптический журнал, 65, № 4, С.20-23, 1998.

103. C.T.Seaton, Xu Mai, G.I.Stegeman et al Nonlinear guided wave applications // Opt. Eng., 24, N 4, P.593-599, 1985.

104. J.P.Segauld, O.Giraudo, C.Indrigo et al V02 and Au-V02 thin films prepared by sputtering and sol-gel for infrared optical power limiting // NLO, 21, N 1-4, P.211-224, 1999.

105. T. Altanhan, // J.Phys. C: Sol. St.P hys, V.20, P. L949, 1987.

106. G.Assanto, M.B.Marques, G.I.Stegeman Grating coupling of light pulses into third-order nonlinear waveguides // J. Opt. Soc. Am. B, 8, N 3, P.553-561, 1991.

107. С.О.Гладков Физика композитов. Термодинамические и диссипативные свойства. М.: Наука, 1999, 330 с.

108. K.M.Leung Optical bistability in the scattering and absorption of light from nonlinear microparticles // Phys. Rev. A, 33, N 4, P.2461-2464,1986.

109. S.Schmitt-Rink, D.A.Miller, D.S.Chemla Theory of linear and nonlinear optical properties of semiconductor microcrystalites // Phys.Rev. B, 35, N 15, P.8113-8125, 1987.

110. Y.Q.Li, C.C.Sung, RJnguva et al Nonlinear-optical properties of semiconductor composite materials // J. Opt. Soc. Am. B, 6, N 4, P.814-817,1989.

111. D.Stroud, Van E.Wood Decoupling approximation for the nonlinear-optical response of composite media // J. Opt. Soc. Am. B, 6, N 4, P.778-786, 1989.

112. Y.Wang, N.Herron, W.Mahler et al Linear and nonlinear-optical properties of semiconductor clasters // J. Opt. Soc. Am. B, 6, N 4, P.808-813,1989.

113. N.Finlayson, W.C.Banyai, C.T.Seaton et al Optical nonlinearities in CdSxSeix-doped glass waveguides // J. Opt. Soc. Am. B, 6, N 4, P.675-684,1989.

114. G.Assanto Thermal and band-filling effects in prism coupling to CdSSe-doped glass waveguides // J. Mod. Opt., 36, N 3, P.305-316,1989.

115. S.Ohtsuka, T.Koyama, K.Tsunetomo et al Nonlinear optical property of CdTe microcrystalites-doped glasses fabricated by laser evaporation method // Appl. Phys. Lett.,61, N 25, P.2953-2954, 1992.

116. M.Y.Han, W.Huang, C.H.Chew et al Large nonlinear absorption in coated Ag2S/CdS nanoparticles by inverse microemulsion // J. Phys. Chem.B, 102, P.1884-1887,1998.

117. И.А.Акимов, И.Ю.Денисюк, А.М.Мешков Классические (не квантовые) нанокристаллы полупроводников в органических матрицах // Оптический журнал, 68, № 1, С. 18-24,2001.

118. Я.С.Бобович Нанофизика диэлектрических сред и ее место в оптоэлектронике. Часть I. // Оптический журнал, 68, № 1, С.6-18, 2001. Часть П: // Оптический журнал, 68, № 3, С.3-18,2001.

119. S.Vijayalakshmi, J.Sturmann, H.Grebel Linear and nonlinear properties of laser-ablated Si films in the 9.0-9.6 fim wavelength region // J. Opt. Soc. Am. B, 16, N 8< P. 1286-1291, 1999.

120. S.CJain, N.D.Arora, K.L.Chaudhary Electron microscope study of silver colloids in KCl:Ag // J. Appl. Phys., 45, N 5, P.2368-2369,1974.

121. J.G.Bergman, D.S.Chemla, P.F.Liao et al Relationship between surface enhanced Raman scattering and the dielectric function of aggregated silver films // Opt. Lett., 6, N l,P.33-35, 1981.

122. L.-C.Chu, S. Wang Simple treatment of the enhanced Raman scattering due to a two-dimensional array of metallic spheroids // Phys. Rev. B, 31, N 2, P.693-699,1985.

123. W.H.Weber, G.W.Ford Optical electric-field enhancement at a metal surface arising from surface-plasmon excitation // Opt. Lett., 6, N 3, P.122-124,1981.

124. T.Yamaguchi, H.Takahashi, A.Sudoh Optical behavior of a metal island film // J. Opt. Soc. Am. 68, N 8, P.1039-1044,1978.

125. И.Н.Шкляревский, А.П.Сшков, Н.А.Макаровский Фактор заполнения гранулярных пленок серебра при котором исчезает дипольное взаимодействие между гранулами // Опт. спектр., 70, В. 6, С.1349-1351, 1991.

