Высокочувствительная нелинейная спектроскопия классических полупроводников и нанополиацетилена тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

На правах рукописи

Паращук Дмитрий Юрьевич

ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНАЯ НЕЛИНЕЙНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ КЛАССИЧЕСКИХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ И НАНОПОЛИАЦЕТИЛЕНА

01.04.21 - лазерная физика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

МОСКВА - 2005

Работа выполнена на физическом факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

старший научный сотрудник Бункин Алексей Федорович

доктор физико-математических наук, профессор

Витухновский Алексей Григорьевич

доктор физико-математических наук, профессор

Пенин Александр Николаевич

Ведущая организация: Институт спектроскопии Российской

академии наук

Защита состоится 21 апреля 2005 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 501.001.31 в МГУ им. М.В. Ломоносова по адресу: 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, МГУ, ул. Академика Хохло-ва д. 1/62, корпус нелинейной оптики, аудитория им. С.А. Ахманова.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 501.001.31 кандидат физико-математических наук,

2005 года.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Диссертация посвящена разработке методов нелинейной лазерной спектроскопии высокой чувствительности, в том числе и с высоким временным разрешением, а также их применению для спектроскопии как классических полупроводников Si, GaAs), так и полупроводников нового поколения — 7г-сопряженных полимеров — на примере высоко-упорядоченной формы полиацетилена ((СН)Х). Классические полупроводники, как хорошо изученные и характеризованные, могут служить надежными тестовыми объектами для апробации и отладки спектроскопических методов, развиваемых в настоящей работе. Сопряженные полимеры — сравнительно новые объекты, сочетающие в себе привлекательные механические и технологические свойства полимеров с важными электронными свойствами полупроводников. Так, в последние годы было продемонстрировано, что тонкие пленки сопряженных полимеров весьма перспективны для разработки высокоэффективных светодиодов, солнечных фотоэлементов, нелинейно-оптических материалов и т.д. и, по-видимому, в скором времени смогут конкурировать с материалами на основе классических полупроводников. В то же время, понимание основных физических механизмов, ответственных за ключевые электронные свойства сопряженных полимеров, явно недостаточно. Прежде всего речь идет о свойствах элементарных возбуждений, ответственных за перенос заряда, энергии и спина, а также механизмы нелинейного оптического отклика.

Как правило, в нелинейной спектроскопии с помощью пучка зондирования измеряют сигнал, связанный с изменениями пропускания/отражения образца, вызванными пучком или пучками возбуждения. Вместе с тем, при взаимодействии с веществом могут изменяться такие параметры лазерного пучка как состояние поляризации и/или направление распространения, измерение которых дает возможность существенно расширить получаемую спектроскопическую информацию. В частности, для описания поляризованного пучка в общем случае требуется четыре независимых параметра, например параметров Стокса. С другой стороны, регистрация малых изменений направления распространения лазерного пучка позволяет реализовать фотодефлекционный метод измерений, который "оказался весьма эффективным для диагностики тепловых и акустических волн в конденсированных средах. В диссертации особое внимание уделено разработке поляризационных и фотодефлекционно-го методов лазерных измерений, сочетающих предельную чувствитель-

ность с временным разрешением в пикосекундном и фемтосекундном диапазонах, в которых происходят фундаментальные процессы преобразования оптической энергии в возбуждения различных подсистем конденсированной среды. Так, в 80-х годах прошлого века в пикосекундной поляриметрии была достигнута чувствительность к углу поворота азимута поляризации пробного пучка около 1 мрад, что позволило провести исследования объемного поляризационного отклика полупроводниковых кристаллов. Тем не менее, такая чувствительность слишком мала для наблюдения поляризационных эффектов от поверхности, тонких пленок и других объектов, где длина оптического взаимодействия волн не превышает длины волны света. Вместе с тем, именно к таким микро- и нанообъектам сместился фокус исследований в последние годы.

Фотодефлекционный метод с временным разрешением позволяет реализовать оптическую регистрацию малых смещений поверхности твердого тела, вызванных акустическими волнами, возбуждаемыми сверхкороткими лазерными импульсами. Подчеркнем, что взаимодействие сверхкоротких акустических импульсов с конденсированными средами дает возможность исследовать процессы с высоким пространственным разрешением в предельно широкой полосе частот вплоть до терагерцового диапазона как в фононной подсистеме среды, так и разнообразные явления, где существенна роль взаимодействия фононной и электронной подсистем. В настоящее время подробно изучен термоупругий механизм фотовозбуждения акустических волн, в значительно меньшей степени известны другие, нетепловые механизмы оптоакустического преобразования, в частности электронно-деформационный. Последний механизм включается «мгновенно» — при возбуждении электронно-дырочной пары в конденсированной среде. В 80-е годы было показано, что на на-носекундной временной шкале электронно-деформационный механизм может быть существенно более эффективным в неполярных ковалент-ных полупроводниках в сравнении с термоупругим. Как работает электронно-деформационный механизм на более коротких временах до настоящей работы не исследовалось. В пикосекундной оптоакустике одной из ключевых задач оказывается разработка адекватных методов измерения длительности и формы сверхкоротких акустических импульсов, то есть гиперзвуковых импульсов.

Цели диссертационной работы заключались в следующем:

— установить свойства основного и низших электронных возбужденных состояний упорядоченных -сопряженных цепей транс-полиацетилена;

— выяснить закономерности электронно-деформационного механизма возбуждения гиперзвука в полупроводниках на субнаносекундной временной шкале;

— обнаружить и установить причины фотоиндуцированных поляризационных явлений при нормальном отражении света от полупроводников высокой симметрии.

Для достижения этих целей были поставлены следующие задачи:

1. Развить методы высокочувствительной лазерной поляриметрии, исследовать их предельные возможности.

2. Разработать высокочувствительные методы модуляционных оптических измерений, позволяющие проводить измерения поляризационных эффектов и смещения поверхности образца с предельной чувствительностью и высоким временным разрешением.

