Оптическая спектроскопия примесных кристаллов на основе явлений фотонного эха и параметрического рассеяния света тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

г?

ч

с

На правах рукописи

Шкаликов Андрей Викторович

ОПТИЧЕСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ПРИМЕСНЫХ КРИСТАЛЛОВ НА ОСНОВЕ ЯВЛЕНИЙ ФОТОННОГО ЭХА И ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО РАССЕЯНИЯ СВЕТА

Специальность 01.04.05 - оптика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Казань-2008

003168897

Работа выполнена в лаборатории нелинейной оптики Казанского физико-технического института им. Б.К. Завойского КазНЦ РАН.

Научный руководитель- доктор физико-математических наук, профессор

Виталий Владимирович Самарцев Официальные оппоненты. доктор физико-математических наук, профессор

Александр Николаевич Ленин доктор физико-математических наук, профессор Сергей Владимирович Сазонов Ведущая организация- Казанский государственный технический

университет им А Н Туполева, г Казань

Защита состоится «5» июня 2008 г в 14~ часов на заседании Диссертационного Совета Д 212 08107 в Казанском государственном университете им В И Ульянова-Ленина по адресу 420008, г Казань, ул Кремлевская, д 18

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им Н И Лобачевского Казанского государственного университета

Автореферат разослан «2$>> 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических наук

ДИ Камалова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы

Данная диссертация посвящена экспериментальному исследованию новых режимов оптической спектроскопии примесных кристаллов В основе этих режимов лежат явления фотонного эха (включая некогерентное) и параметрического рассеяния света Общим, объединяющим свойством этих режимов является переход от частотных измерений исследуемых оптических спектров к временным Разработка новых режимов оптической спектроскопии, безусловно, актуальна Так, выяснение новых возможностей модуляционной оптической эхо-спектроскопии является важным вкладом в когерентную спектроскопию примесных кристаллов, а экспериментальное исследование некогерентного фотонного эха и его применение в оптической спектроскопии позволит, в перспективе, исследовать быстропротекающие и случайные процессы в примесных кристаллах без использования дорогостоящей фемтосекундной и пико-секундной лазерной техники К тому же активное использование в этих исследованиях оптических волокон представляется ценным для дальнейших сопряжений оптических эхо-процессоров с оптическим волоконными линиями Наконец, разрабатываемая в диссертации оптическая би-фотонная спектроскопия является новым методом спектроскопии, обладающим помехоустойчивостью и универсальностью К тому же создание в России еще одного центра по исследованию и применению бифотонов (наряду с аналогичным центром на физическом факультете Московского госуниверситета) будет способствовать развитию этого нового направления квантовой оптики в нашей стране

Как известно, спектроскопические исследования в различных участках электромагнитного спектра являются одним из наиболее мощных средств изучения строения вещества, поэтому проведенные в данной диссертации экспериментальные исследования являются актуальными

Цель работы

Целью данной диссертационной работы является экспериментальное исследование новых и развитие известных режимов оптической эхо-спектроскопии и бифотонной спектроскопии примесных кристаллов (на примере А1203 Сг3+ и YAG Ег3+)

Научная новизна

1. Впервые экспериментально обнаружена модуляция временной формы первичного фотонного эха в рубине с периодом модуляции в несколько десятков наносекунд Эксперименты, поставленные на образце рубина, легированном только ионами изотопа 53Сг3+, дают основание считать, что обнаруженная модуляция формы обязана сверхтонкому взаимодействию валентных электронов ионов изотопа 53Сг3+ со своим собственным ядром

2 Впервые поставлены оптические эхо-эксперименты на образце рубина, легированном только ионами изотопа 53Сг3+, и исследованы сигналы первичного и стимулированного фотонного эха, а также их кривые спада как при наличии слабого магнитного поля, так и в его отсутствие Из кривых спада эхо-сигнала установлены значения времен фазовой релаксации

3 Впервые на примере кристалла рубина наблюдено некогерентное фотонное эхо (НФЭ) в условиях, когда один из возбуждающих лазерных импульсов подавался к образцу по оптическому волокну Изучены особенности спектра сигналов НФЭ в концентрированном рубине и снята кривая спада, с помощью которой получено значение времени фазовой релаксации

4 Впервые обоснован и экспериментально реализован (на примере кристаллов А120з • Сг3+ и YAG Ег3+) новый способ оптической спектроскопии, использующий частотно-коррелированные пары фотонов, рождающиеся в процессе спонтанного параметрического рассеяния света

Снятые оптические спектры находятся в полном согласии со спектрами, полученными на обычных спектральных приборах, но в отличие от них обладают высокой помехоустойчивостью

Основные положения, выносимые на защиту

1 Кристалл рубина (как с естественным содержанием изотопов хрома, так и специально обогащенный изотопом "хром-53") при температуре жидкого гелия в условиях двухимпульсного резонансного воздействия (на длине волны 693,4 нм) лазера на красителе излучает сигнал первичного фотонного эха, временная форма которого испытывает биения, обязанные сверхтонкому взаимодействию неспаренных электронов ионов хрома 53Сг3+ с собственным ядром Модернизированная установка фотонного эха, включающая в себя лазер на красителе, фотоприемник и стробоскопический осциллограф, позволяет надежно детектировать эхо-сигналы и биения их формы

2 Высокообогащенный кристалл рубина при температуре жидкого гелия в условиях резонансного воздействия (на длине волны 693,4 нм) на него двух лазерных импульсов, один из которых был подан к образцу по оптоволокну, излучает (в обращенном режиме) сигнал некогерентного фотонного эха Созданная экспериментальная установка позволяет исследовать спектр этого эхо-сигнала и кривую спада, а также определять время фазовой релаксации (98±4 не)

3 Бифотонная оптическая спектроскопия позволяет получать достоверную информацию о спектрах поглощения (например, AI2O3 Сг3+ и YAG Ег3+) Создан бифотонный оптический спектрометр, работающий в режиме счета фотонов, характеризующийся высокой помехоустойчивостью

Достоверность результатов

Достоверность экспериментальных результатов обеспечивается надежностью используемых экспериментальных методов, высокой точно-

стью измерений, тщательностью обработки полученных экспериментальных данных, их проверкой другими методами, а также воспроизводимостью получаемых результатов

Научная и практическая ценность

1 Проведенные исследования вносят существенный научный вклад в развитие оптической эхо-спектроскопии, а полученная информация о времени фазовой релаксации (особенно, в обогащенном рубине) имеет научную ценность

2 Экспериментальное наблюдение НФЭ с использованием оптического волокна проведено впервые и может представлять практическую ценность при сопряжении оптических эхо-процессоров с оптическими волоконными линиями передачи информации

3 Бифотонная спектроскопия и аппарЙтура по ее реализации могут стать основой нового типа помехоустойчивых оптических спектрометров для исследования объектов, "чувствительных" к использованию интенсивного света и "требующих" применения режима счета фотонов

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались на конференциях молодых ученых КФТИ КНЦ РАН (Казань, 2003г, 2004г, 2005г, 2006г), на Всероссийской Школе "Когерентная оптика и оптическая спектроскопия" (Казань, 2003г, 2004г, 2005г, 2006г, 2007г), на

VIII международном симпозиуме по фотонному эхо и когерентной спектроскопии (Калининград, 2005), на всероссийской конференции "Концепции симметрии и фундаментальных полей в квантовой физике XXI века" (Самара, 2005г), на международной конференции "Лазерная физика и применение лазеров" (Минск, 2003г), на Четвертом и Пятом всероссийских семинарах памяти Д Н Клышко (Москва, 2005г, 2007г), на

IX и X Международных Чтениях по квантовой оптике (Санкт-Петербург,

2003г, Самара, 2007), на физических семинарах КФТИ КазНЦ РАН и семинарах лаборатории нелинейной оптики этого института

Тематика диссертации связана с одной из базовых тем КФТИ КазНЦ РАН "Фундаментальные проблемы функционирования оптической фазовой памяти на основе явлений фотонного эха и сверхизлучения в примесных кристаллах и нанообъектах и разработка оптимальных режимов использования неклассического света в квантовых устройствах" Эти исследования были связаны также с работами по Программам президиума РАН "Квантовая макрофизика"и ОФН РАН "Оптическая спектроскопия и стандарты частоты", по грантам РФФИ №05-02- 16169а и №05-02-16003а Индекс основного направления фундаментальных исследований 2 3

Основное содержание диссертации изложено в 24 научных работах, из которых 10 статей опубликованы в рекомендованных ВАК научных журналах

Личный вклад автора

В большинстве совместных работ автором диссертации выполнена основная экспериментальная часть исследований Соавторы этих работ помогали с консультациями по теме, участвовали в обсуждении результатов и написании работ

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка авторской литературы и списка цитируемой литературы Общий объем диссертационной работы составляет 127 страниц машинописного текста, включая 37 рисунков и список литературных ссылок из 83 наименований В конце каждой главы даются краткие выводы по изложенным в ней результатам В заключении сформулированы основные результаты работы

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении на основании анализа современного состояния проблемы обоснована актуальность темы исследования, сформулирована цель работы, постановка основных задач, изложены основные защищаемые результаты и положения, их новизна и практическая значимость, структура и содержание диссертации

В первой главе дается краткий обзор используемых методов исследования Приведен краткий обзор экспериментов по модуляции временной формы ядерного и спинового эха, и на их примере рассмотрены физические принципы, которым она обязана На примере кристалла рубина обосновано с использованием сверхтонких взаимодействий неспаренных электронов хрома со своим ядром возникновение модуляции временной формы первичного эха в оптическом диапазоне Дано объяснение причины того, почему такие биения ранее не наблюдались Подробно рассмотрены оптические свойства используемых в экспериментах примесных кристаллов А120з Сг3+ и YAG Егг+

Описана модель некогерентного фотонного эха (НФЭ) и поясняется возможность осуществления в режиме НФЭ фемтосекундной эхо-спектроскопии с помощью наносекундной лазерной техники Показаны преимуществах метода НФЭ и приведен краткий обзор экспериментов В заключении главы рассматривается спонтанное параметрическое рассеяние (СПР) света как метод получения пар коррелированных фотонов Рассмотрена работа [1], в которой заложены основы спектроскопии парами перепутанных фотонов В первой главе содержатся только литературные данные, те первая глава является обзорной

Вторая глава посвящена подробному описанию экспериментальных установок, применяемых методик, а также используемой аппаратуры Глава состоит из двух параграфов первый из них посвящен экспериментальной установке, на которой были выполнены все оптические эхо-