126. И.Н.Шкляревский Ю.Ю.Бондаренко, Н.А.Макаровский Плазменный резонанс в гранулярных пленках галлия, осажденных на шероховатые поверхности монокристаллов NaCl и КС1 // Опт. спектр., 88, №4, С.607-610,2000.

127. G.Iadonisi, V.Marigliano, G.P.Zucchelli Electromagnetic modes and plasmons at the surface of spatially dispersive metals // Phys. Rev. В., 23, N 10, P.5163-5175, 1981.

128. F.Hache, D.Ricard, C.Flytzanis Optical nonlinearities of small metal particles: surface-mediated resonance and quantum size effects // J. Opt. Soc. Am. B, 3, N 12,1. Ф P.1647-1655, 1986.

129. М.Борн, Э.Вольф Основы оптики, М.: Наука, 1973, 719 с.

130. J.W.Haus, N.Kalyaniwalla, R.Inguwa et al Nonlinear-optical properties of conductive spheroidal particle composites // J. Opt. Soc. Am. B, 6, N 4, P.797-807, 1989.

131. A.E.Neeves, M.H.Birnboim Composite structures for the enhancement of nonlinear-optical susceptibility// J. Opt. Soc. Am. B, 6, N 4, P.787-796, 1989.

132. J.W.Haus, H.S.Zhou, S.Takami et al Enhanced optical properties of metal-coated nanoparticles // J. Appl. Phys., 73, N 3, P.1043-1048, 1993.

133. H.S.Zhou, I.Honma, H.Komiyama et al Controlled synthesis and quantum-size effect f* in gold-coated nanoparticles // Phys. Rev. B, 50, N 16, P. 12052-12056, 1994.

134. Y.Hamanaka, A.Nakamura, S.Omi et al Ultrafast response of nonlinear refractive index of silver nanocrystals embeded in glass // Appl. Phys. Lett., 75, N 12, P.1712-1714, 1999.

135. M.Kyoung, M.Lee Nonlinear absorption and refractive index measurements of silver nanorods by Z-scan technique // Opt. Comm., 171, N 11, P. 145-148, 1999.

136. R.D.Averitt, S.L.Westcott, NJ.Halas Ultrafast optical properties of gold nanoshells // J. Opt. Soc. Am. B, 16, N 10, P.1814-1823, 1999.

137. R.D.Averitt, S.L.Westcott, NJ.Halas Linear optical properties of gold nanoshells // J. Opt. Soc. Am. B, 16, N 10, P.1824-1832,1999.

138. W.S.Faun, R.Storz, H.W.K.Tom et al Electron thermalisation in gold // Phys. Rev. B, 46, N 20, P.13592-13595,1992.

139. R.H.M.Groeneveld, R.Sprik, A.Lagendijk Femtosecond spectroscopy of electron-electron and electron-phonon energy relaxation in Ag and Au // Phys. Rev. B, 51, N 17, P.l 1433-11444, 1995.

140. D.Steinmiller-Nethl, R.A.Hopfel, E.Gornik et al Femtosecond relaxation of localized plasma excitations in Ag islands // Phys. Rev. Lett., 68, N 3, P.389-392, 1992.

141. R.Philip, S.Mujumdar, H.Ramachandran et al Comparative features of limiting in monolayer protected gold, silver and alloy nanoclusters under picosecond and nanosecond laser excitation // NLO, 27, N 1-4, P.357-365, 2001.

142. L.Francois, M.Mostafavi, J.Belloni et al Size-dependent efficiency of optical limiting induced by gold clusters 11 NLO, 27, N 1-4, P.319-329,2001.

143. X.Zang, D.Straud Numerical studies of the nonlinear properties of composites // Phys. Rev. B, 49, N 2, P.944-955,1994.

144. V.A.Markel, V.M.Shalaev, E.B.Stehel et al Small-particle composites. I. Linear optical properties // Phys. Rev. B, 53, N 5, P.2425-2436, 1996.

145. V.M.Shalaev, E.Y.Poliakov, V.A.Markel Small-particle composites. П. Nonlinear optical properties // Phys. Rev. B, 53, N 5, P.2437-2449,1996.

146. S.Manickavasagam, M.P.Menguc Scattering matrix elements of fractal-like soot agglomerates // Apl. Opt., 36, N 6, P.1337-1356,1997.

147. D. W.Mackowski Calculation of total cross section of multiple-sphere clusters // J. Opt. Soc. Am. A, 11, N 11, P.2851-2861,1994.

148. П.В.Литвинов, В.П.Тишковец Коэффициенты поглощения света хаотически ориентированными кластерами сферических частиц в приближении двукратного рассеяния // Опт. спектр., 86, № 1, С.98-101, 1999.