3. Реализовать известные методы спектроскопии фотоиндуцирован-ного поглощения и электропоглощения для исследования пленок -сопряженных полимеров.

4. Разработать метод лазерной гиперзвуковой спектроскопии полупроводников, основанный на измерении и анализе профиля сверхкоротких акустических импульсов.

Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в том, что впервые:

1. Реализован метод высокочувствительной лазерной поляриметрии с временным разрешением в фемтосекундном, пикосекундном и миллисекундном диапазонах и чувствительностью 0.01-1 мкрад, на основе которого:

• исследованы поляризационные эффекты при нормальном отражении света от оптически возбужденного кристалла симметрии 43m (GaAs),

• получены данные об анизотропии тензора поляризуемости в долгоживущих фотовозбужденных состояниях 7г-сопряженного полимера (полиацетилена).

2. Разработан метод лазерной гиперзвуковой спектроскопии, основанный на измерении и анализе профиля сверхкороткого продольного акустического импульса в твердом теле.

3. Показано, что при пикосекундном лазерном возбуждении звука в полупроводниках эффективность электронно-деформационного ме-

ханизма может быть существенно выше эффективности универсального термоупругого механизма.

4. Экспериментально установлено, что низшие возбужденные состояния цепей транс-полиацетилена — электрически нейтральные, а эффективность их формирования растет с увеличением энергии фотона возбуждения.

5. Получено отношение коэффициентов поглощения света вдоль и поперек цепей транс-полиацетилена в долгоживущем фотовозбужденном состоянии.

6. Предложена качественная нелинейная модель электронно-колебательной когерентности в упорядоченных цепях транс-полиацетилена.

7. В рамках центросимметричной трехуровневой системы построена микроскопическая модель статического эффекта Штарка, связывающая вторую производную спектра линейного поглощения и спектр электропоглощения среды.

8. Предложен метод формирования света с подавленными квантовыми флуктуациями в одном из стоксовых параметров.

Защищаемые положения

1. Разработанные методы и аппаратура высокочувствительных модуляционных оптических измерений, основанные на технике «возбуждение—зондирование», позволяют:

— проводить измерения поворота азимута поляризации и измене-

ния эллиптичности пробного пучка на уровне до 0.1-1 мкрад как при непрерывных измерениях, так и при измерениях с фемто-секундным и пикосекундным временным разрешением;

— регистрировать малые смещения отражающей поверхности твер-

дого тела на уровне 1 пм с пикосекундным разрешением во времени.

2. Фотодефлекционный метод дает возможность регистрировать профиль продольного импульса гиперзвука в полупроводнике.

3. Электронно-дырочная плазма, индуцированная в полупроводнике пикосекундным лазерным импульсом, может:

— возбуждать в нем продольный импульс гиперзвука за счет электронно-деформационного механизма с существенно более высокой эффективностью, чем за счет термоупругого механизма,

— приводить к повороту азимута поляризации линейно поляризованного света при нормальном отражении от кристалла ОаДэ.

4. Низшие возбужденные состояния в упорядоченных цепях транс-полиацетилена — нейтральные, а заряженные состояния образуются главным образом при участии дефектов.

5. Если пара возбужденных состояний центросимметричной молекулы вырождена, то основной вклад в ее спектр электропоглощения пропорционален второй производной спектра оптического поглощения и квадрату модуля дипольного момента перехода между этими возбужденными состояниями.

6. Необычные закономерности отклика спонтанного комбинационного рассеяния света валентных углерод-углеродных связей в транс-полиацетилене (высокое сечение рассеяния, интенсивные обертона и комбинационные частоты, высокое отношение интенсивностей антистоксовых компонент к стоксовым) объясняются в рамках модели электронно-колебательной когерентности.

Практическая ценность результатов работы

1. Из результатов проведенных исследований следует, что нанополи-ацетилен выступает прототипом качественно нового материала для приложений в фотонике и нелинейной оптике как в сравнении с другими известными сопряженными полимерами, так и во всем классе оптических органических материалов.

2. Разработанные высокочувствительные методы нелинейной спектроскопии позволяют проводить денситометрические, поляриметрические и фотодефлекционные измерения в видимом и ближнем И К диапазонах, используя технику «возбуждение—зондирование», с чувствительностью до уровня стандартного квантового предела, определяемого дробовыми шумами фототока, как в непрерывном варианте, так и в варианте с высоким временным разрешением. Таким образом, созданные методы и аппаратура представляют собой ценный инструмент для систематического исследования возбужденных

состояний конденсированных сред, а также могут быть использованы для высокочувствительной оптической диагностики и контроля в разнообразных приложениях.

3. Разработанные методы измерения профилей импульсов гиперзвука могут быть использованы для оптоакустической диагностики и неразрушающего контроля материалов в гигагерцовом диапазоне частот.