эксперименты, во втором параграфе описывается установка предназначенная для бифотонной оптической спектроскопии В первом параграфе изложены основы метода оптической эхо-спектроскопии Описана экспериментальная установка по возбуждению как двухимпульсного обращенного фотонного эха (ОФЭ) так и обращенного стимулированного фотонного эха (СФЭ), подробно описаны условия работы и характеристики используемых узлов Детально рассмотрена используемая линия оптических задержек (ОЛЗ), описаны все режимы ее работы и, особенно, получение двух импульсов с возможностью дискретного изменения интервала между ними Описан оптический квантовый генератор на иттриево-алюминиевом гранате, легированном ионами неодима Кроме того, здесь обсуждается получение второй гармоники и детально описана работа перестраиваемого лазера на красителе в условиях, когда перестройка длины волны излучения осуществляется голограммной дифракционной решеткой, работающей в скользящем режиме Кроме этих стандартных узлов, в данной главе подробно описаны применяемые широкополосные осциллографы, которые позволили наблюдать модуляцию формы ОФЭ в рубине с естественным содержанием иона изотопа "хром-53" и значительно облегчить и автоматизировать процесс сбора информации Во втором параграфе описана экспериментальная установка, которая позволяет проводить исследования спектров поглощения примесных кристаллов в широком диапазоне длин волн Метод бифотонной спектроскопии основан на явлении спонтанного параметрического рассеяния света, которое, в свою очередь, состоит в когерентном распаде фотонов накачки в нелинейной среде на пары фотонов Применение данного метода, как будет показано в четвертой главе, позволяет существенно увеличить отношение "сигнал/шум" Большое внимание в данном параграфе уделено описанию процесса детектирования света в режиме счета фотонов и применяемым корреляционным схемам

В третьей главе, посвященной экспериментальному исследованию

с помощью методов оптической зхо-спектроскопии, изложены результаты эхо-экспериментов, выполненных на рубине В первом параграфе сообщается об обнаружении в естественном рубине модуляции временной формы сигнала ФЭ с периодом модуляции 37 не, которую диссертант связывает со сверхтонким взаимодействием валентных электронов ионов изотопа "хром-53"со своим собственным ядром Это стало возможным благодаря использованию стробоскопического осциллографа с полосой пропускания в несколько гигагерц

I »

1 20 г "

I <0

я:

-■-усредн сигнал тах сигнал

\

\ • 151нс

V I < :, Г-.

110 120 130 140 150 160 бремя НС

—ш— У^рвд

129нс основной пик обманный Сг-52

а*

Естественный рубин содержит следующие изотопы хрома (50Сг-4,3%, Ь2Сг - 82,7%, 53Сг - 9,6%, 54Сг—2,4%) Как известно, только ядро изотопа 53Сг обладает ненулевым ядерным спином (а именно, 3/2) и, следовательно, именно этот изотоп имеет сверхтонкую структуру электронных уровней Как видим, процентное содержание этого изотопа в естественном рубине невелико и эхо-сигнал от ионов данного изотопа никак себя

100 „О ,30 ,Х 1« 150 ^

В(жм, № не проявлял, тем более, что период

Рис 1 Временная форма сигнала ПФЭ модуляции временной формы эхо-

в естественном рубине (с концентрацией 0ТКлика был несколько десятков Сгл+, равной 0 1 ат%) в условиях двухим-

пульсного широкополосного возбуждения наносекунд, что в частотной шкале

в режиме обращения (а) и результаты ста- , гг,

_ V ..,. составляет около 50 М1 ц и никак

тистического анализа биений формы, в которых отброшен вклад в форму ПФЭ чет- не МОгло быть раньше зафикси-ных изотопов хрома (б)

ровано осциллографами типа Г2-7 Результаты нашего эхо-эксперимента приведены на Рис 1 "а", а резуль-

139нс 145нс \ \

ч^Ад1

таты статистической обработки показаны на Рис 1 "б" Кроме того, следуя [3], подчеркнем, что модуляция эхо-сигналов и кривых спада обязана анизотропной части сверхтонкого взаимодействия (СТВ) и должна исчезать при таких ориентациях иона в кристалле, когда одна из главных осей тензора СТВ — совпадает с направлением внешнего магнитного поля Н0 Это обстоятельство продемонстрировали оптические эхо-

эксперименты [4, 5, 6, 15, 8], в которых модуляция наблюдалась лишь

—► —►

при наличии угла 6 (4° или 8°)между На и оптической осью С рубина

Обратим внимание на то, что, согласно [2], анизотропная часть СТВ (пропорциональная А2, те квадрату от константы СТВ) возникает во втором порядке теории возмущений, когда СТВ рассматривается как слабое возмущение к уровням тонкой структуры

Пренебрежение анизотропным членом приведет к эквидистантному спектру СТВ, переходы между уровнями которого не приведут к модуляции временной формы и кривой спада ФЭ. Учет анизотропной составляющей СТВ (т е

Рис 2 Осциллограммы сигналов наблю- пропорциональный Л2) приводит к даемых в экспериментах по первичному

(а) и стимулированному (б) фотонному эхо неэквидистантному спектру СТВ и в обогащенном рубине в слабом продольном магнитном поле 1,2,3 - ослабленные к появлению модуляции Фс)

возбуждающие импульсы Результаты экспериментов,

описанные в данном параграфе, стимулировали диссертанта к постановке дополнительного эхо-эксперимента на образце, легированном только ионами изотопа 53Сг, в

б.

5 100-

О 50 100 150 200 250

Время 14.

л

100 200 300 400

Бремя «с

постоянном магнитном поле Такие исследования, как показал анализ, проведены впервые

Поэтому исследования модуляции временной формы ОФЭ и СФЭ на образце рубина, обогащенном ионами изотопа "хром-53", были продолжены и описаны во втором параграфе Результаты этих исследований приведены на Рис 2

Детальный анализ модуляции формы ПФЭ в естественном рубине показал, что а) она не может быть объяснена существованием изотопических сдвигов, поскольку их величины составляют десятки гигагерц,

б) она не может быть объяснена суперсверхтонким взаимодействием (ССТВ) из-за того, что его частоты составляют примерно единицы мегагерц [9], те на порядок меньше, чем в описанных выше экспериментах,

в) она может быть объяснена сверхтонким взаимодействием валентных электронов ионов изотопа 53Сг со Ujoum собственным ядром, поскольку значения сверхтонких расщеплений достигают нескольких десятков мегагерц, а им соответствуют периоды модуляций порядка 20-40 не, находящиеся в согласии со значениями периодов биений на Рис 2 Этот изотоп является единственным, у которого ядерный спин не равен нулю (1=3/2), причем константа А сверхтонкого взаимодействия ASI (S и I — электронный и ядерный спины) равна 51 мегагерцу

Поскольку локальное магнитное поле Щ составляет 12 Гс, то помещение образца обогащенного рубина в магнитное поле Но > #/ приводит к подавлению спектральной диффузии с характеристическим временем спада, равным 23 не В итоге эхо-сигналы в постоянном магнитном поле оказываются более интенсивными Этот рост интенсивности оказался столь значительным , что авторам данной работы удалось снять кривые спада сигналов ПФЭ и СФЭ в этом образце обогащенного рубина Они приведены на Рис 3

а.

1« I »'JE l<

Al 1Н94ММГ ti IMIC ti

<1 M fin« t?Í1i4í(5

í, МЛ кои«

6.

20 40 60 tO 100 IX 140 16Q 190 200 время между першм к вторым имп) льсом t, не

Наблюдаемые биения этих кривых с периодом около 130 не, скорее всего, связаны с суперсверхтонким взаимодействием валентных электронов ионов хрома с ядрами алюминия, поскольку оценка параметра этого взаимодействия дает единицы мегагерц Анализ кривой спада интенсивности ПФЭ от Ti2 показал, что значение времени фазовой релаксации равно Т2 = 98нс

Продолжением этих исследований стало изучение кинетики спа-

0 50 100 150 200 250 300

■i.™ да стимулированного ФЭ в кри-

Рис 3 Кривые спада сигналов первично- сталле рубина, обогащенном иона-

го (а) и стимулированного (б) фотонного „ _„„

эха в обогащенном рубине в постоянном ми изотопа ">фОМ-53", в нулевом

магнитном поле Кривая спада (б)снята магНитН0М поле С целью ПОИС-при фиксированном значении интервала

между первыми двумя импульсами (т12 = ка долгоживущего фотонного эха

33нс) Интервал Тчз означает запаздыва- т-, r1rli

' (ДФЭ В соответствии с 10 пред-

ние третьего импульса относительно вто- ' 1 ' г

Рого полагается, что неравновесная "ре-

шетка"населенностей, возникающая после первых двух импульсов, будет перенесена на возбужденные сверхтонкие уровни основного (4At) состояния и будет там храниться в течение времени жизни этих уровней Это должно проявиться в зависимости интенсивности стимулированного ФЭ от временного интервала т2з между двумя последними импульсами, которая в случае формирования ДФЭ обычно состоит из двух частей быстрого спада (из верхнего на метастабильный уровень) и более медленного спада (из метастабильного на основной уровень) [11] Отметим, что исследование сигналов ФЭ (и, тем более, поиск сигнала ДФЭ) в рубине.

обогащенном только ионами изотопа "хром-53", проводится впервые

В отличие от исследований, описанных в начале параграфа, данные исследования проводились в нулевом магнитном поле, однако это не

означает отсутствие магнитного поля на ядрах хрома В местоположении

—>

каждого примесного центра существует локальное магнитное поле Н(, обязанное суперсверхтонкому взаимодействию (ССТВ) валентных электронов хрома с ядрами алюминия [12] Средняя величина этого поля составляет 12 Гс при хаотическом распределении направлений этих полей в пространстве При этом важно помнить, что в рубине на энергетическом переходе аАч.—2Е{Е) §-факторы спектроскопического расщепления основного 4/42 и возбужденного 2Е(Е) состояний различны как по величине, так и по степени анизотропии дц^Мг) = 1,99 (те изотропен) и д\\{2Е(Е)) = 2,44 и д±,(2Е(Е)) < 0,1 (т е сильно анизотропен), где значки "||-параллельно"и "±-перпендикулярно',поясняют направление относительно оптической оси Поэтому магнитные моменты ионов хрома в основном состоянии (Мг) будут направлены, как правило, вдоль локальных магнитных полей, т е хаотично, в то время как магнитные моменты ионов хрома в возбужденном (2Е(Е)) состоянии будут направлены, в основном, вдоль оптической оси кристалла

В данном эхо-эксперименте была снята зависимость интенсивности стимулированного фотонного эха от временного интервала Тгз при фиксированном значении интервала тп Она приведена на Рис 4, на котором четко виден "излом" кривой спада при значении тгз = 168 не Такой "излом" является характерным признаком наблюдения именно сигнала ДФЭ [11] Кроме того, более быстрый спад в логарифмической шкале имеет вид кривой и не может быть описан обычной экспоненциальной функцией спада Анализ этого спада позволил найти время продольной релаксации на переходе из возбужденного 2Е[Е) - состояния на возбужденный сверхтонкий подуровень основного 4Аг состояния 1 46 х 10-7с