149. Н.Г.Хлебцов Приближенный метод расчета рассеяния и поглощения света фрактальными агрегатами // Опт. спектр., 88, № 4, С.656-663, 2000.

150. D.Narayana Rao, P.Prem Kiran Optical limiting studies of BSO crystal using a nanosecond Nd:YAG laser source // NLO, 27, N 1-4, P.347-355, 2000.

151. D.Wolfersberger, N.Fressengeas, J.Maufoy et al Self-focusing in photorefractive materials for optical limiting // NLO, 27, N 1-4, P.405-412, 2000.

152. M.R.V.Sahyun, S.E.Hill, N.Serpone et al Optical limiting characteristics and mechanism of silver bromide nanosols // J. Appl. Phys., 79, N 10, P.8030-8037,1996.

153. Y.-P.Sun, J.E.Riggs, H.W.Rollins et al Strong optical limiting of silver-containing nanocrystalline particles in stable suspension // J. Phys. Chem. B, 103, P.77-82,1999.

154. K.Akamatsu, S.Takei, M.Mizuhata et al Preparation and characterization of polimer thin films containing silver and silver sulfide nanoparticles // Thin Sol. Films, 359, P.55-60,2000.

155. А.И.Гусев, А.А.Ремпелъ Нанокристаллические материалы М.: Физматлит, 2001, 222 с.

156. G.I.Petrov, V.V.Yakovlev, J.A.Squier Nonlinear optical microscopy analysis of ultrafast phase transformation in vanadium dioxide // Opt. Lett., 27, N 8, P.655-657, 2002.

157. F.I. Garcia-Vidal, J.M.Pitarke, J.B.Pendry Silver-filled carbon nanotubes used as spectroscopic enhancers // Phys. Rev. В., 58, N 11, P.6783-6786, 1998.

158. J.-H.Klein-Wiele, P.Simon, H.-G.Rubahn Size-dependent plasmon lifetimes and electron-phonon coupling time constants for surface bound Na clusters // Phys. Rev. Lett., 80, P.45-48, 1998.

159. И.Н.Шкляревский, Ю.Ю.Бондаренко, Н.А.Макаровский Собственные колебания электронов в гранулярных пленках индия, осажденных на шероховатые поверхности монокристаллов NaCl и КС1 // Опт. Спектр., 88, № 4, С.601-605,2000.

160. MJ.Bloemer, M.C.Buncick, RJ.Warmack et al Surface electromagnetic modes in prolate spheroids of gold, aluminum and copper I I J. Opt. Soc. Am. B, 5, P.2552-2560, 1988.

161. M.Kaminska, M.Skowronski, J.lagovski et al Intracenter transitions in the dominant deep level (EL2) in GaAs // Appl. Phys. Lett., 43, N 3, P.302-304, 1983.

162. А.И.Сидоров Механизм низкопорогового ограничения излучения в компенсированном арсениде галлия // Оптический журнал, 69, №1, С.7-10, 2002.

163. A.Yariv, P.Yeh The application of Gaussian beam formation to optical propagation in nonlinear medium // Opt. Comm., 27, N 2, P.295-298,1978.

164. А.М.Гончаренко Гауссовы пучки света. Минск: Наука и техника, 1977, 132 с.

165. Ю.А.Ананьев Оптические резонаторы и лазерные пучки. М: Наука, 1990,264 с.

166. А.И.Сидоров Динамика поглощения импульсного лазерного излучения в широкозонном примесном полупроводнике // Оптический журнал, 69, №10, С. 1520, 2002.

167. А.И.Сидоров Динамика фотоиндуцированной линзы в примесном полупроводнике вблизи порога оптического ограничения // Письма в ЖТФ, 29, В. 7, С.77-80, 2003.

168. Технологические лазеры. Справочник. Под ред. Г.А.Абильсиитова. Т.2. М.: Машиностроение, 1991, 544 с.

169. A.Lietoila, J.F. Gibbons Computer modeling of the temperature rise and carrier concentration induced in silicon by nanosecond laser pulses // J.Appl.Phys., 53, P.3207-3213,1982.

170. D.Agassi Phenomenological model for picosecond pulse laser annealing of semiconductors //J.Appl.Phys., 55, P.4376-4383, 1984.

171. Акустические кристаллы. Справочник. Под ред. М.П.Шаскольской. М.: Наука, 1982, 632 с.

172. MJ.Lederer, D.Luther-Davies Nonlinear optical absorption and temporal response of arsenic- and oxygen-implanted GaAs // Appl.Phys.Lett., 74, N 14, P.1993-1995,1999.

173. H.G.Grimmeiss, C.Ovren Identification of deep centers in ZnSe // J. Appl. Phys., 48, N 12, P.5122-5126,1977.

174. M.Yamaguchi, A.Yamamoto, M.Kondo Photoluminescence of ZnSe single crystal diffused with a group-Ш element // J. Appl. Phys., 48, N 12, P.5237-5244, 1977.