Апробация работы. Основные результаты исследований, представленных в диссертации, были доложены и обсуждены на следующих научных конференциях и семинарах: XIII—XVII Международных конференциях по когерентной и нелинейной оптике (Минск, 1988; Санкт-Петербург, 1991; Санкт-Петербург, 1995; Москва, 1998; Минск2001), II Всесоюзной конференции по обращению волнового фронта лазерного излучения в нелинейных средах (Минск, 1989), Международной конференции «Оптика лазеров» (Ленинград, 1990;Санкт-Петербург, 1993), Всесоюзном совещании «Оптика анизотропных сред» (Звенигород, 1990), 10-й Международной конференции по лазерной спектроскопии (Фонт-Роме, 1991), Конференции по твердому телу и физике материалов (Бирмингем, 1991), Международной европейской конференции по квантовой электронике (Вена, 1992; Москва 2002), 16-й научно-технической конференции по высокоскоростной фотографии, фотонике и метрологии быстропротекающих процессов (Москва, 1993), 11-й Британской конференции по квантовой электронике (Белфаст, 1993), 9-й Международной конференции по динамическим процессам в возбужденных состояниях твердого тела (Кэмбридж, 1993), Международной конференции по науке и технологиям синтетических металлов (Сеул, 1994; Сноуберд, 1996), Всемирном конгрессе по ультразвуку (Берлин, 1995), VI Семинаре по квантовой оптике (Минск, 1996), 5-м и 11-м Международных семинарах по лазерной физике (Москва, 1996; Братислава, 2002), IX Международной конференции по фотоакустическим и фототепловым явлениям (Нанкин, 1996), Международной конференции «Фундаментальные проблемы науки о полимерах» (Москва, 1997), II Международном симпозиуме по современным проблемам лазерной физики (Новосибирск, 1997), X Международной конференции по фотоакустическим и фототепловым явлениям (Рим, 1998), Международной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика—99» (Санкт-Петербург, 1999), IV Международной конференции по оптической диагностике сопряженных полимеров и фотонных кристаллов (Солт-Лэйк-Сити, 2000), Конференции по кван-

товой электронике и лазерным наукам (Сан-Франциско, 2000), Гордо-новской конференции по электронным процессам в органических материалах (Ньюпорт, 2000), Международной конференции «Поляризационные эффекты в лазерах, спектроскопии и оптоэлектронике» (Саут-гелттон, 2000), Российско-германском лазерном симпозиуме (Владимир, 2000), Всероссийском семинаре «Люминесценция и сопутствующие явления» (Иркутск, 2000), Гордоновской конференции по фотоакустическим и фототепловым явлениям (Оксфорд, 2001), XVIII Международной школе—семинаре «Новые магнитные материалы микроэлектроники» (Москва, 2002), Международной конференции «Спектроскопия в специальных приложениях» (Киев, 2003). Полученные результаты регулярно представлялись на научных семинарах кафедры общей физики и волновых процессов физического факультета МГУ и Международного лазерного центра МГУ, а также были доложены и обсуждены на научных семинарах других кафедр физического факультета МГУ и организаций (Институт общей физики РАН, Центр фотохимии РАН и др.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 99 печатных работ, в числе которых 31 статья в рецензируемых журналах: Письма в ЖЭТФ, ЖЭТФ, Квантовая электроника, Оптика и спектроскопия, Phys. Rev. Lett., Phys. Rev. В, Chem. Phys. Lett., Synth. Metals и др., а также 13 статей в сборниках трудов конференций.

Личный вклад автора. Все изложенные в диссертации результаты получены автором лично или при его непосредственном участии. Автор осуществлял выбор направления и объектов исследования, разработку методов измерений, постановку и проведение экспериментов, анализ результатов и построение моделей.

Структура и состав диссертации. Диссертация состоит из Введения, пяти глав, Заключения, Приложения и двух списков литературы, включающих работы автора (45 ссылок) и другие работы (273 ссылки); работа изложена на 331 страницах, содержит 89 рисунков и 9 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обсуждается актуальность темы исследований, сформулированы цели, задачи, научная новизна, практическая ценность работы и защищаемые положения, приведена краткая аннотация содержания глав.

В первой главе изложены методы высокочувствительных оптических измерений, которые разрабатывались и применялись в настоящей работе. Представлены результаты разработки высокочувствительных ме-

тодов регистрации состояния поляризации света. Затем описана оригинальная реализация известной фотодефлекционной техники измерения малых смещений поверхности твердых тел, позволившая выйти на предельный уровень чувствительности в измерениях с пикосекундным лазером. Далее изложены хорошо известные методы спектроскопии фотоин-дуцированного поглощения и электропоглощения, которые применялись для спектроскопии нанополиацетилена.

В высокочувствительной поляриметрии обычно измеряют малый поворот плоскости поляризации линейно поляризованного света, взаимодействующего с исследуемым объектом. Для достижения высокой чувствительности в поляриметрии применяют модуляционные методы измерений с синхронным приемом, используя зависимость величины поляризационного эффекта от внешних параметров, например длины волны света, постоянного магнитного поля, интенсивности световых полей, если это нелинейно-оптический эффект. В настоящей работе разработан модуляционный метод поляриметрии, позволяющий выделять вклады индуцированных поворота азимута поляризации, эллиптичности и деполяризации в поляризационный сигнал и измерять их величины на уровне, задаваемом шумами мощности пробного пучка. Найдены чувствительности поляриметра к поляризационным параметрам в зависимости от его настройки, то есть от ориентации поляризационного анализатора и волновой пластинки, для случая дробовых и технических шумов излучения в пробном канале.

Прецизионные поляризационные методы обычно основаны на использовании поляризованного света с высокой степенью линейной поляризации, от которой зависит чувствительность поляризационных измерений. Степень линейной поляризации определяется как соотношение интен-сивностей ортогональных компонент — по направлению преимущественной поляризации и ортогонально к нему, что получают, измеряя параметр экстинкции (скрещивания) поляризатора и анализатора. Для получения света с высокой степенью поляризации обычно применяют высококачественные поляризационные призмы из кальцита, обеспечивающие степень линейной поляризации света на уровне 104-106. Вместе с тем, можно повысить степень линейной поляризации по сравнению с этой величиной на несколько порядков, применяя в качестве поляризаторов нелинейно-оптические преобразователи частоты.