Характеристическое время более протяженного спада на Рис 4 примерно в 45 раза длиннее (6 46 х 10-7с) и, в принципе, определя-> ется временем жизни возбужден........... ных сверхтонких подуровней 4Лг-

» 100 150 ЯО 240 300

состояния Тот экспериментальный факт, что оно короче време-

Рис 4 Зависимость относительной интенсивности стимулированного ФЭ в обога- ни жизни сверхтонких подуровней, щенном (изотопом "Сг-53") рубине от ин- полученного в нулевом магиит. тервала между вторым и третьим импульсами при фиксированном значении ном поле в работе [14], свидетель-интервала г12 = 33нс

ствует о существовании спектральной диффузии, обязанной кросс-релаксации на сверхтонких переходах основного состояния (как в работе [13]) Это приводит к тому, что время хранения неравновесной электронной плотности на возбужденных сверхтонких подуровнях короче времени жизни возбужденного 2£'(£,)-состояния и потому наблюдаемый сигнал СФЭ не может быть отнесен к разряду долгоживущих

Третий параграф посвящен наблюдению и исследованию некогерентного фотонного эха в условиях, когда первый возбуждающий импульс подводится к исследуемому образцу через оптическое волокно Были получены осциллограммы НФЭ, сняты спектры НФЭ, а также исследована кривая временного спада НФЭ (те зависимости его интенсивности от интервала ти между импульсами) К сожалению, из-за слабости сигнала НФЭ и большого шага ОЛЗ нам удалось снять лишь три точки на кривой спада Тем не менее этого было достаточно, чтобы получить значение времени фазовой релаксации Т^ = 98 ± 4 не Анализ показал, что, скорее всего, она обязана процессу спектральной диффузии [15]

го

0932 9 69X30 0933 5 0934 О 5934 5 69350 5935 5

Длина волны (А)

Рувин О 16%СгЗ+

Кроме того, интерес представляют результаты исследования спектра НФЭ в сравнении со спектром обычного обращенного фотонного эха (ослабленного в 24 раза) Четко виден "провал" в спектрах, обязанный тому об-

и

Рис 5 Зависимость относительной интен- стоятельству, что энергия второго сивности обращенного НФЭ в высоком,«- импульса в ходе формирования

центрированном рубине (С=0,16 ат%) от

длины волны на фоне спектра ослабленно- стоячей волны практически полноГО в 24 раза сигнала обычного обращенно-

го ФЭ (те без использования оптоволок- стью поглощается ионами хрома на) Время задержки второго импульса от- в центре Д1.ЛИНИИ) Причем На-

"выбраться" из образца Для обоих спектров характерен центральный "провал" разной спектральной ширины, что может быть обязано малой мощности сигнала НФЭ Однако крылья спектров существенно отличаются Физические причины уширения спектра НФЭ скорее всего кроются в спектральных свойствах оптоволокна Это обстоятельство может быть использовано в прикладных целях, например, для проверки качества оптоволокна в требуемых диапазонах длин волн

Четвертая глава посвящена бифотонной оптической спектроскопии примесных кристаллов

В первом параграфе описаны теоретические основы бифотонной спектроскопии Бифотонная оптическая спектроскопия основана на явлении спонтанного параметрического рассеяния (СПР) света в нелинейной среде, а именно, на свойствах пары фотонов, рожденных в процессе СПР

Фотоны в паре коррелируют по моменту рождения (в течение времени когерентности) и по частоте (в соответствии с законом сохранения энергии Ншо = Ьи>1 + где ш0 — частота фото-

носителыго первого - ¿12=18 не

столько, что второй импульс и, тем'более, эхо-сигнал не могут

на накачки, ui\,ui2

частоты сигнального и холостого фотонов) Бифотонная спектроскопия примесных кристаллов реализуется в условиях, когда частоты фотонов в паре не попадают в область сильного фононного поглощения, но зато попадают в полосу оптического поглощения примесных центров в исследуемом образце В результате поглощение одного из фотонов в паре сказывается на счете совпадений (уменьшение счета совпадений можно интерпретировать как поглощение сигнальных фотонов образцом)

Во втором параграфе экспе-

„ i Спектры поглощения (а) рименталыш продемонстрированы YAG Er снятый методом лазерной

спектроскопии (сплошная линия) и возможности бифотонной спектро-методом бифотонной спектроскопии

И,(б) рубина снятый методом лазерной скопии Снятый в технике бифо-

спектроскопии . и методом бифотонной тонной спектроскопии спектр по-спектроскопии ■

глощения ИАГ, легированного эрбием, демонстрирует все детали, как у спектра, полученного на обычном спектрометре Эти спектры приведены на Рис 6 а Следует отметить, что спектр поглощения эрбия снимался в условиях коллинеарного вырожденного синхронизма Ширина спектра СПР в таких условиях достигает 20 нм, что позволяет проводить спектроскопические исследования в этом диапазоне посредством только монохроматора

Кроме того, в этом параграфе продемонстрировано, что бифотонная оптическая спектроскопия позволяет получать не только детальные спектры, но и проявляет устой-

6916 «920 6925 Í930 9935 S940 CMS «950 tS5S «960

Длина волны А

чивость этого метода измерений к шумам детекторов

На Рис 7 "а"приведены спектры, полученные двумя методами при одинаковом отношении "сигнал/шум", равном 1/2 А на Рис 7 "б"отношение "сигнал/шум" еще уменьшено в 15 раз и составляет 1/30 Видно, что с ростом уровня шумов спектр, снятый методом би-фотонной спектроскопии, почти не изменился, а спектр, снятый обычным методом, практически исчез

В третьем параграфе продемонстрированы возможности би-фотонной спектроскопии в условиях невырожденного синхронизма Результаты исследований приведены на Рис 6 "б"

Основные результаты, полученные в диссертации

1 Обнаружена модулированная временная форма сигнала обращенного фотонного эха в рубине, обязанная СТВ неспаренных электронов ионов изотопа "хром-53" со своим собственным ядерным спином В процессе проверки физических причин модуляции впервые был поставлен успешный эхо-эксперимент на образце корунда, обогащенном ионами изотопа "хром-53", и снята кривая спада, позволившая определить время фазовой релаксации (98 не) Эти эксперименты стали возможными благодаря использованию широкополосной, высокочувствительной и автоматизированной аппаратуры

1ЮО

1*00

° НОО о

3 looo S

I«

O0Ü

Рис 7 Спектр поглощения YAG £'г,+, полученный методом традиционной спектроскопии и методом бифотонной спектроскопии в условиях,когда шум превышает сигнал в 2 раза (а) и когда шум превышает

г.игнял и ЯП пял (Pt\

2 Обнаружено и детально исследовано явление некогерентного фотонного эха в рубине в условиях подачи первого возбуждающего импульса к образцу по оптическому волокну Широкополосность возбуждения использовалась за счет использования лазера на красителе и за счет самомодуляции и уширения спектра первого импульса в оптоволокне Снята кривая спада интенсивности эхо-сигнала, из анализа которой оценено время фазовой релаксации (98 не) Этот эхо-эксперимент имеет также и практическое значение для сопряжения оптических эхо-процессоров с оптоволоконными сетями

3 Развит метод бифотонной оптической спектроскопии примесных кристаллов и впервые на примере кристалла YAG Ег3+ продемонстрирована высокая помехоустойчивость снятых оптических спектров поглощения по сравнению с методами традиционной оптической спектроскопии По сравнению с предшествующим экспериментом японских иследовате-лей Ябушита и Кабаями [16], проведенное в данной диссертации исследование отличается от него высокой точностью, малым разбросом экспериментальных точек и воспроизводимостью тонких деталей спектра Изучены вырожденный (на YAG Ег3+) и невырожднный (на Al^Oz Сг3+) режимы бифотонной спектроскопии

Выводы из результатов диссертации

1 На основании экспериментального анализа временной формы сигнала ОФЭ (в естественном и легированном только ионами изотопа "хром-53") установлено, что она испытывает биения, период которых соответствует частоте сверхтонкого взаимодействия валентных электронов 53СУ3+ со своим собственным ядром Это позволяет находить значения этих частот (так, периоду биений 37 не соответствует частота сверхтонкого взаимодействия ¡/=27 МГц)

2 Использование оптических волокон в оптических эхо-экспериментах, хотя и создает технические трудности при вводе

лазерных импульсов в исследуемый образец, но все же позволяет получать надежные эхо-сигналы и измерять их кривые спада Это дает возможность в дальнейшем осуществлять сопряжение оптических эхо-процессоров с оптоволоконными линиями передачи информации, а также с волоконными оптическими головками считывания [17]

3 В данной диссертации осуществлено становление нового метода оптической спектроскопии примесных кристаллов — бифотонной спектроскопии, обладающей высокой помехоустойчивостью Поскольку детектирование оптических спектров в данном методе проводится в режиме счета одиночных фотонов, то он может оказаться ценным для спектроскопического исследования биологических объектов, весьма чувствительных к воздействию интенсивного света

Список авторской литературы _

[Al] Shkalikov, A.V. Detection of satellites of primary photon echo in ruby / V V Samartsev, A M Shegeda, A V Shkalikov, V A Zuikov // Laser Physics -2003 -V 13 -P147-149

[A2] Шкаликов, A.B. Оптическая спектроскопия с помощью бифото-нов / А А Калачев, А А Калинкин, В В Самарцев, А В Шкаликов // Известия РАН сер физ -2006 -Т 70 -С 480-483

[A3} Shkalikov, A.V. Incoherent backward photon echo in ruby upon excitation through an optical fiber / V V Samartsev, A M Shegeda, A V Shkalikov, К R Karimulhn, T G Mitrofanova, and V A Zuikov // Laser Physics Letters -2007 -V 4, №7 -P 534-537

[A4] Shkalikov, A.V. Biphoton spectroscopy of YAG Er3+ crystal / A A Kalachev,D A Kalashnikov, A A Kahnkm, T G Mitrofanova, VV Samartsev, A V Shkalikov //Laser Physics Letters -2007 -V4, №10 -P 722-725

[А5] Шкаликов, А.В Квантовая спектроскопия с помощью частотно коррелированых пар фотонов / А А Калачев, Д А Калашников, А А Калинкин, В В Самарцев, А В Шкаликов // Ученые записки КГУ, физ-мат науки -2007 -Т149, кн 1 -С 58-63

[А6] Шкаликов, А.В Некогерентное фотонное эхо в рубине в условиях транспортировки возбуждающих импульсов по оптоволокну / В А Зуйков, К Р Каримуллин, Т Г Митрофанова, В В Самарцев, А М.Шегеда, А В Шкаликов // Ученые записки КГУ, физ -мат науки -2007 -Т149, кн 1 -С 41-50