175. А.Г.Калинцев, О.П.Михеева, А.ИСидоров Ограничение излучения с длиной волны 1.06 мкм в компенсированном арсениде галлия // Письма в ЖТФ, 27, В.24, С.90-94,2001.

176. И.В.Багров, А.П.Жевлаков, А.ИСидоров Ограничение лазерных импульсов нано-и микросекундного диапазона в компенсированном арсениде галлия // Письма в ЖТФ, 27, В. 10, С. 26-30,2001.

177. И.В.Багров, А.П.Жевлаков, О.П.Михеева, А.И.Сидоров, В.В.Судариков Низкопороговое ограничение инфракрасного излучения в примесных полупроводниках // Оптический журнал, 69, № 2, С. 15-20,2002.

178. О.П.Михеева, А.И.Сидоров, А.С.Хайкина, Е.В. Чугуевец Особенности оптического ограничения импульсно-периодического лазерного излучения в примесном GaAs и ZnSe // Письма в ЖТФ, 28, В.2, С.21-24, 2002.

179. О.П.Михеева, А.И.Сидоров Ограничение излучения с длиной волны 0.65 мкм в примесном селениде цинка // Оптический журнал, 68, № 12, С. 115-116,2001.

180. Э.Камке Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. М.: Наука, 1976, 576 с.

181. О.Б.Данилов, А.И.Сидоров Оптический ограничитель. Пат. №2001126690 от 1.10.2001.

182. A.I.Sidorov Self-defocusing and nonlinear limiting of radiation in wide-band semiconductors with deep levels. XI Conf. on Laser Optics, SPb, June 2003.

183. В.М.Золотарев, В.Н.Морозов, Е.В.Смирнова Оптические постоянные природных и технических сред. Справочник. JL: Химия, 1984,216 с.

184. ИА.Хахаев Синтез и исследование оптических свойств управляемых интерференционных структур на основе диоксида ванадия. Дисс. канд. физ.-мат. наук. Ленинград, ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН, 1991,155 с.

185. О.П.Коновалова, А.ИСидоров, И.И.Шаганов Трансформация спектров отражения при переключении управляемых У02-зеркал для среднего инфракрасного диапазона // Опт. и спектр., 85, № 6, С.1051-1054,1998.

186. О.П.Коновалова, А.И.Сидоров, И.И.Шаганов Интерференционные системы управляемых зеркал на основе диоксида ванадия для спектрального диапазона 0.610.6 мкм // Оптический журнал, 66, № 5, С.13-21, 1999.

187. O.B.Danilov, V.V.Danilov, V.V.Lubimov, N.N.Rosanov, A.I.Sidorov C02 lasers with flexible parameters and their use in technological applications. NATO ASI Series, Kluwer Acad. Publ., 1996, S.3: High Technology, V.10, P.301-322.

188. A.B.Welch, B.Burzlaff, W.Cunningham Electronically scanned coherent C02 laser radar techniques I ISPIE, 300, P. 153-160, 1981.

189. O.B.Danilov, O.P.Konovalova, A.I.Sidorov, I.I.Shaganov. Interference systems for wide-band V02-mirrors. IX Conf. on Laser Optics, SPb, 1998.

190. Ю.В.Троицкий Многолучевые интерферометры отраженного света. Новосибирск,: Наука, 1985, 207 с.

191. А.И.Сидоров Управляемые спектральные селекторы на основе отражающего интерферометра с пленкой диоксида ванадия // Оптический журнал, 66, № 1, С.49-53,1999.

192. А.И.Сидоров Управляемые У02-зеркала на основе трехзеркального интерферометра для спектрального диапазона 0.5-2.5 мкм // Оптический журнал, 67, № 6, С.39-44, 2000.

193. F.Gires, P.Tournois An interferometer useful for pulse compression of a frequency modulated light pulse // C. R. Acad. Sci. 258, P.6112-6115,1964.

194. А.И.Сидоров Модуляция коэффициента отражения при НПВО в слоистых системах с пленкой диоксида ванадия // Оптический журнал, 67, № 2, С.53-596 2000.

195. Н.Харрик Спектроскопия внутреннего отражения, М.: Мир, 1970, 335 с.

196. G.T.Sincerbox, J.C.Gordon Small fast large-aperture light modulator using attenuated total reflection // Appl. Opt., 20, N 8, P.1491-1497,1981.

197. A.H.Рубинов, ИМ.Корда, А.И.Бибик Управление формой и длительностью лазерного импульса при нелинейном полном внутреннем отражении // ЖПС, 64, № 3, С.325-328, 1997.