Как известно, при синхронном преобразовании частоты в нелинейном кристалле волна на возбуждаемой частоте поляризована определенным образом, так, например, для одноосного кристалла это будет волна с

обыкновенной или необыкновенной линейной поляризацией. Тот же процесс преобразования оптической частоты в кристаллах можно использовать для анализа состояния поляризации возбуждающего излучения. Наши исследования показали, что для прецизионных лазерных поляризационных устройств лучше всего подходят кристаллы водорастворимой группы DKDP прежде всего в силу их высокого оптического

качества. С их помощью удалось получить свет со степенью линейной поляризации на уровне Ю9 в поляриметре с поляризатором — генератором второй гармоники и анализатором — сумматором излучения исходной и удвоенной частот. В качестве источника излучения на 1064 нм использовался пикосекундный квазинепрерывный YAG: Nd3+лазер с модулированной добротностью и синхронизацией мод. Было установлено, что максимальная степень линейной поляризации ограничивалась ростовыми напряжениями в исследуемых образцах кристаллов DKDP. Отметим, что путем подбора типа нелинейного кристалла и условий синхронизма можно добиться высокой пространственной и спектральной избирательности лазерных поляризационных устройств, которые могут служить одновременно узкополосными пространственными и спектральными фильтрами.

Далее рассмотрены введенные нами новые состояния электромагнитного поля — поляризационно-сжатый свет. Когда речь идет о применениях сжатого света в прецизионных физических измерениях, обычно имеют в виду подавление пуассоновских флуктуации интенсивности света. Учет векторного характера электромагнитного поля, то есть поляризационных свойств света, позволяет ввести новые типы сжатых состояний, что сделано с помощью четырехкомпонентного оператора Стокса. В когерентном состоянии предельная чувствительность измерения какого-либо параметра Стокса ограничивается уровнем дробового шума. Однако можно приготовить такое состояние поляризованного светового поля, в котором дисперсии параметров Стокса не равны — поляриза-ционно-сжатое состояние. Такому состоянию будет соответствовать область неопределенности в форме деформированного шара с центром на сфере Пуанкаре, причем флуктуации одного из стоксовых параметров будут ниже уровня флуктуации в когерентном состоянии. Отметим, что в последние несколько лет были выполнены эксперименты, демонстрирующие возможность формирования поляризационно-сжатого света.

В работе проанализирован известный фотодефлекционный метод измерения смещений поверхности твердых тел, основанный на измерении малых наклонов поверхности, вызванных ее деформацией. Фотоде-

флекционный сигнал формируется с помощью пробного пучка, падающего на исследуемую поверхность и зеркально отражающегося от нее. Малый наклон поверхности приводит к отклонению пробного пучка и поперечному смещению пробного пучка на позиционно-чувствительном детекторе (см. рис. 2). Проанализирована предельная чувствительность фотодефлекционного метода к смещению поверхности и к углу отклонения лазерного пучка, рассмотрены вклады в фотодефлекционный сигнал, не связанные со смещением поверхности.

В последней части первой главы описаны известные методы спектроскопии фотоиндуцированного поглощения и электропоглощения, применяемые, в частности, для исследования сопряженных полимеров. В методе фотоиндуцированного поглощения (электропоглощения) с помощью пробного пучка измеряется изменение спектра пропускания образца, индуцированное промодулированным пучком возбуждения (приложенным электрическим полем). Проведен анализ тепловых и интерференционных эффектов, существенных при измерении спектров фотоинду-цированного поглощения тонких пленок.

Во второй главе представлена техника эксперимента и созданная аппаратура: лазеры, поляриметры, фотодефлекционная пикосекундная установка, радиочастотная техника синхронного усиления и многофункциональный спектрометр видимого и ближнего ИК диапазона.

В данной работе разработан перестраиваемый пикосекундный лазер, основанный на преобразовании частоты вверх излучения континуума вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР) в волоконном световоде — RAC-n-UP лазер (RAman Continuum-and-UP-converter). Мощный пикосекундный световой импульс при распространении в волоконном световоде вызывает ВКР, развивающееся при определенных условиях в однородный спектральный континуум. RAC-n-UP лазер — комбинация генератора континуума (волоконного световода) и селективного преобразователя частоты «вверх» (нелинейного кристалла), преобразующего узкую часть спектрального состава континуума в высокочастотную область спектра. Ширина спектра генерации RAC-n-UP лазера определяется типом нелинейного преобразователя и условиями фазового синхронизма; перестройка длины волны контролируется выбором условий синхронизма, в простейшем случае — изменением ориентации нелинейного кристалла. Для накачки RAC-n-UP лазера использовался квазинепрерывный пикосекундный YAG: Nd3+ лазер, работающий в режиме модуляции добротности и синхронизации мод. В качестве преобразователей частоты вверх применялись кристаллы калий-титанил фосфата

и йодата лития. В работе исследованы спектральные, временные, мощностью и шумовые характеристики RAC-n-UP лазера. Перестройка частоты в широком спектральном диапазоне 532-650 нм осуществляется одним параметром — углом синхронизма. Несмотря на то, что селективная конверсия только части распределенной по широкому спектру энергии континуума предполагает неизбежные значительные потери, высокая эффективность ВКР процесса и практически полное преобразование энергии в нелинейном кристалле обеспечивают пиковую мощность излучения диапазоне сотен ватт, что соответствует энергии одиночного импульса в десятки наноджоулей.

Далее приведены результаты измерений степени деполяризации излучения одночастотного кольцевого монолитного YAG: Nd3+ лазера с диодной накачкой, составляющей величину Зх10~3. Показано, что дифракция на неоднородностях индуцированного двулучепреломления активного элемента приводит к частичной деполяризации лазерного излучения.

В настоящей работе разработана высокочувствительная система фоторегистрации для лазерных экспериментов типа «возбуждение—зондирование», реализующая технику синхронного усиления с двойной модуляцией на высокой /о и низкой кГц частотах. Система фоторегистрации работает на фиксированной частоте /0 =6.2 МГц и выполнена как приставка к стандартному низкочастотному синхронному детектору, включающая в себя кремниевый фотодиод, нагруженный на резонансный усилитель, и синхронный преобразователь радиочастоты вниз. Чувствительность к малым пиковым изменениям оптической мощности составляет которая определяется дробовыми шумами фототока на частоте детектирования /0. Разработанная техника применена с пикосекундным YAG: Nd3+ лазером в экспериментах по оптоакустической (Глава 4) и поляризационной спектроскопии с высоким временным разрешением (Глава 5).