[А7] Шкаликов, A.B. Особенности кинетики спада интенсивности стимулированного фотонного эха в рубине, обогащенном только ионами изтопа "хром-53"/ В В Самарцев, А М Шегеда и А В Шкаликов //Ученые записки КГУ, физ-мат науки -2008 -Т150, кн 1 (В печати)

[А8] Шкаликов, А.В Обязанная сверхтонкому взаимодействию модуляции формы сигналов первичного и стимулированного фотонного эха в рубине в постоянном магнитном поле / В В Самарцев, А М Шегеда, А В Шкаликов, В А Зуйков, И 3 Латыпов и Т Г Митрофанова // Ученые записки КГУ, физ-мат науки -2008 -Т150, кн 1 (В печати)

[А9] Шкаликов, A.B. Поисковые исследования сателлитов первичного фотонного эха в рубине / В В Самарцев, А М Шегеда, А В Шкаликов, В А Зуйков //VI Молодежная Научная Школа "Когерентная оптика и оптическая спектроскопия" сб науч тр / Казань Гос ун-т -2002 -С 305-310

[А10] Шкаликов, А В. Экспериментальная устновка для исследования интерференции четвертого порядка между независимыми бифото-нами / А В Шкаликов // VII Молодежная Научная Школа "Ко-

герентная оптика и оптическая спектроскопия" сб науч тр / Казань Гос ун-т -2003 -С 391-395

[All] Шкаликов, А.В. Сателлиты первичного фотонного эха в рубине / В А Зуйков, В В Самарцев, А М Шегеда, А В Шкаликов // Конференция молодых ученых КФТИ КНЦ РАН сб науч тр под ред С В Петрушкина и А Р Мурсалимова / Казань КФТИ КНЦ РАН -2003 -С 44-51

[А12] Шкаликов, А.В. Обнаружение сателлитов первичного фотоного эха в рубине / В В Самарцев, А М Шегеда, А В Шкаликов, В А Зуйков //вкн Лазерная физика и применение лазеров (Материалы международной конференции под ред Н С Казака) / Минск ИФ НАНБ, -2003 -С 147-149

[А13] Shkalikov, A.V. Experimental discovery of the primary photon echo's satellites in ruby / V V Samartsev, A M Shegeda, A V Shkalikov, V A Zuikov //In Book of abstracts of 12-th International Laser Physics Workshop Hamburg Germany, August 25-29,2003)/ Hamburg DFG-institute -2003 -P43

[A14] Шкаликов, А В. Особенности детектирования бифотонных полей при спонтанном параметрическом рассеянии света / А В Шкаликов, Д А Калашников, А А Калинкин, В В Самарцев // Конференция молодых ученых КФТИ КНЦ РАН сб науч тр под ред С В Петрушкина и А Р Мурсалимова / Казань КФТИ КНЦ РАН -2004. -С 88-94

[А15] Шкаликов, А.В. Световое (фотонное) эхо в рубине современное состояние исследований в казанском физико-техническом институте РАН и обнаружение сателлитов первичного эха / В В Самарцев, А М. Шегеда, А В Шкаликов, В А Зуйков // В сб "Нелинейные

динамические процессы"/Владивосток Дальнаука -2004 -С 130140

[А16] Шкаликов, A.B. Спектроскопия в режиме счета фотонов / А В Шкаликов, А А Калинкин, Д А Калашников, А А Калачев, В В Самарцев // Конференция "Концепции смметрии и фундаментальных полей в квантовой физике XXI века"/ Самара СамГУ -2005 -С 101-102

[А17] Шкаликов, A.B. Использование лавинных фотодиодов для детектирования бифотонов / А В Шкаликов, Д А Калашников, А А Калинкин, В В Самарцев // Конференция молодых ученых КФТИ КНЦ РАН сб науч тр под ред А Р Мурсалимова и С М Хантимерова / Казань КФТИ КНЦ РАН -2006 -С 63-67.

[А18] Шкаликов, А.В К вопросу о распространении импульсов малой площади через оптически плотные среды / А В Шкаликов, А А Калинкин, А А Калачев, В В Самарцев // В сб X Молодежная Научная Школа "Когерентная оптика и оптическая спектроскопия"/ Казань КГУ -2006 -С 181-184

[А19] Shkalikov, А. V. Optical spectroscopy using biphotons / A A Kalachev, A A Kalinkin, VV Samartsev, AV Shkalikov // Proceedings of SPIE (ed by V V Samartsev) / -2006 -V 6181 -P 618109

[A20] Шкаликов, A.B. Генерация узкополосных бифотонов в оптическом параметрическом осцилляторе / А А.Калачев, Д А Калашников, А А Калинкин, В В Самарцев, Ю 3 Фаттахова, А В Шкаликов // В кн "Когерентная птика и оптическая спек-троскопия"сб науч тр под ред М X Салахова и В В Самарцева / Казань КГУ -2007 -С 134-137

[А21] Шкаликов, А.В. О возможности детектирования сверхтонкой структуры ионов "хром-53"в рубине на временной форме сигнала фотонного эха /ИЗ Латыпов, Т Г Митрофанова, К Р Каримуллин, В А Зуйков, А В Шкаликов, А М Шегеда, В В Самарцев // В кн "Когерентная птика и оптическая спектроскопия"сб науч тр под ред М X Салахова и В В Самарцева / Казань КГУ -2007 -С 151154

[А22] Shkalikov, A.V. Modulation of a photon echo form of tnvalent ions "Cr-53"/ IZLatypov, T G Mitrofanova, VV Samartsev, AM Shegeda, A V Shkalikov // Proceedings of SPIE (ed by V V Samartsev) / -2008 -V 7204

[A23] Шкаликов, A.B. Бифотонная спектроскопия кристалла рубина / А А Калачев, Д А Калашников, А А Калинкин, Т Г Митрофанова, В В Самарцев, А В Шкаликов // Ученые записки КГУ, физ-мат науки -2008 -Т150, кн 1 (В печати)

|[А24] Shkalikov, A.V. Photon echo in ruby doped only by 53Cr isotope ions / V V Samartsev, A M Shegeda, A V Shkalikov, T G Mitrofanova // Laser Physics Letters -2008 -V 5 DOI 10 1002/lapl 200810037(In print)

Список цитированной литературы

[1] Scarcelli, G. Remote spectral measurement using entangled photons / G Scarcelli, A Valencia, S Gompers, YShih // Arxiv quant-ph/ 0407164vl-2004

[2] Карлов, H.B Квантовые усилители / H В Карлов, А А Маненков // (серия Итоги науки) -М ВИНИТИ, -1966 -334 с

[3] Салихов, К.М. Электронное спиновое эхо и его применение / К М Салихов, А Г Семенов, Ю Д Цветков -Новосибирск Наука, -1976 -342 с

[4] Abella, I.D Modulation and fast decay of photon-echos in ruby / I D Abella, L Q Lambert, A Compaan // Phys Lett -1969 -V 30, №3 P153-154

[5] Abella, ID. Observation of superhiperfine modulation and quantumn beats in photon-echo spectroscopy in ruby /ID Abella, A Compaan, L Q Lambert //In Proc of laser spectroscopy conference Vail(Col) USA,1974 -P 3-15

[6] Grishkovsky, D. Electron spin- and photon-echo behavior in high field / D Gnshkovsky, S R Hartman //Phys Rev -1970 -V 2 -№1 P 60-76

[7] Liao, P.F. Photon echo nuclear double resonance and its aplication in ruby / PFLiao, PHu, R Leigh, SRHartmann // Phys Rev A -Gen Phys -1974 -V 9, №1, -P 332-340

[8] Samartsev V.V. Some experimental peculiarities of photon echo in ruby / V V Samartsev, A A Kalachev, R G Usmanov // Proc SPIE ed A A Kaplyanshn, В В Malkin, S I Nikitm -2002 -V 4766 -P 228232

[9] Маныкин, Э.А Оптическая эхо-спектроскопия / Э А Маныкин, В В Самарцев -М Наука, 1984 -270 с

[10] Голенищев-Кутузов, В.А. Импульсная оптическая и акустическая когерентная спектроскопия /В А Голенищев-Кутузов, В В Самарцев, Б М Хабибуллин -М Наука -1988 -224 с

[11] Ахмедиев Н.Н. Долгоживущее оптическое эхо и оптическая память // В кн Новые физические принципы оптической обработки

информации / под ред С, А Ахманова, M А Воронцова / H H Ах-медиев, В В Самарцев - 1990 - С 326-359

[12] Laurence N. Aluminium hyperfine interaction in ruby / N Laurence, E С Mclrvme, J Lembe // J Chem Phys Solids - 1963 - V 7 -P 515-531

[13] Manenkov A. A. Concentration and temperature dépendances of spinlattice relaxation times m ruby at helium temperatures relaxation in a zero magnetic field / A A Manenkov, U К Damleiko // IEEE J of Quant Elec - 1966 - V QE-2 - P 409-412

[14] Nakanishi S. Observation of various photon echoes and FID in ruby by Stark switching technique / S Nakanishi, О Tamura, T Muramoto, T Hashi// J Phys Soc Japan - 1978 -V 452 -P 1437-1438

[15] Liao, PF. Photon echo nuclear double resonance and its aplication in ruby / P.FLiao, PHu, R Leigh, SRHartman // Phys Rev A -Gen Phys -1974 -V 9,-№1,-P 332-340

[16] Yabushita, A. Spectroscopy by frequency-entangled photon pairs / A Yabushita, T Kobayashi // Phys Rev A -2004 -V 69 -P 013806[4 pages]

[17] Андрианов, C.H. Волоконно оптические системы оптического зрения для применения в науке, промышленности и делопроизводстве / С H Андрианов, В А Зуйков, А А Калачев, В С Максимюк, С О Мирумянц, В В Самарцев, Л А Трофанчук, A M Шегеда // Изв РАН, Серия физическая. -2002 -Т 66, №3 -С 369-372

Подписано в печать 25 04 08 Бумага офсетная Печать ризографическая Формат 60x84 1/16 Гарнитура «Тайме». Уел печ л 1, Уч-издл 1,63 Тираж 120 экз Заказ 95/4

Издательство Казанского государственного университета

420008, г Казань, ул Профессора Нужина, 1/37 тел 231-53-59, 292-65-60

Отпечатано с готового оригинал-макета

Введение

1 Физические принципы модуляции формы сигналов фотонного эха, физика некогерентного фотонного эха и основы бифотонной оптической спектроскопии примесных кристаллов

1.1 Физические принципы модуляции формы сигналов ядерного и электронного спинового эха.

1.2 Модуляция временной формы сигнала первичного фотонного эха на примере рубина и скалярные взаимодействия в нем, приводящие к модуляции.