198. С.Ф.Кинтеро, А.Д.Гутенко, Ю.П.Удоев Некоторые особенности НПВО-интерференции света в тонких пленках // Опт. и спектр., 73, В. 4, С.795-799, 1992.

199. А.Д.Солер, Ю.П.Удоев Оптическая бистабильность и модуляция света в тонкопленочных резонаторах на основе эффекта полного внутреннего отражения // ЖТФ, 67, № 12, С.36-42,1997.

200. О.Б.Данилов, В.А.Климов, О.П.Михеева, А.И.Сидоров, С.А.Тульский, Е.Б.Шадрин, И.Л.Ячнев Оптическое ограничение излучения среднего ИК диапазона в пленках диоксида ванадия // ЖТФ, 73 , В.1, С. 79-83, 2003.

201. О.П.Коновалова, А.И.Сидоров, ИИШаганов Фазовая модуляция излучения среднего ИК диапазона при отражении от УОг-зеркала // Оптический журнал, 65, №4, С.24-27, 1998.

202. А.И.Сидоров Изменение фазы излучения при отражении от управляемого УОг-зеркала// Оптический журнал, 66, № 3, С.81-85, 1999.

203. А.И.Сидоров Особенности управления генерацией СОг-лазеров с помощью модуляторов на основе двуокиси ванадия // Оптический журнал, 64, № 1, С.25-31, 1997.

204. О.П.Михеева, А.И.Сидоров Минимизация фазовых искажений при оптическом переключении пленки диоксида ванадия // Письма в ЖТФ, 29, В.4, С.28-32,2003.

205. О.Б.Данилов, А.И.Сидоров Управляемые дифракционные оптические элементы с пленкой диоксида ванадия // :ЖТФ, 69, В.11, С.91-96,1999.

206. L.Li A modal analysis of lamellar diffraction grating in conical mountings // J. of Mod. Optics, 40, N 4, P.553-573,1993.

207. L.Li Multilayer modal method for diffraction gratings of arbitrary profile, depth, and permittivity//J. Opt. Soc. Am. A, 10, N 12, P.2581-2591,1993.

208. L.Li Multilayer-coated diffraction gratings: differential method of Chandezon et al. revisited// J. Opt. Soc. Am. A, 11, N И, P.2816-2828, 1994.

209. L.Li Bremmer series, R-matrix propagation algorithm, and numerical modeling of diffraction gratings // J. Opt. Soc. Am. A, 11, N 11, P.2829-2836, 1994.

210. Г.Карслоу, Д.Егер Теплопроводность твердых тел. М.: Наука, 1964,487 с.

211. M.Mansuripur, G.A.N.Connel, J.W.Goodman Laser induced local heating of multilayers // Appl. Opt., 21, N 6, P.l 106-1114, 1982.

212. Б.А.Григорьев Импульсный нагрев излучениями. М.: Наука, 1974, Т.2, 727 с.

213. О.Б.Данилов, А.П.Жевлаков, А.И.Сидоров и др. Воздействие интенсивного лазерного излучения на управляемые УОг-зеркала // Оптический журнал, 67, № 6, С.31-38,2000.

214. А.И.Сидоров, Е.Н.Соснов Формирование фронта импульса генерации в лазере с УОг-зеркалом // Квантовая электроника, 25, № 6, С.522-524,1998.

215. А.И.Сидоров Динамика переключения УОг-зеркал в лазере с сопряженным резонатором // Оптический журнал, 65, № 1, С.27-30, 1998.

216. А.И.Сидоров, Е.Н.Соснов Пространственная динамика мод в СОг-лазере с V02-зеркалами, имеющими dR/dT разного знака // Оптический журнал, 66, № 7, С.48-55, 1999.

217. A.I.Sidorov, E.N.Sosnov Spatial and temporal characteristics of ТЕА-СОг laser action with intracavity vanadium dioxide mirrors // Intern. Conf. "Photonics West", California, USA, 1999.

218. О.Б.Данилов, О.П.Коновалова, А.И.Сидоров и др. Токоуправляемые пространственные модуляторы света на основе УОг для среднего ИК- диапазона // Приборы и техника эксперимента, №4, С.121-125,1995.

219. Ю.Г.Агалаков, Р.Ш.Исламов, Ю.А.Рубинов и др. Расчет характеристик ТЕА-С02 лазера по уточненной температурной модели // Квантовая электроника, 16, № 4, С.737-741, 1989.

220. О.П.Михеева, А.И.Сидоров Особенности ограничения лазерного излучения зеркалами на основе диоксида ванадия // Оптический журнал, 68, № 4, С.48-52, 2001.