Для проведения оптоакустических экспериментов, описанных в Главе 4, была создана пикосекундная установка, реализующая фотоде-флекционный метод измерений малых смещений поверхности образца. Установка собрана на основе пикосекундного непрерывно-накачиваемого YAG: Nd3+ лазера с активной синхронизацией мод и разработанной нами радиочастотной системы регистрации. Она позволяет проводить измерения смещения поверхности образцов на уровне 0.1 пм с временным разрешением ~ 100 пс. Существенно, что в данной установке возбуждение и зондирование акустических импульсов проводиться с разных сторон образца (см. рис. 2), что дает возможность исключить опти-

Рис. 1. Зависимость угла ¡3 от ориентации азимута поляризации пробного и возбуждающего пучков относительно осей симметрии ваЛв; интенсивность возбуждения 50 МВт/см2, длительность импульсов ^50 пс, длины волн возбуждения и зондирования 532 нм. Измерения проведены при повороте образца в его плоскости; □ и Д отвечают возбуждению противоположных граней кристалла — после его поворота на угол 180° вокруг направления поляризаций пучков возбуждения и зондирования.

ческое взаимодействие пучков возбуждения и зондирования в образце. Достигнутый уровень чувствительности ограничивался дробовыми шумами фототока пробного пучка, что позволило нам измерять профиль суб-наносекундных акустических импульсов с высоким соотношением сигнал—шум.

Далее описаны схемы и аппаратура поляриметрии, позволяющие измерять малые изменения состояния поляризации пробного пучка (поворот поляризации, изменение эллиптичности и деполяризации), индуцированные в образце пучком возбуждения, с чувствительностью к углу поворота поляризации 0.01-1 мкрад и временным разрешением в пико-секундном и миллисекундном диапазоне для ряда длин волн видимого и ближнего И К диапазона.

В заключительной части второй главы изложена техника спектроскопии фотоиндуцированного поглощения и электропоглощения, дающая возможность измерять относительные изменения спектра пропускания образцов в видимом и ближнем И К диапазоне на уровне до Ю-6 и спектральным разрешением вызванных фотовозбуждением образца или приложением к нему постоянного электрического поля.

В третьей главе представлены результаты исследований поляризационного эффекта при нормальном отражении от полупроводникового

монокристалла GaAs методом «возбуждение—зондирование» с пикосе-кундным временным разрешением. Существенно, что GaAs в линейной оптике — изотропный и негиротропный кристалл. Было обнаружено, что азимут поляризации пробного пучка при отражении от фотовозбужденного GaAs поворачивается, причем угол поворота (3 имеет характерную зависимость от ориентации образца (рис. 1). Время жизни поляризационного эффекта составляет ~300 пс, что соответствует времени жизни фотовозбужденной электронно-дырочной плазмы (ЭДП) у поверхности GaAs плотностью ~1хЮ20см"3. В работе проанализированы возможные механизмы наблюдаемого поляризационного эффекта, основное внимание уделено модели нелокального отклика и электрооптическому эффекту во «встроенном» приповерхностном поле GaAs, которое экранируется фотовозбужденной ЭДП. Показано, что последний эффект объясняет экспериментальные данные наиболее адекватным образом.

Четвертая глава посвящена лазерной гиперзвуковой спектроскопии полупроводников, где представлены оригинальные данные по измерению и анализу профилей субнаносекундных акустических импульсов в монокристаллах Ge, Э1 и GaAs. В начале главы дан обзор основных достижений и проблем пикосекундной оптоакустики, затем подробно обсуждаются работы, посвященные различным методам диагностики динамики движения фотовозбужденной ЭДП в полупроводниках. Проанализирована возможность диагностики расширения ЭДП оптоакусти-ческим методом, что позволяют оценить параметры фотовозбужденной ЭДП, например коэффициент амбиполярной диффузии. Существенно, что этот метод чувствителен к отличию скорости движения фронта концентрации ЭДП от скорости продольного звука, позволяя анализировать вопрос о возможности сверхзвукового движения коллектива электронов и дырок. Отметим, что связь динамики ЭДП и упругого отклика возникает благодаря электронно-деформационному механизму возбуждения звука, который может быть существенно более эффективным в неполярных полупроводниках, чем универсальный термоупругий механизм.

Далее представлена известная модель возбуждения звука по электронно-деформационному и термоупругому механизмам, сформулированная для наших экспериментальных условий: длительность фотовозбуждения ~100 пс, одномерная геометрия возбуждения звука и т.д. Рассчитаны спектры и профили импульсов гиперзвука, учтены эффекты дифракции и поглощения.

Основная часть экспериментов была выполнена с образцами в виде в виде клинообразных пластин из нелегированных монокристаллов

Рис. 2. Геометрия эксперимента с клиновидными образцами (угол клина 1.5-3°). Пучок возбуждения (2) генерирует акустический импульс, распространяющийся в образце, профиль и временное положение которого измеряются с помощью пучка зондирования (1), используя фотодефлекционную методику и позиционно-чувствительный детектор (ПЧД). Перемещение клина вдоль оси X позволяет измерять профили акустических импульсов при различных длинах распространения.

Ge, Si или GaAs по схеме, показанной на рис. 2. На рис. За показаны нормированные на амплитуду первого максимума акустические импульсы, прошедшие путь длиной z=110, 550 и ~ 1800мкм. При 2=110 мкм акустический импульс имеет две выраженные фазы (положительную и отрицательную) и характерную длительность ~0.7 н^ а при г=550 мкм появляется еще одна положительная фаза и импульс несколько длиннее не (рис. 36). При этом длительность фронта импульсов была г; 250пс (по уровню 1/е) и почти не зависела от длины пути распространения. Соответствующие спектры, полученные с помощью быстрого преобразования Фурье, приведены на рис. 36. На больших длинах распространения {г > 1 мм) акустический импульс существенным образом изменялся: его амплитуда заметно уменьшалась, длительность увеличивалась (рис. За), а спектр сужался (рис. 36). При этом двухфазный импульс по мере распространения приобретал еще одну дополнительную положительную фазу. Форма импульса при распространении определялась дифракцией и поглощением, возрастающим с частотой гиперзвука, что иллюстрирует рис. 36: поглощение ослабляло высокочастотные компоненты спектра, а дифракция — низкочастотные. Из профилей экспериментальных импульсов был получен коэффициент поглощения звука в Ge, составивший что согласуется со справочным значением.