1.3 Кристалл рубина и его оптический спектр

1.4 Некогерентное фотонное эхо и оптическая спектроскопия на его основе.

1.5 Параметрическое рассеяние света и получение бифотонов

1.6 Кристалл иттрий-алюминиевого граната, легированный трехвалентным эрбием, и его оптический спектр.

1.7 Выводы к главе 1.

2 Экспериментальная аппаратура и методика измерений, использовавшиеся в диссертационном исследовании

2.1 Введение.

2.2 Аппаратура, использовавшаяся в модуляционном оптическом эхо-эксперименте.

2.3 Экспериментальная установка по исследованию некогерентного фотонного эха в рубине.

2.4 Экспериментальная установка созданная и апробированная при проведении бифотонных экспериментов.

2.5 Выводы к главе 2.

3 Исследование некоторых актуальных проблем фотонного эха и оптической эхо спектроскопии на примере кристалла рубина

3.1 Введение.

3.2 Результаты эксперимента по исследованию модулированной временной формы сигнала обращенного фотонного эха в рубине

3.3 Особенности фотонного эха в корунде, обогащенном только ионами изотопа 53Сг

3.4 Наблюдение и исследование некогерентного фотонного эха в условиях использования оптоволокна.

3.5 Выводы к главе 3.

4 Экспериментальная разработка основ бифотонной оптической спектроскопии примесных кристаллов

4.1 Введение.

4.2 Некоторые теоретические основы бифотонной оптической спектроскопии

4.3 Бифотонная оптическая спектроскопия ИАГ легированного эрбием

4.4 Бифотонная оптическая спектроскопия рубина.

4.5 Выводы к главе 4.

Основные результаты.

Список авторской литературы.

Разработка новых методов оптической когерентной спектроскопии, наряду с развитием уже известных её режимов для спектроскопического изучения более сложных объектов, является по прежнему актуальным направлением современной оптики, относящемся к разделу 2.3 "Основных направлений фундаментальных исследований РАН на период 2007-2011 г.г.". В этом же русле находится одна из базовых тем Казанского ФТИ КНЦ РАН: "Фундаментальные проблемы функционирования фазовой памяти на основе явлений типа фотонного эха и сверхизлучения в примесных кристаллах и нанообъек-тах и разработка оптимальных режимов использования неклассического света в квантовых устройствах", в рамках выполнения которой проводились исследования по представленной кандидатской диссертации. Подчеркнем, что тематика фотонного эха (ФЭ), предсказанного в Казани, и оптическая эхо-спектроскопия являются традиционными для казанской оптической школы. По этой теме написано несколько книг, масса статей и проведен ряд всероссийских и международных конференций. Поэтому уже при постановке темы: диссертации трудно было ожидать принципиально новых результатов. Тем не менее некоторые из них все же были получены, благодаря использовавшейся аппаратуре. Речь идет о наблюдении модуляции огибающей сигнала ФЭ, вызванной сверхтонким взаимодействием изотопа "хром-53" в рубине, и об обнаружении некогерентного фотонного эха в концентрированном рубине при широкополосном возбуждении, которое возникает из-за использования оптического волокна. Хорошо известно, что ФЭ относится к классу оптических резонансных переходных явлений, формирующихся в условиях, когда длительность возбуждающих лазерных импульсов и времена между ними короче характеристических времен необратимых релаксаций. Сигнал двухимпульсного ФЭ, известный как первичное фотонное эхо (ПФЭ), испускается резонансной средой в момент времени, равный удвоенному интервалу времени между импульсами, в направлении волнового вектора к = 2&2 — где к\ и — волновые векторы возбуждающих импульсов. С ростом интервала между импульсами интенсивность ПФЭ испытывает спад (иногда, -экспоненциальный) с характеристическим временем спада, известным как время фазовой памяти. Нередко кривая этого спада оказывается модулированной и анализ этой модуляции позволяет находить параметры взаимодействий, вызвавших её. В особых случаях модулированной оказывается огибающая ПФЭ и именно эти случаи будут проанализированы в данной диссертации. Оптические эхо-эксперименты в диссертации были поставлены в наносекундном диапазоне длительностей. Как правило, такая аппаратура не позволяет измерять времена оптических дефазировок, хотя бы в субнаносе-кундном диапазоне. Но существует способ реализации пикосекундной эхо-спектроскопии на напосекундной экспериментальной установке, состоящий в использовании широкополосных лазерных источников. Широкополосность лазерного изучения может быть достигнута и за счет подачи его к исследуемому образцу по оптическому волокну. Использование оптоволокон важно и с практической точки зрения для создания оптических волоконных эхо-процессоров. Особенности возбуждения сигналов ФЭ такими широкополосными импульсами на примере концентрированного рубина также исследованы в представленной диссертации.

И, наконец, в третьей, наиболее значимой, части диссертации обсуждаются базовые эксперименты по становлению нового типа спектроскопии — би-фотонной спектроскопии. В её основе лежит представление о бифотоне, под которым понимается пара сильно коррелированных фотонов, рожденных в нелинейном кристалле в процессе спонтанного параметрического рассеяния (СПР) света. Волновые векторы и частоты этих фотонов удовлетворяют законам сохранения энергии и импульса. Обычно рождение коррелированной пары фотонов ("сигнального"и "холостого") можно обнаружить в интерферометре Брауна-Твисса (ИБТ) с помощью фотодетекторов, сигналы с которых поступают в схему совпадений, причем на наличие этой пары (т.е. бифотона) указывает факт одновременного совпадения в приходе сигнально

1 б го и холостого фотонов. При этом наличие холостого фотона в одном плече ИБТ однозначно свидетельствует об одновременном существовании сигнального фотона в другом плече. Если же в одном плече интерферометра установить исследуемый образец, поглощающий сигнальные фотоны, то это мгновенно скажется на скорости счета совпадений, поведение которой точно соответствует спектру поглощения образца. В представленной диссертации сказанное экспериментально продемонстрировано на примере кристаллов А12Оъ : Сг3+ и YAG : Ег3+ .

В целом, автор диссертации имел своей целью продемонстрировать на примерах решения вышеуказанных научных проблем уровень своей научной квалификации.

Актуальность диссертационного исследования. Данная диссертация посвящена экспериментальному исследованию новых режимов оптической спектроскопии примесных кристаллов. В основе этих режимов лежат явления фотонного эха (включая некогерентное) и параметрическое рассеяние света. Общим, объединяющим свойством этих режимов является переход от частотных измерений исследуемых оптических спектров к временным. Разработка новых режимов оптической спектроскопии, безусловно, актуальна. Так, выяснение новых возможностей модуляционной оптической эхо-спектроскопии является важным вкладом в когерентную спектроскопию примесных кристаллов. Экспериментальное же исследование некогерентного фотонного эха и его применение в оптической спектроскопии позволит, в перспективе, исследовать быстропротекающие и случайные процессы в примесных кристаллах без использования дорогостоящей фемтосекундной и пи-косекундной лазерной техники. К тому же активное использование в этих исследованиях оптических волокон представляется ценным для дальнейших сопряжений оптических эхо-процессоров с оптическими волоконными линиями. И, наконец, разрабатываемая в диссертации оптическая бифотонная спектроскопия является новым методом спектроскопии, обладающим помехоустойчивостью и универсальностью. К тому же создание в России еще одного центра по исследованию и применению бифотонов (наряду с аналогичным центром на физическом факультете Московского госуниверситета) будет способствовать развитию этого нового направления квантовой оптики в нашей стране.

Поэтому проведенные в данной диссертации экспериментальные исследования являются актуальными.

Целью данной диссертационной работы является экспериментальное исследование новых и развитие известных режимов оптической эхо-спектроскопии и бифотонной спектроскопии примесных кристаллов (на примере кристаллов рубина и иттрий-алюминиевого граната с трехвалентным эрбием).

Основные задачи диссертации состоят в следующем:

- экспериментальное исследование модуляции временной формы и кривых спада фотонного эха в естественном и обогащенном (только изотопом "хром-53") кристаллах рубина и получение информации о периоде модуляции, обязанной сверхтонкому взаимодействию валентных электронов со своим собственным ядром;

- экспериментальный поиск явления некогерентного фотонного эха в рубине в условиях подачи первого возбуждающего лазерного импульса по оптическому волокну и использование этого явления в эхо-спектроскопии;

- постановка первых экспериментов по бифотонной оптической спектроскопии на примере кристаллов AI2O3 : Сг3+ и YAG : Ег3+ и доказательство помехоустойчивости нового способа спектроскопии по сравнению с традиционными способами.

Научная новизна:

1. Впервые экспериментально обнаружена модуляция временной формы первичного фотонного эха в рубине с периодом модуляции в несколько десятков наносекунд. Эксперименты, поставленные на образце рубина, легированном только ионами изотопа 53Сг3+, дают основание считать, что обнаруженная модуляция формы обязана сверхтонкому взаимодействию валентных электронов -ионов изотопа 53Сг3+ со своим собственным ядром.

2. Впервые поставлены оптические эхо-эксперименты на образце рубина, легированном только ионами изотопа э3Сг3+, и исследованы сигналы первичного и стимулированного фотонного эха, а также их кривые спада, как при наличии слабого магнитного поля, так и в его отсутствии. Из кривых спада эхо-сигнала установлены значения времен фазовой релаксации.

3. Впервые, па примере кристалла рубина, наблюдено и исследовано некогерентное фотонное эхо (НФЭ) в условиях, когда один из возбуждающих лазерных импульсов подавался к образцу по оптическому волокну. Изучены особенности спектра сигналов НФЭ в концентрированном рубине и снята кривая спада, с помощью которой получено значение времени фазовой релаксации.

4. Впервые обоснован и экспериментально реализован (на примере кристаллов AI2O3 : Сг3+ и YAG : Ет3+) новый способ оптической спектроскопии, использующий частотно-коррелированные пары фотонов, рождающиеся в процессе спонтанного параметрического рассеяния света. Снятые оптические спектры находятся в полном согласии со спектрами, полученными на обычных спектральных приборах, но в отличие от них, обладают высокой помехоустойчивостью.

Практическая и научная ценность:

1. Проведенные исследования вносят существенный научный вклад в развитие оптической эхо-спектроскопии, а полученная информация о времени фазовой релаксации (особенно, — в обогащенном рубине) имеет научную ценность.

2. Экспериментальное наблюдение НФЭ с использованием оптического волокна проведено впервые и может представлять практическую ценность при сопряжении оптических эхо-процессоров с оптическими волоконными линиями передачи информации.