221. O.B.Danilov, V.P.Belousov, I.M.Belousova, A.I.Sidorov et al Nonlinear optical limiters of laser radiation on base of reverse saturable absorption and stimulated reflection //Proc. SPEE, 3263, P.214-130, 1998.

222. O.P.Micheeva, A.I.Sidorov. The dynamics of laser action of TEA-CO2 laser with vanadium dioxide mirrors // X Conf. on Laser Optics, SPb, Russia, 2000.

223. О.Б.Данилов, А.И.Сидоров, В.А.Климов, Е.Б.Шадрин, О.П.Михеева Ограничитель инфракрасного излучения. Пат. № 2002108931, приоритет 8.04.2002.

224. Е.А.Коленко Технология лабораторного эксперимента. СПб: Политехника, 1994, 751 с.

225. Вакуумная техника. Справочник. Под ред. Е.С.Фролова и В.Е.Минайчева М.Машиностроение, 1985, 359 с.

226. Физико-химические свойства окислов. Справочник. Под ред. Г.В.Самсонова. М.: Металлургия, 1978,472 с.

227. К Борен, Д.Хафмен Поглощение и рассеяние света малыми частицами М.: Мир, 1986, 664 с.

228. О.П.Михеева, А.И.Сидоров Ограничение излучения СОг лазера в композитном материале с наночастицами серебра // Письма в ЖТФ, 27, В. 18, С.50-53, 2001.

229. И.В.Багров, А.П.Жевлаков, О.П.Михеева, А.И.Сидоров, В.В.Судариков Оптическое ограничение лазерных импульсов в спектральной области 3.8-4.2 мкм композитом с наночастицами серебра // Письма в ЖТФ, 28, В. 13, С.40-43,2002.

230. А.И.Сидоров Оптические свойства композита с наночастицами серебра в диапазоне 8-12 мкм // Оптический журнал, 70, №2, С.9-14,2003.

231. О.Б.Данилов, А.И.Сидоров Инфракрасный нелинейно-оптический материал. Пат. №2002101741, приоритет 17.01.2002.

232. О.П.Михеева, А.И.Сидоров Нелинейно-оптические свойства композитов с наночастицами Ag и VO2 в среднем ИК диапазоне. Сборник трудов V международной конф. «Прикладная оптика», СПб, 2, С.178-180,2002.

233. Yamaguchi Т., Takahashi Н., Sudoh A. Optical behavior of a metal island film // J. Opt. Soc. Am., 68, N 8, P.1039-1044,1978.

234. Делоне Н.Б. Взаимодействие лазерного излучения с веществом. М.: Наука, 1989, 278 с.

235. Aggarwal K.G., Szigeti В. Photoelastic constants and the Clausius-Mossotti field in the alkali halides // J. of Phys. C, 3, N 5, P. 1097-1 111, 1970.

236. Каплан M.C., Смушков И.В., Сумин В.И. Температурная зависимость фотоупругих постоянных монокристаллов хлористого серебра // ФТТ, 18, С.3146-3148, 1976.

237. Goyal S.C., Bakhshi P.S., Shanker J. Photoelastic constants of silver and thallium halides // Sol. State Comm., 23, P.329-331,1977.

238. О.П.Михеева, А.И.Сидоров, Е.Б.Шадрин. Модификация оптических параметров поликристаллической пленки диоксида ванадия при высокотемпературном окислении. // Оптический журнал, 68, №7, С.30-35, 2001.

239. О.П.Михеева, А.И.Сидоров Поглощение и рассеяние инфракрасного излучения наночастицами диоксида ванадия с металлической оболочкой. // ЖТФ, 73, В.5, С.75-78, 2003.

240. R.Lopez, L.A.Boather, T.E.Haynes et al Synthesis and characterization of size-controlled vanadium dioxide nanocrystals in a fused silica matrix // J.Appl. Phys., 92, N 7, P.4031-4036, 2002.

241. Б.А.Сечкарев Кристаллизация и формирование светочувствительности микрокристаллов AgHal различной структуры в фотографическом процессе. Автореферат докт. диссертации, Кемерово, 1999,44 с.

242. Б.А.Сечкарев, М.И.Рябова, Л.В.Сотникова и др. Кристаллизация и химическая сенсибилизация фотографических эмульсий типа ядро-оболочка с глубинными центрами светочувствительности // Ж. прикладной химии, № 7, С. 1188-1193, 1998.

243. A.I.Sidorov, O.P.Mikheeva, E.B.Shadrin Low-threshold optical nonlinearity with the nanoparticles of wide-band semiconductors. XI Conf. on Laser Optics, SPb, June 2003.

244. О.П.Михеева, А.И.Сидоров Низкопороговое оптическое ограничение излучения наночастицами фторида кальция // Оптический журнал, 70, № 12, С.82-84,2003.