Поскольку профили лазерно-возбуждаемых акустических импульсов могут быть весьма чувствительны к глубине поглощения света, был проведен сравнительный эксперимент по регистрации импульсов гиперзвука на двух длинах волн возбуждения Полученные

Время (не)

Рис. 3. Акустические импульсы (а) и их фурье-спектры (б) при г=110, 550 и 800 мкм, длина волны возбуждения 1064 нм, размер пучка возбуждения на поверхности ~50 мкм. Характерные смещения поверхности составляли 5-10 пм. Линии на спектрах (б) приведены для удобства представления.

профили оказались весьма близки, что указывает на почти одинаковую пространственно-временную локализацию акустических источников несмотря на то, что длины оптического поглощения в ве отличаются более чем на порядок величины а_1(А1) » а-1(Аг) (а— коэффициент поглощения). Действительно, глубина термодиффузии за время возбуждения п ~100пс Ь? = (хтъ)1^2 —0.1 мкм (х — коэффициент термодиффузии), при этом глубина диффузии ЭДП на порядок величины выше Ьн = (-Сг^)1/2 мкм (£> — коэффициент амбиполярной диффузии), причем Ьх ~ от1 (А1). Следовательно, области локализации фотовозбужденной ЭДП для возбуждения на Ах и Аг на временах ~ т£ примерно одинаковы, а области нагрева, задаваемые максимальной из длин (Ьтсильно отличаются. Таким образом, мы заключаем, что основной вклад в формирование импульсов гиперзвука на и А2 дает электронно-деформационный механизм. Также был проведен отдельный эксперимент с образцом Ge, покрытым пленкой AI, что позволило непосредственно сравнить эффективности термоупругого и электронно-деформационного механизмов в Ge. Показано, что электронно-деформационный механизм в Ge при возбуждении на длине волны 1064 нм на порядок величины эффективнее термоупругого по амплитуде.

Эффекты распространения импульса гиперзвука могут изменять его профиль, поэтому был выполнен эксперимент по детектированию импульсов гиперзвука вблизи области фотовозбуждения. Поскольку при измерениях на фотовозбужденной поверхности Ge дефлекционный сигнал следовал динамике фотоиндуцированного отражения, а не динамике смещения поверхности, были приготовлены образцы Ge с напыленными на них дихроичными диэлектрическими зеркалами, пропускающими пучок возбуждения (А=1064нм) и отражающими пучок зондирования (А=532 нм). Было получено, что фотодефлекционный сигнал в таких образцах отвечает однополярным импульсам гиперзвука (ср. с рис. За). В работе обсуждаются особенности возбуждения и детектирования импульсов гиперзвука в образцах зеркало-Ge, связанные с интерференцией света и звука в многослойном диэлектрическом зеркале.

Далее был исследован оптоакустический отклик пластины Ge толщиной 60 мкм при приложении постоянного электрического поля ~ 100 В/см. Обнаружено, что оно приводит к временному смещению импульса гиперзвука на ~200 пс. Анализируются возможные механизмы обнаруженного эффекта: тривиальные тепловые, связанные с изменением свойств образца при его нагреве протекающим электрическим током и приводящие к задержке распространения звука в образце, и более тонкие

механизмы, обусловленные воздействием приложенного поля на процесс возбуждения гиперзвуковых импульсов.

В диссертации также приведены результаты исследований возбуждения и распространения импульсов гиперзвука в образцах монокристаллического Б1 и ОаДэ.

Заключительная часть Главы 4 посвящена анализу экспериментальных результатов и их сопоставлению с используемой моделью возбуждения и распространения гиперзвука. Показано, что электронно-деформационная модель хорошо описывает фронты экспериментальных импульсов в Ое. Однако расчетные спады импульсов гиперзвука получаются существенно более медленными, чем в эксперименте. Возможные причины такого рассогласования подробно обсуждаются в диссертационной работе; предполагается, что отличие модели и эксперимента связано с наличием субмикронного переходного слоя у поверхности Ое с акустическим импедансом, отличным от объемного. Показано, что за фронты импульсов гиперзвука в Ое отвечает диффузия фотовозбужденной ЭДП с коэффициентом, соответствующим справочному значению. Сделан вывод, что в Ое в течении ~200 пс с момента фотовозбуждения реализуется сверхзвуковой режим диффузии фотоиндуцированной ЭДП.

В пятой главе представлены результаты исследований нанополиаце-тилена (НПА) методами нелинейной спектроскопии. Вначале приведены наиболее важные свойства полиацетиленов и изучаемых образцов, затем представлен обзор исследований НПА методами спектроскопии фо-тоиндуцированного поглощения (ФИП) и электропоглощения (ЭП). Далее изложены оригинальные результаты, полученные методами спектроскопии ФИП и поляриметрии, в том числе с временным разрешением в фемто- и пикосекундном диапазонах, а также методами спектроскопии ЭП и комбинационного рассеяния света (КРС).

НПА представляет собой глобулы ПА с типичным размером ~ 100 А, находящиеся в матрице из поливинилбутираля (ПВБ) с весовой концентрацией ~2% (пленки) или в композиции бутанол-ПВБ (растворы). Исследовались растворы и пленки толщиной в диапазоне 1-50 мкм, политые на стеклянные и сапфировые подложки.