3. Бифотонная спектроскопия и аппаратура по ее реализации могут стать основой нового типа помехоустойчивых оптических спектрометров для исследования объектов, "чувствительных" к использованию интенсивного света и "требующих" применения режима счета фотонов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Кристалл рубина (как с естественным содержанием изотопов хрома, так и специально обогащенный изотопом "хром-53") при температуре жидкого гелия в условиях двухимпульсного резонансного воздействия (на длине волны 693,4 нм) лазера на красителе излучает сигнал первичного фотонного эха, временная форма которого испытывает биения, обязанные сверхтонкому взаимодействию неспаренных электронов ионов хрома 53CV3+ с собственным ядром. Модернизированная установка фотонного эха, включающая в себя лазер на красителе, фотоприемник и стробоскопический осциллограф, позволяет надежно детектировать эхо-сигналы и биения их формы.

2. Высокообогащенный кристалл рубина при температуре жидкого гелия в условиях резонансного воздействия (на длине волны 693,4 нм) на него двух лазерных импульсов, один из которых был подан к образцу по оптоволокну, излучает (в обращенном режиме) сигнал некогерентного фотонного эха. Созданная экспериментальная установка позволяет исследовать спектр этого эхо-сигнала и кривую спада, а также определять время фазовой релаксации (98±4 не).

3. Бифотонная оптическая спектроскопия позволяет получать достоверную информацию о спектрах поглощения (например, AI2O3 : Сг3+ и YAG : Ег^+). Создан бифотонный оптический спектрометр, работающий в режиме счета фотонов и характеризующийся высокой помехоустойчивостью.

Достоверность экспериментальных результатов обеспечивается надежностью используемых экспериментальных методов, высокой точностью измерений,, тщательностью обработки полученных экспериментальных данных и воспроизводимостью получаемых результатов.

Апробация работы: Основные результаты диссертационной работы докладывались на конференциях молодых ученых КФТИ КНЦ РАН (Казань, 2003г., 2004г., 2005г., 2006г., 2007г.), на Всероссийской Школе "Когерентная оптика и оптическая спектроскопия" (Казань, 2003г., 2004г., 2005г., 2006г.), на VIII международном симпозиуме по фотонному эхо и когерентной спектроскопии (Калининград, 2005), на всероссийской конференции "Концепции симметрии и фундаментальных полей в квантовой физике XXI века" (Самара, 2005г.), на международной конференции "Лазерная физика и применение лазеров" (Минск, 2003г.), на Четвертом и Пятом всероссийских семинарах памяти Д.Н.Клышко (Москва, 2005г., 2007г.), на IX и X Международных Чтениях по квантовой оптике (Санкт-Петербург, 2003г., Самара, 2007), на физических семинарах КФТИ КазНЦ РАН и семинарах лаборатории нелинейной оптики этого института.

Тематика диссертации связана с одной из базовых тем КФТИ КазНЦ РАН: "Фундаментальные проблемы функционирования оптической фазовой памяти на основе явлений фотонного эха и сверхизлучения в примесных кристаллах и нанообъектах и разработка оптимальных режимов использования неклассического света в квантовых устройствах". Эти исследования были связаны также с работами по Программам Президиума РАН "Квантовая макрофизика" и ОФН РАН "Оптическая спектроскопия и стандарты частоты", по грантам РФФИ №05-02-16169а и №05-02-16003а. Индекс основного направления фундаментальных исследований: 2.3.

Структура диссертации: Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Во Введении указана и обоснована актуальность выбранной научной темы, сформулирована цель диссертации, приведены защищаемые научные положения и отмечена научная новизна.

Выводы из результатов диссертации

1. На основании экспериментального анализа временной формы сигнала ОФЭ (в естественном и легированном только ионами изотопа "хром-53") установлено, что она испытывает биения, период которых соответствует частоте сверхтонкого взаимодействия валентных электронов 53Сг3+ со своим собственным ядром. Это позволяет находить значения этих частот (так, периоду биений 37 нс соответствует частота сверхтонкого взаимодействия z/=27 МГц)

2. Использование оптических волокон в оптических эхо-экспериментах, хотя и создает технические трудности при вводе лазерных импульсов в исследуемый образец, но все же позволяет получать надежные эхо-сигналы и измерять их кривые спада. Это дает возможность в дальнейшем осуществлять сопряжение оптических эхо-процессоров с оптоволоконными линиями передачи информации, а также с волоконными оптическими головками считывания [84].

3. В данной диссертации осуществлено становление нового метода оптической спектроскопии примесных кристаллов — бифотонной спектроскопии, обладающей высокой помехоустойчивостью. Поскольку детектирование оптических спектров в данном методе проводится в режиме счета одиночных фотонов, то он может оказаться ценным для спектроскопического исследования биологических объектов, весьма чувствительных к воздействию интенсивного света.

По результатам диссертации опубликована 24 работы [Al]- [А24], 10 из которых вышли в журналах, рекомендованных ВАК.

В заключение приношу искреннюю благодарность своему научному руководителю, профессору, доктору физико-математических наук В.В. Самарце-ву, за предоставленную тему, постоянное внимание и помощь работе. Автор считает своим долгом выразить глубокую признательность А.А.Калачеву, А.М.Шегеде, А.А.Калинкину, Д.А.Калашникову, К.Р.Каримуллину, совместно с которыми была выполнена часть экспериментов и полезные обсуждения полученных результатов, а также С.В. Петрушкину, В.А. Зуйкову и всем сотрудникам лаборатории нелинейной оптики за помощь и цепные советы.

Список авторской литературы

Al] Shkalikov, A.V. Detection of satellites of primary photon echo in ruby / V.V. Samartsev, A.M. Shegeda, A.V. Shkalikov, V.A. Zuikov. // Laser Physics. -2003. -V.13. -P.147-149.

A2] Шкаликов, А.В. Оптическая спектроскопия с помощью бифотонов / А.А. Калачев, А.А.Калиикин, В.В. Самарцев, А.В. Шкаликов. // Известия РАН сер.физ. -2006. -Т.70. -С. 480-483.

A3] Shkalikov, A.V. Incoherent backward photon echo in ruby upon excitation through an optical fiber / V.V. Samartsev, A.M. Shegeda, A.V. Shkalikov, K.R. Karimullin, T.G. Mitrofanova, and V.A. Zuikov. // Laser Physics Letters. -2007. -V.4. -№7. -P.534-537.

A4] Shkalikov, A.V. Biphoton spectroscopy of YAG : Er3+ crystal / A.A. Kalachev,D.A. Kalashnikov, A.A. Kalinkin, T.G. Mitrofanova, V.V. Samartsev, A.V. Shkalikov. // Laser Physics Letters. -2007. -V.4. -№10. -P. 722-725.

A5] Шкаликов, А.В. Квантовая спектроскопия с помощью частотно коррелированых пар фотонов / А.А.Калачев, Д.А.Калашников, А.А.Калинкин, В.В.Самарцев, А.В.Шкаликов. // Ученые записки КГУ, физ.-мат.науки. -2007. -Т.149. -кн.1. -С.58-63.

А6] Шкаликов, А.В. Некогерентное фотонное эхо в рубине в условиях транспортировки возбуждающих импульсов по оптоволокну / В.А.Зуйков, К.Р.Каримуллин, Т.Г.Митрофанова, В.В.Самарцев,

А.М.Шегеда, А.В.Шкаликов. // Ученые записки КГУ, физ.-мат.науки. -2007. -Т. 149. -кн.1. -С.41-50.

А7] Шкаликов, А.В. Особенности кинетики спада интенсивности стимулированного фотонного эха в рубине, обогащенном только ионами изто-па "хром-53п/ В.В. Самарцев, A.M. Шегеда и А.В. Шкаликов. // Ученые записки КГУ, физ.-мат.науки. -2008. -Т. 150. -кн.1. (В печати)

А8] Шкаликов, А.В. Обязанная сверхтонкому взаимодействию модуляции формы сигналов первичного и стимулированного фотонного эха в рубине в постоянном магнитном поле / В.В. Самарцев, A.M. Шегеда, А.В. Шкаликов, В.А. Зуйков, И.З. Латыпов и Т.Г. Митрофанова. // Ученые записки КГУ, физ.-мат.науки. -2008. -Т.150. -кн.1. (В печати)

А9] Шкаликов, А.В. Поисковые исследования сателлитов первичного фотонного эха в рубине / В.В. Самарцев, A.M. Шегеда, А.В. Шкаликов, В.А. Зуйков. //VI Молодежная Научная Школа "Когерентная оптика и оптическая спектроскопия": сб. науч. тр./ Казань. Гос. ун-т. -2002. -С.305-310.

А10] Шкаликов, А.В. Экспериментальная устновка для исследования интерференции четвертого порядка между независимыми бифотонами /

A.В. Шкаликов. // VII Молодежная Научная Школа "Когерентная оптика и оптическая спектроскопия": сб. науч. тр./ Казань. Гос. ун-т. -2003. -С.391-395.

All] Шкаликов, А.В. Сателлиты первичного фотонного эха в рубине /

B.А.Зуйков, В.В.Самарцев, А.М.Шегеда, А.В.Шкаликов. // Конференция молодых ученых КФТИ КНЦ РАН: сб. науч. тр. под ред.

C.В.Петрушкина и А.Р.Мурсалимова / Казань. КФТИ КНЦ РАН. -2003. -С.44-51.

А12] Шкаликов, А.В. Обнаружение сателлитов первичного фотоного эха в рубине / В.В. Самарцев, A.M. Шегеда, А.В. Шкаликов, В.А. Зуйков. в кн.: Лазерная физика и применение лазеров (Материалы международной конференции под ред. Н.С.Казака) / Минск. ИФ НАНБ, -2003. -С.147-149.

А13] Shkalikov, A.V. Experimental discovery of the primary photon echo's satellites in ruby / V.V. Samartsev, A.M. Shegeda, A.V. Shkalikov, V.A. Zuikov. // In: Book of abstracts of 12-th International Laser Physics Workshop Hamburg: Germany, August 25-29,2003)/ Hamburg. DFG-institute. -2003. -P.43.

A14] Шкаликов, А.В. Особенности детектирования бифотонных полей при спонтанном параметрическом рассеянии света / А.В.Шкаликов, Д.А.Калашников, А.А.Калинкин, В.В.Самарцев. // Конференция молодых ученых КФТИ КНЦ РАН: сб. науч. тр. под ред. С.В.Петрушкина и А.Р.Мурсалимова / Казань. КФТИ КНЦ РАН. -2004. -С.88-94.

А15] Шкаликов, А.В. Световое (фотонное) эхо в рубине:современиое состояние исследований в Казанском физико-техническом институте РАН и обнаружение сателлитов первичного эха / В.В. Самарцев, A.M. Шегеда, А.В. Шкаликов, В.А. Зуйков. // В сб. "Нелинейные динамические процессы"/Владивосток. Дальнаука. -2004. -С. 130-140.