245. O.P.Mikheeva, A.I.Sidorov Nonlinear-optical processes for low-threshold optical limiting of visible, near and mid IR radiation. Intern. Symp. ISOPL-3, USA, Sept., 2003.

246. Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

247. А.И.Сидоров Механизм низкопорогового ограничения излучения в компенсированном арсениде галлия // Оптический журнал, 69, №1, С.7-10,2002.

248. А.И.Сидоров Динамика поглощения импульсного лазерного излучения в широкозонном примесном полупроводнике // Оптический журнал, 69, №10, С. 1520,2002.

249. А.И.Сидоров Динамика фотоиндуцированной линзы в примесном полупроводнике вблизи порога оптического ограничения // Письма в ЖТФ, 29, В.7, С.77-80,2003.

250. А.Г.Калинцев, О.П.Михеева, А.И.Сидоров Ограничение излучения с длиной волны 1.06 мкм в компенсированном арсениде галлия // Письма в ЖТФ, 27, В.24, С.90-94, 2001.

251. И.В.Багров, А.П.Жевлаков, А.И.Сидоров Ограничение лазерных импульсов нано- и микросекундного диапазона в компенсированном арсениде галлия // Письма в ЖТФ, 27, В. 10, С. 26-30, 2001.

252. И.В.Багров, А.П.Жевлаков, О.П.Михеева, А.И.Сидоров, В.В.Судариков Низкопороговое ограничение инфракрасного излучения в примесных полупроводниках // Оптический журнал, 69, № 2, С. 15-20,2002.

253. О.П.Михеева, А.И.Сидоров, А.С.Хайкина, Е.В.Чугуевец Особенности оптического ограничения импульсно-периодического лазерного излучения в примесном GaAs и ZnSe // Письма в ЖТФ, 28, В.2, С.21-24, 2002.

254. О.П.Михеева, А.И.Сидоров Ограничение излучения с длиной волны 0.65 мкм в примесном селениде цинка // Оптический журнал, 68, № 12, С. 115-116, 2001.

255. О.Б.Данилов, А.И.Сидоров Оптический ограничитель. Пат. №2001126690 от 1.10.2001.

256. B.Danilov, V.V.Danilov, V.V.Lubimov, N.N.Rosanov, A.I.Sidorov C02 lasers with flexible parameters and their use in technological applications. NATO ASI Series, Kluwer Acad. Publ., S.3: High Technology, 10, P.301-322. 1996.

257. O.B.Danilov, O.P.Konovalova, A.I.Sidorov, I.I.Shaganov. Interference systems for wideband V02-mirrors. IX Conf. on Laser Optics, SPb, 1998.

258. А.И.Сидоров Управляемые спектральные селекторы на основе отражающего интерферометра с пленкой диоксида ванадия // Оптический журнал, 66, № 1, С.49-53,1999.

259. А.И.Сидоров Управляемые УОг-зеркала на основе трехзеркального интерферометра для спектрального диапазона 0.5-2.5 мкм // Оптический журнал, 67, № 6, С.39-44, 2000.

260. А.И.Сидоров Модуляция коэффициента отражения при НПВО в слоистых системах с пленкой диоксида ванадия // Оптический журнал, 67, № 2, С.53-596 2000.

261. I.M.Belousova, V.P.Belousov, O.B.Danilov, V. V.Danilov, A.I.Sidorov, I.L. Yachnev Photodynamics of optical limiting of power laser radiation // NLO B, 27, N1-4, P.233-248,2000.

262. О.П.Коновалова, А.И.Сидоров, И.И.Шаганов Управляемые V02 зеркала для среднего ИК диапазона на основе интерферометра с «необращенными» полосами отражения // Оптический журнал, 65, № 4, С.20-23, 1998.

263. О.Б.Данилов, В.А.Климов, О.П.Михеева, А.И.Сидоров, С.А.Тульский, Е.Б.Шадрин, И.Л.Ячнев Оптическое ограничение излучения среднего ИК диапазона в пленках диоксида ванадия // ЖТФ, 73, №1, С.79-83, 2003.

264. О.П.Коновалова, А.И.Сидоров, И.И.Шаганов Фазовая модуляция излучения среднего ИК диапазона при отражении от УОг-зеркала // Оптический журнал, 65, №4, С.24-27, 1998.

265. А.И.Сидоров Изменение фазы излучения при отражении от управляемого УОг-зеркала // Оптический журнал, 66, № 3, С.81-85, 1999.

266. О.П.Михеева, А.И.Сидоров Минимизация фазовых искажений прошедшего излучения при оптическом переключении пленки диоксида ванадия // Письма в ЖТФ, 29, В.4. С.28-32,2003.

267. О.Б.Данилов, А.И.Сидоров Управляемые дифракционные оптические элементы с пленкой диоксида ванадия // :ЖТФ, 69, В.11, С.91-96,1999.