Характерный спектр ФИП пленки НПА показан на рис. 4. Проведенная идентификация полос ФИП, основанная на анализе литературных данных и исследованных зависимостей сигналов ФИП от температуры, частоты модуляции и интенсивности возбуждения, показала, что полоса на 1.6 эВ связана с нейтральными долгоживущими состояниями в транс-ПА, а полосы на 1.7 и 1.85 эВ обусловлены температурной моду-

_I_,_I_,_I_._I_,_I_._3«

1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 Гко, эВ

Рис. 4. Спектры ФИП при лазерном возбуждении с энергией фотона 2.81 эВ (Л) и 1.96 эВ (•), интенсивностях возбуждения ~0.2 и 0.6 Вт/см2, соответственно, частоте модуляции 140 Гц и комнатной температуре. Сплошной линией показан спектр линейного поглощения, на котором отмечены бесфононные пики поглощения транс и цис-изомеров НПА.

ляцией положения края поглощения НПА. Существенно, что в спектрах ФИП транс-НПА отсутствовала низкочастотная полоса {АТ/Т<Ю-5) с энергией ниже 1 эВ, индуцированная заряженными возбуждениями, что всегда наблюдалось в других известных типах ПА. В настоящей работе показано, что нейтральное состояние имеет минимальную энергию возбуждения в транс-ПА. Вместе с тем, можно утверждать, что наблюдающиеся в других типах ПА заряженные состояния образуются на дефектах и они не связаны с собственными состояниями цепей транс-ПА. Действительно, в первых образцах НПА, имеющих более высокое содержание дефектов по сравнению с образцами НПА, исследованными в настоящей работе, пик заряженных состояний не наблюдался в свежеприготовленных пленках, но возникал после длительного хранения на воздухе.

Спектр фотовозбуждения полосы ФИП нейтральных состояний НПА показывает, что эффективность генерации нейтральных долгоживущих состояний е в цепях транс-ПА резко нарастает с энергией фотона возбуждения (рис. 5). В работе предложена интерпретация такого возрастания, согласно которой энергия фотона выше края оптического поглощения транс-ПА вкладывается в возбуждение колебательной подсистемы,

10,0

ж

а»

и 1,0

*

ф

о

и

0,1 г

1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 Гко, эВ

Рис. 5. Зависимость эффективности возбуждения полосы ФИП на 1.6эВ в расчете на поглощенный фотон возбуждения от его энергии (спектр фотовозбуждения), температура ~85 К. Две точки (*) соответствуют данным рис. 4.

приводя к резкому увеличению вероятности релаксации цепи в деформированное нейтральное состояние с большим временем жизни.

Динамика возникновения и релаксации полосы ФИП нейтральных состояний в транс-НПА была исследована с помощью фемтосекундного титан-сапфирового лазера: вторая гармоника его излучения (3.1 эВ) использовалась в канале возбуждения, а излучение на основной частоте (1.55 эВ) — в пробном канале (рис. 6). Время нарастания сигнала было «0.2 пс, что примерно в два раза больше времени нарастания кросс-корреляционной функции импульсов возбуждения и зондирования. Отметим, что время установления в несколько сотен фемтосекунд было измерено и для других известных типов ПА. Показано, что в транс-НПА произведение квантовой эффективности формирования нейтрального состояния на сечение поглощения из этого состояния падает в 300 раз при переходе от субпикосекундной временной шкалы к микросекундной.

Делокализация 7Г-электронов вдоль сопряженных цепей ведет к сильной анизотропии их оптических и электронных свойств, поэтому можно ожидать, что отклик фотовозбужденных цепей будет также анизотропен. В работе проведено исследование поляризационного отклика фотовозбужденного НПА во временных диапазонах 0.1-10 пс, 0.1-3 не и на миллисекундной временной шкале развитым в настоящей работе

Рис. 6. Модуль сигнала ФИП на 1.55 эВ как функция времени задержки между импульсами зондирования и возбуждения для двух частот модуляции. Экспоненциальные кинетики с временными константами 0.9 и 0.8 пс показаны пунктирными линиями для частот модуляции 8 и 80 кГц, соответственно. На вставке показан модуль сигнала ФИП на 1.55 эВ как функция частоты модуляции, сплошная линия соответствует мономолекулярной кинетике с характерным временем 7 мкс.

методом высокочувствительной поляриметрии. Схема поляриметра приведена на рис. 7, а характерные сигналы на выходе поляриметра для возбуждения на длине волны 633 нм показаны на рис. 8. Сигналы слева и справа от положения затемнения поляриметра (/?=0) имеют разные знаки (рис. 8а), указывая, что основной вклад в поляризационный сигнал связан с поворотом азимута поляризации пробного пучка. Из угловой зависимости сигналов поляриметра рис. 86 следует, что наблюдаемый сигнал обусловлен в основном фотоиндуцированным дихроизмом. Из величины угла поворота поляризации получен параметр анизотропии характеризующий отношение коэффициентов поглощения поперек и вдоль цепи транс-НПА в фотоиндуцированном состоянии. Отметим, что для переходов из основного электронного состояния транс-НПА ц <С1, что следует из данных спектроскопии ЭП (см. ниже). Разумно связать более слабую анизотропию в фотовозбужденном состоянии со существенно меньшей степенью делокализации -электронов вдоль полимерной цепи, чем в основном. Вместе с тем, проведенные в данной работе поляризационные измерения с временным разрешением дают № <С1, что указывает на высокую степень делокализации 7г-электронов на временных шкалах 0.1-10 пс и 0.1-3 нс.

Рис. 7. Схема поляриметра. Р — призма—поляризатор, >4 — призма—анализатор, Еритр, ЕргоЬе — поляризации пучков возбуждения и зондирования, ¡^-¿(ЕргЫк, В^оье) — угол поворота поляризации пучка зондирования после взаимодействия с образцом НПА. На вставке указаны вектора взаимодействующих полей; величины ФИП и дихроизма сильно увеличены.