А16] Шкаликов, А.В. Спектроскопия в режиме счета фотонов /

A.В.Шкаликов, А.А.Калинкин, Д.А.Калашников, А.А.Калачев,

B.В.Самарцев. // Конференция "Концепции симметрии и фундаментальных полей в квантовой физике XXI века"/ Самара. СамГУ. -2005. -С.101-102.

А17] Шкаликов, А.В. Использование лавинных фотодиодов для детектирования бифотонов / А.В.Шкаликов, Д.А.Калашников, А.А.Калинкин, В.В.Самарцев. // Конференция молодых ученых КФТИ КНЦ РАН: сб. науч. тр. под ред. А.Р.Мурсалимова и С.М.Хантимерова / Казань. КФТИ КНЦ РАН. -2006. -С.63-67.

А18] Шкаликов, А.В. К вопросу о распространении импульсов малой площади через оптически плотные среды / А.В.Шкаликов, А.А.Калинкин, А.А.Калачев, В.В.Самарцев. // В сб. X Молодежная Научная Школа "Когерентная оптика и оптическая спектроскопия"/ Казань. КГУ. -2006. -С.181-184.

А19] Shkalikov, A.V. Optical spectroscopy using biphotons / A.A. Kalachev, A.A. Kalinkin, V.V. Samartsev, A.V. Shkalikov. // Proceedings of SPIE (ed. by V.V.Samartsev) / -2006. -V.6181. -P. 618109.

A20] Шкаликов, А.В. Генерация узкополосных бифотонов в оптическом параметрическом осцилляторе / А.А.Калачев, Д.А.Калашников, А.А.Калинкин, В.В.Самарцев, Ю.З.Фаттахова, А.В.Шкаликов. //В кн. "Когерентная птика и оптическая спектроскопия "сб. науч. тр. под ред. М.Х.Салахова и В.В.Самарцева. / Казань. КГУ. -2007. -С.134-137.

А21] Шкаликов, А.В. О возможности детектирования сверхтонкой структуры ионов 11 хром-53 "в рубине на временной форме сигнала фотонного эха / И.З.Латыпов, Т.Г.Митрофанова, К.Р.Каримуллин, В.А.Зуйков, А.В.Шкаликов, А.М.Шегеда, В.В.Самарцев. //В кн. "Когерентная птика и оптическая спектроскопия"сб. науч. тр. под ред. М.Х.Салахова и В.В.Самарцева. / Казань. КГУ. -2007. -С.151-154.

А22] Shkalikov, A.V. Modulation of a photon echo form of trivalent ions "Cr-53"/ I.Z.Latypov, T.G.Mitrofanova, V.V.Samartsev, A.M.Shegeda, A.V.Shkalikov. // Proceedings of SPIE (ed. by V.V.Samartsev) / -2008. -V.7204.

A23] Шкаликов, А.В. Бифотонная спектроскопия кристалла рубина / А.А. Калачев, Д.А. Калашников, А.А. Калинкин, Т.Г. Митрофанова, В.В. Самарцев, А.В. Шкаликов. // Ученые записки КГУ, физ.-мат.науки. -2008. -Т. 150. -кн.1. (В печати)

А24] Shkalikov, A.V. Photon echo in ruby doped only by 53Cr isotope ions / V.V. Samartsev, A.M. Shegeda, A.V. Shkalikov, T.G. Mitrofanova. // Laser Physics Letters. -2008. -V.5. -P.603-607.

Заключение

В данной диссертации проведено комплексное научное исследование ряда актуальных взаимосвязанных задач оптической спектроскопии примесных кристаллов. В ходе их решения были получены следующие существенные научные результаты:

1. Маныкин, Э.А. Оптическая эхо-спектроскопия / Э.А.Маныкин, В.В.Самарцев. -М.:Наука, 1984. -270 с.

2. Скалли, М.О. Квантовая оптика / М.О.Скалли, М.С.Зубайри. -М.:Физматлит, 2003. -510 с.

3. Вайнер, Ю.Г. Динамика неупорядоченных молекулярных твердотельных сред: исследованы методами фотонного эха и спектроскопии одиночных молекул.: дис. . д-ра физ.-мат. паук / Ю.Г.Вайнер. Троицк, 2005. 250 с.

4. Hahn, E.L. Spin echo measurement of nuclearspin coupling in volecules / E.L.Hahn, D.E.Maxvell. // Phys.Rev. -1952. -V.88. -№5. -P.1070-1084.

5. Абрагам, А. Ядерный магнетизм / А.Абрагам. -М.:ИЛ, -1963. -551с.

6. Rowan, L.G. Electron- spin-echo envelope modulation / L.G.Rowan, E.L.Hahn, W.B.Mims. // Phys.Rev.A -Gen.Phys. -1965. -V.137. -№1, -P.61-71.

7. Жидомиров, Г.М. Модуляционные эффекты спинового эха свободных радикалов / Г.М.Жидомиров, К.М.Салихов. // Теор. и эксперим. химия. -1968. -Т.4. -т. -С.514-520.

8. Салихов, К.М. Электронное спиновое эхо и его применение / К.М.Салихов, А.Г.Семенов, Ю.Д.Цветков. -Новосибирск:Наука, -1976. -342 с.

9. Копвиллем, У.Х. Световое эхо на парамагнитных кристаллах / У.Х.Копвиллем, В.Р.Нагибаров. // Физика мет. и металловедение. -1963. -Т.5. -т. С.313-315.

10. Kurnit, N.A. Observation of photon echo / N.A.Kurnit, I.D.Abella, N.A.Hartman. // Phys.Rev.Lett. -1965. -V.6. -№19. P.567-570.

11. Самарцев, В.В. Изотопический сдвиг и модуляция огибающих световых индукций и эха / В.В.Самарцев, В.Р.Нагибаров. // Физ.Тверд.Тела. -1969. -Т.Н. -№12. -С.3669-3672.

12. Самарцев, В.В. Определение малых расщеплений методом светового эха / В.В.Самарцев, В.Р.Нагибаров. // Укр.физ.журнал. -1970. -Т.15, -№. С. 1198-1200.

13. Abella, I.D. Modulation and fast decay of photon-echos in ruby / I.D.Abella, L.Q.Lambert, A.Compaan. // Phys.Lett. -1969. -V.30. -№3. P.153-154.

14. Abella, I.D. Observation of superhiperfine modulation and quantumn beats in photon-echo spectroscopy in ruby / I.D.Abella, A.Compaan, L.Q.Lambert. // In: Proc. of laser spectroscopy conference. Vail (Col): US A, 1974. -P. 3-15.

15. Grishkovsky, D. Electron spin- and photon-echo behavior in high field / D.Grishkovsky, S.R.Hartman. // Phys.Rev. -1970. -V.2. -№1. P.60-76.

16. Liao, P.F. Photon echo nuclear double resonance and its aplication in ruby / P.F.Liao, P.Hu, R.Leigh, S.R.Hartman. // Phys.Rev.A -Gen.Phys. -1974. -V.9. -т. -P.332-340.

17. Карлов, H.B. Квантовые усилители / Н.В.Карлов, А.А.Маненков. // (серия: Итоги науки) -М.:ВИНИТИ, -1966. -334 с.

18. Зарипов, М.М. Парамагнитный резонанс в синтетическом рубине / М.М.Зарипов, Ю.А.Шамонин. // ЖЭТФ. -1956. -Т.30. -№2. -С. 291-296.

19. Маненков, А.А. Сверхтонкая структура спектра парамагнитного резонанса 53Сг3+ в А1203 / А.А.Маненков, А.М.Прохоров. // ЖЭТФ. -1956. -Т.31. -№2. -С.346-347.

20. Голенищев-Кутузов, В.А. Импульсная оптическая и акустическая когерентная спектроскопия. /В.А.Голенищев-Кутузов, В.В.Самарцев, Б.М.Хабибуллин. -М:Наука. -1988. -224 с.

21. Каминский, А.А. Лазерные кристаллы. /А.А.Каминский. -М:Наука. -1975. -256 с.

22. Волынец, Ф.К. Оптико механическая промышленность / Ф.К.Волынец, Н.Т.Тихонова, П.П.Вороксина. -1964. -Т.8. -С.37.

23. Шавлов, А. Тонкая структура спектра и особенности люминесценции ионов хрома в окиси алюминия и окиси магния / А.Шавлов. // В кн.:Лазеры. -М.:ИЛ, -1963. С.51-63

24. Beach, R. Incoherent photon echoes / R.Beach, S.R.Hartmann. // Phys.Rev.Lett. -1984. -V.53. -№. -P.663-666.

25. Asaka, S. Accumulated photon echoes with incoherent light in Nd3+ doped silicate glass / S.Asaka, H.Nakatsuka, M.Fujiwara, M.Matsuoka. // Phys.Rev.A. -1984. -V.29. -Ш. P.2286-2289.

26. Morita, N. Ultrahigh-time-resolution coherent spectroscopy with incoherent light / N.Morita, T.Yajima. // Phys.Rev.A. -1984. -V.30. -P.2525.

27. Ю.Г.Вайнер, Ю.Г. Динамика органических аморфных сред при низких температурах: исследования резоруфина в d— и этаноле при 1,7-35 К методом некогерентного фотонного эха / Ю.Г.Вайнер, Н.В.Груздев. // Оптика и спектроскопия. -1994. -Т.76. -С.252.

28. Nakatsuka, Н. Subpicosecond photon echoes by using nanosecond laser pulse / H.Nakatsuka, M.Tomita, M.Fujiwara, S.Asaka. // Optics Communications. -1984. -V.52. -P.150.

29. Зуйков В.А. / ВА.Зуйков, Гайнуллин Д.Ф., Самарцев В.В. // Квантовая электроника. -1991. -V.18. -Р.525.

30. Калачев, А.А. Когерентные явления в оптике /А.А.Калачев, В.В.Самарцев. -Казань:изд. КГУ. -2003. -280 с.

31. Rubin, М.Н. Theory of two-photon entanglement in type-II optical parametric down-conversion / M.H.Rubin, D.N.Klyshko, Y.H.Shih,

32. F.V.Sergienko. // Phys. Rev. A. -1994. -V.50. -P.5122-5133.

33. Shih, Y.H. Entangled biphoton source—property and preparation / Y.H.Shih. // Rep. Prog. Phys. -2003. -V.66. -P.1009-1044.

34. Клышко, Д.Н. Фотоны и нелинейная оптика /Д.Н.Клышко. -М:Наука, -1980. -256 с.

35. Клышко, Д.Н. Рассеяние света в среде с нелинейной поляризуемостью / Д.Н.Клышко // ЖЭТФ. -1968. -Т.55. -С.1006.

36. Burnham, D.C. Observation of simultaneity in parametric production of photon pair / D.C.Burnham, D.L.Weinberg. // Phys.Rev.Lett. -1970. -V.5. -P.84.