268. А.И.Сидоров Особенности управления генерацией С02 лазера с помощью модуляторов на основе двуокиси ванадия // Оптический журнал, 64, № 1, С.25-31, 1997.

269. А.И.Сидоров Динамика переключения УОг-зеркал в лазере с сопряженным резонатором // Оптический журнал, 65, № 1, С.27-30,1998.

270. А.И.Сидоров, Е.Н.Соснов Пространственная динамика мод в С02-лазере с V02-зеркалами, имеющими dR/dT разного знака // Оптический журнал, 66, № 7, С.48-55, 1999.

271. A.I.Sidorov, E.N.Sosnov Spatial and temporal characteristics of ТЕА-СОг laser action with intracavity vanadium dioxide mirrors // Intern. Conf. "Photonics West", California, USA, 1999.

272. О.Б.Данилов, А.П.Жевлаков, А.И.Сидоров и др. Воздействие интенсивного лазерного излучения на управляемые УОг-зеркала // Оптический журнал, 67, № 6, С.31-38, 2000.

273. О.П.Михеева, А.И.Сидоров Особенности ограничения лазерного излучения зеркалами на основе диоксида ванадия // Оптический журнал, 68, № 4, С.48-52, 2001.

274. O.B.Danilov, V.P.Belousov, I.M.Belousova, A.I.Sidorov et al Nonlinear optical limiters of laser radiation on base of reverse saturable absorption and stimulated reflection // Proc. SPIE, 3263, P.214-130, 1998.

275. O.P.Micheeva, A.I.Sidorov. The dynamics of laser action of TEA-C02 laser with vanadium dioxide mirrors // X Conf. on Laser Optics, SPb, Russia, 2000.

276. О.Б.Данилов, В.А.Климов, О.П.Михеева, А.И.Сидоров, С.А.Тульский, Е.Б.Шадрин, И.Л.Ячнев Оптическое ограничение излучения среднего ИК диапазона в пленках диоксида ванадия // ЖТФ,73, №1, С.79-83,2003.

277. О.Б.Данилов, А.И.Сидоров, В.А.Климов, Е.Б.Шадрин, О.П.Михеева Ограничитель инфракрасного излучения. Пат. № 2002108931, приоритет 8.04.2002.

278. О.П.Михеева, А.И.Сидоров Ограничение излучения С02 лазера в композитном материале с наночастицами серебра // Письма в ЖТФ, 27, В.18, С.50-53,2001.

279. И.В.Багров, А.П.Жевлаков, О.П.Михеева, А.И.Сидоров, В.В.Судариков Оптическое ограничение лазерных импульсов в спектральной области 3.8-4.2 мкм композитом с наночастицами серебра // Письма в ЖТФ, 28, В. 13, С.40-43,2002.

280. А.И.Сидоров Оптические свойства композита с наночастицами серебра в диапазоне 8-12 мкм // Оптический журнал, 70, №2, С.9-14, 2003.

281. О.Б.Данилов, А.И.Сидоров Инфракрасный нелинейно-оптический материал. Пат. №2002101741, приоритет 17.01.2002.

282. О.П.Михеева, А.И.Сидоров Нелинейно-оптические свойства композитов с наночастицами Ag и V02 в среднем ИК диапазоне. Сборник трудов V международной конф. «Прикладная оптика», СПб, Т.2, С.178-180,2002.

283. О.П.Михеева, А.И.Сидоров, Е.Б.Шадрин. Модификация оптических параметров поликристаллической пленки диоксида ванадия при высокотемпературном окислении. // Оптический журнал, 68, №7, С.30-35,2001.

284. О.П.Михеева, А.И.Сидоров Поглощение и рассеяние инфракрасного излучения наночастицами диоксида ванадия с металлической оболочкой. // ЖТФ, 73, В.5, С.75-78, 2003.

285. A.I.Sidorov, O.P.Mikheeva, E.B.Shadrin Low-threshold optical nonlinearity with the nanoparticles of wide-band semiconductors. XI Conf. on Laser Optics, SPb, June 2003.

286. I.M.Belousova, O.B.Danilov, V.P.Belousov, V. V.Danilov, A.I.Sidorov, I.L.Yachnev Optical limiting of laser radiation. XI Conf. on Laser Optics, SPb, June 2003.

287. О.П.Михеева, А.И.Сидоров Низкопороговое оптическое ограничение излучения наночастицами фторида кальция // Оптический журнал, 70, № 12, С.82-84, 2003.

288. O.P.Mikheeva, A.I.Sidorov Nonlinear-optical processes for low-threshold optical limiting of visible, near and mid IR radiation. Intern. Symp. ISOPL-3, USA, Sept., 2003.