37. Scarcelli, G. Remote spectral measurement using entangled photons /

38. G.Scarcelli, A.Valencia, S.Gompers, Y.Shih. // Arxiv:quant-ph/ 0407164vl -2004.

39. Блистанов, А.А. Кристаллы квантовой и нелинейной оптики / А.А.Блистанов. -М.:МИССИС, -2000. -432 с.

40. Багдасаров, Х.С. Проблемы синтеза тугоплавких металлов / Х.С.Багдасаров. //В кн.Рост кристаллов.Т. 12. -Ереван:Ер.ГУ. -1977. -С.179-195.

41. Каминский, А.А. Неорганические лазерные материалы с ионной структурой / А.А.Каминский, В.В.Осико. // Неорганические матари-алы. -1965. -Т.1. -С.2049; -1967. -Т.2. -С.417; -1970. -Т.З. -С.629.

42. Жариков, Е.В. Индуцированное излучение ионов Егъ+ в кристаллах итриево-алюминиевого граната па длине волны 2,94 мкм / Е.В.Жариков, В.И.Жеков, Л.А.Кулевский, Т.М.Мурина,

43. B.В.Осико, А.М.Прохоров, А.Д.Савельев, В.В.Смирнов, Б.П.Стариков, М.И.Тимошечкин. // Квантовая электроника. 1974. -Т.1. -С. 1867-1869.

44. Прохоров, А.А. Новое поколение твердотельных лазеров / А.А.Прохоров. // УФН. -1986. Т.148. -вып.1. -с.7-33.

45. Жеков, В.И. Механизм образования инверсной населенности, между уровнями 4/ц/2 и 4/i3/2 иона EV3+ в кристалле Y3AI5O12 / В.И.Жеков, Б.В.Зубков, В.А.Лобачев, Т.М.Мурина, А.М.Прохоров, А.Ф.Шевель. // Квантовая электроника. -1980. -Т.7, №3. -С. 749-753.

46. Зуйков, В.А. Обращенные световые индукция и эхо: дис. . канд. физ.-мат. наук / В.А.Зуйков. -Казань, -1982. 145 с.

47. Штырков, Е.И. Индуцируемая решетка, формируемая в рубине интерференцией атомных состояний / Е.И.Штырков, В.С.Лобков, Н.Г.Ярмухаметов. // Письма в ЖЭТФ. -1978. -Т.27, №11. -С. 685-685.

48. Кондиленко, И.И. Физика лазеров / И.И. Кондиленко, П.А.Коротков, А.И.Хижняк. -Киев.:Вища школа, 1984. 232 с.

49. Цернике, Ф Прикладная нелинейная оптика пер.с англ. Под ред.

50. C.А.Ахманова / Ф.Цернике, Дж.Мидвинтер. -М.:МИР, 1976. 261 с.

51. Дмитриев, В.Г. Прикладная нелинейная оптика / В.Г.Дмитриев, Л.В.Тарасов. -М.:ФИЗМАТЛИТ, 2004. 512 с.

52. Демтрёдер, В. Лазерная спектроскопия: Основные принципы и техника эксперимента пер.с англ. Под ред. И.И.Собельмана / В.Демтрёдер. -М.:Наука, 1985. 608 с.

53. Backmann, U. Laser Dyes. Third Edition/ U. Backmann, //Germany:Lambdachrome Lambda Physik 2000. 284 p.

54. Abella, I.D. Photon echoes / I.D.Abella, N.A.Kurnit, S.R.Hartman. // Phys.Rev. -1966. -V.141. -№1. P.391-406.

55. Стерлинг, Д.Дж. Техническое руководство по волоконной оптике / Стерлинг Д. Дж. -М.:ЛОРИ, 1998. 181 с.

56. Мандель, JL Оптическая когерентность и квантовая оптика / JI. Ман-дель, Э. Вольф -М.:Физматлит, 2000. 896 с.

57. Hanbury Brown, R. Correlation between photons in two coherent beams of light / I.D.Abella, N.A.Kurnit, S.R.Hartman. // Phys.Rev. -1956. -V.178. P.1046

58. Чехова, M.B. Поляризационные и спектральные свойства бифотонных полей: дис. . док. физ.-мат. наук / М.В.Чехова. -Москва, -2004. 239 с.

59. Козлов, С.А. Оптика фемтосекундных лазеров / С.А. Козлов, В.В. Самарцев -С.-П.:ИТМО, 2007. 215 с.56. www.hamamatsu.comhttp://www.hamamatsu.com

60. Гурзадян, Г.Г. Нелинейно-оптические кристаллы. Свойства и применение в квантовой электронике: Справочник / Г.Г.Гурзадян, В.Г.Дмитриев, Д.Н.Никогосян. -М.:Радио и связь, 1991. 160 с.

61. Анисимова, И.И. Фотоэлектронные умножители / И.И.Анисимова, Б.М.Глуховской -М.:Советское радио, 1974. 64 с.

62. Samartsev V.V. Some experimental peculiarities of photon echo in ruby / V.V. Samartsev, A.A. Kalachev, R.G. Usmanov // Proc SPIE. ed. A.A.Kaplyanshii, B.B. Malkin, S.I. Nikitin -2002. -V.4766. -P.228-232.

63. Zhang R. Femtosecond incoherent photon echo from rodamine В in propylene glycol. Incoherent broadening and spectral diffusion at room temperature / R. Zhang, T.C. Yang, A.B. Myers // Chem. Phys. Lett. -1973. -V.211. -№. -P.541-548.

64. Зуйков, В.А. Обращенное фотонное эхо в рубине / В.А.Зуйков,

65. B.В.Самарцев, Р.Г.Усманов. // Письма в ЖЭТФ. -1980. -Т.31. -№11.1. C.654-659.

66. Копвиллем, У.Х. Световое эхо в рубине /У.Х.Копвиллем, В.Р.Нагибаров, В.А.Пирожков, В.В. Самарцев, Р.Г.Усманов. // ФТТ. -1972. -Т. 14. -С. 1794-1795.

67. Zuikov, V.A. Reversed photon echo as method of the investigation of the resonant media parameters./ V.A.Zuikov, V.V.Samartsev.// Phys.Stat.Sol. -1982. -V.73. -т. -P.625-632.

68. Mims, W.B. Electron spin echoes / W.B. Mims // In: Electron paramagnetic resonance Ed.by S.Geschiwind N.Y. Plenum Press 1972. - P. 263-351.

69. Цветков, Ю.Д. дис. . док. физ.-мат. наук Т.2/ Ю.Д.Цветковов. -Новосибирск, -1971. 165 с.

70. Salikhov К.М. Modulation phenomena in electron spin echo / K.M. Salikhov, V.F. Yudanov, A.M. Raitsimring, G.M. Gidomirov, Yu.D. Tsvetkov // In: Colloque Ampere XV, Amsterdam 1969. - P. 278-284.

71. Chen Y.C. Photon echo relaxation in LaF3 : Pr3+ / Y.C. Chen, K.P.Chiang, S.R. Hartmann // Opt. Communs. 1979. - V. 29. - P. 181185.

72. Ахмедиев H.H. Долгоживущее оптическое эхо и оптическая память //В кн.: Новые физические принципы оптической обработки информации / под ред. С.А. Ахманова, М.А. Воронцова / Н.Н. Ахмедиев, В.В. Самарцев 1990. - С. 326-359.

73. Laurence N. Aluminium hyperfine interaction in ruby / N. Laurence, E.C. Mclrvine, J. Lembe // J.Chem. Phys. Solids. 1963. - V. 7. - P. 515-531.

74. Lambert L.Q. Effects of superhyperfine interaction on photon echo behavior in dilute ruby / L.Q. Lambert // Phys. Rev. B. 1973. - V. 7. -P. 1824-1846.

75. Nakanishi S. Observation of various photon echoes and FID in ruby by Stark switching technique / S. Nakanishi, O. Tamura, T. Muramoto, T. Hashi// J. Phys. Soc. Japan. 1978. - V. 452. - P. 1437-1438.

76. Manenkov A.A. Concentration and temperature dependances of spin-lattice relaxation times in ruby at helium temperatures: relaxation in a zero magnetic field / A.A. Manenkov, U.K. Danileiko // IEEE J. of Quant. Elec. 1966. - V. QE-2. - P. 409-412.

77. Liao, P.F. Magnetic field- and concentration-dependent echo-relaxation in ruby with simple exponential decay / P.F.Liao, S.R.Hartmann // Opt. Communs. 1973. - V.8. - P. 310-311.

78. Клышко, Д.Н. Когерентный распад фотонов в нелинейной среде / Д.Н. Клышко. // Письма в ЖЭТФ. -1967. -Т.6, -С. 490-492.

79. Ахманов, С. А. Квантовые шумы в параметрических усилителях света / С.А. Ахманов, В.В. Фадеев, Р.В. Хохлов, О.Н. Чунаев. // Письма в ЖЭТФ. -1967. -Т.6, -С. 575-578.

80. Harris, S.E. Observation of tunable optical parametric fluorescence / S.E. Harris, M.R. Oshman, R.L. Bayer. // Phys.Rev.Lett. -1967. -V.18. -P.732-734.

81. Mage, D. Study in ammonium dihydrogen phosphate of spontaneous parametric interaction tunable from 4400 to 16000 А/ D. Mage, H.Mare. // Phys.Rev.Lett. -1967. -V.18. -P.905-908.

82. Kitaeva G.Kh. Polariton spectroscopy: a method of investigating spectral and spatial properties of nonlinear optical materials / G.Kh. Kitaeva, S.P. Kulik, A.N. Penin, M.V. Chekhova. // Proc SPIE. ed. Bruce H. T. Chai, -1993. -V.1863. -P.192-203.

83. Yabushita, A. Spectroscopy by frequency-entangled photon pairs / A. Yabushita, T. Kobayshi. // Phys. Rev. A. -2004. -V.69. -P.0138064 pages].

84. Glauber, R.J. The quantum theory of optical coherence / R.J. Glauber. // Phys. Rev. -1963. -V.130. -№6. -P.2529-2539.

85. Справочник по лазерам. Том 2 / под ред. А.М.Прохорова М.:Советское радио, -1978. -400 с.

86. Weiss, С. Generation of tunable narrow-band surface-emitted terahertz radiation in periodically poled lithium niobate / C. Weiss, G. Torosyan, Y. Avetisyan, Rr Beigang. // Opt. Lett. -2001. -V.26. -№8. -P.563-565.

87. Lee, Y.-S. Generation of narrow-band terahertz radiation via optical rectification of femtosecond pulses in periodically poled lithium niobate / Y.-S. Lee, T. Meade, M. L. Naudeau, and Т. B. Norris // Appl. Phys. Lett. -2000. -V.76. -P.2505.