(а)

8Т/Тх 104

(б)

т ' I | - 10 Г 5 0.02 0.04 1 1 >

-0.04 -0.02

........"

-5 -

-10-

Р (рад)

8Т/Тх 104

-о ,,

,'5 * '

-т!-Н

2гс , -я *

\ * ' ' "5 > * _ 1Л

—*—1| ] » ф (рад)

♦ Я ♦ 2к

ч * ¥

Рис. 8. Зависимость сигнала пропускания поляриметра с пленкой НПА от: (а) — угла отстройки анализатора от положения затемнения /? при \ф\ = 7г/4; (б) — угла между поляризациями пучков возбуждения и зондирования ф при /3 « -0.01 рад. Поляризация пучка возбуждения менялась с помощью волновой пластинки А/2.

-1

Л ■ • # * /ч У"1 V-

' / * < ¥ 1 _> /У V,- < ¿V V ' ■ а У 1.1.1.

1,5

0,6

0,3

0,0

1,7

1,9

2,1

2,3 2,5

Энергия фотона, эВ

Рис. 9. Спектр электропоглощения пленки НПА при комнатной температуре (точки); амплитуда электрического поля 50 кВ/см, частота 400 Гц. Сплошная линия — спектр поглощения пленки, штрихи — вторая производная спектра поглощения.

В работе проведено исследование пленок НПА методом спектроскопии ЭП. Исследованы спектры ЭП для различных температур, ориентации поляризаций приложенного и зондирующего поля и других условий. Показано, что спектр ЭП следует второй производной спектра оптического поглощения НПА (рис. 9), причем ЭП может быть адекватно описано с помощью тензора нелинейной восприимчивости о;,0,0). Разработана модель квадратичного эффекта Штарка для центросим-метричной трехуровневой системы, объясняющая преобладание второй производной в спектре ЭП как проявление штарковского уширения. Показано, что спектру ЭП в виде второй производной отвечают вырожденные возбужденные состояния противоположной симметрии, связанные дипольным моментом перехода ~20 Д. В модели учтены неоднородное уширение и колебательная структура электронных состояний.

Взаимодействие -электронов с движениями остова полимерной цепи в транс-НПА оказалось весьма чувствительным к температуре, приводя к обратимой перестройке электронно-решеточной конфигурации транс-НПА. Исследования спектров поглощения и КРС растворов НПА при охлаждении от 300 до 190 К показали, что помимо известных красных сдвигов оптической щели и колебательных частот происходят качественные изменения в вибронной структуре оптического спектра поглощения

и на полосе КРС колебаний С=С связей возникает выраженное низкочастотное плечо.

В настоящей работе проведены измерения величины абсолютного сечения спонтанного КРС на валентных углерод-углеродных колебаниях транс-НПА при длине волны возбуждения 514 нм. Из проведенных измерений следует, что углерод-углеродные связи в структуре транс-НПА рассеивают свет на несколько порядков величины более эффективно, чем в структуре алмаза. Показано, что наблюдаемые высокие сечения КРС нельзя отнести только на счет эффектов резонансного КРС.

Основные особенности спектров КРС в НПА заключаются в том, что при возбуждении образцов светом с длиной волны в полосе прозрачности наблюдается: неожиданно высокое сечение КРС; длинная последовательность интенсивных обертонов и комбинационных частот линий С—С и С=С; отсутствие явной корреляции спектра поглощения со спектром возбуждения КРС; для некоторых образцов НПА наблюдалось аномально высокое отношение интенсивностей антистоксовых компонент к стоксовым. Такие особенности выходят за рамки общепринятой теории спонтанного КРС. В диссертационной работе представлена качественная модель когерентных электронно-решеточных колебаний в упорядоченных цепях транс-ПА, объясняющая данные экспериментов. Основное в данной модели — предположение о существовании когерентной моды — коллективного возбуждения нелинейно связанных парциальных валентных СС колебаний. Мы полагаем, что когерентная мода включает в себя большое количество СС связей в наночастице ПА. Синфазная область когерентной моды отвечает оптическому фонону с нулевым волновым вектором, где длины С=С (или С—С) связей колеблются в фазе, а длины смежных С=С и С—С связей — в противофазе. Для такого синхронного движения интенсивность КРС должна сильно возрастать с длиной цепи, поскольку она пропорциональна квадрату суммы амплитуд рассеяния парциальных СС колебаний, которые синфазно складываются. В рамках предложенной модели рассмотрены также и другие особенности КРС в транс-НПА.

В конце данной главы приведены оценки нелинейной восприимчивости х^3' НПА, полученные в настоящей работе. Обсуждаются резонансные и нерезонансные значения, электронно-колебательный вклад и роль дефектов.

Основные РЕЗУЛЬТАТЫ диссертации заключаются в следующем:

1. Разработаны методы и создана аппаратура высокочувствительных

модуляционных оптических измерений, основанные на технике «возбуждение—зондирование», позволяющие:

(а) измерять малые фотоиндуцированные изменения состояния поляризации пробного пучка (поворот азимута поляризации, изменение эллиптичности и деполяризации) с чувствительностью к углу поворота азимута поляризации 0.01-1 мкрад и с временным разрешением в диапазонах 0.1-10 пс, 0.1-3 нс, 1 мкс-0.1 с для ряда длин волн видимого и ближнего ИК диапазона;

(б) с помощью фотодефлекционного метода регистрировать малые смещения отражающей поверхности твердого тела на уровне единиц пикометров с разрешением во времени ~ 100 пс на длинах волн 532 и 1064 нм;

(в) измерять относительные изменения спектра пропускания образцов в видимом и ближнем И К диапазонах на уровне до

и спектральным разрешением 1 нм, вызванные фотовозбуждением образца или приложенным к нему постоянным электрическим полем.

2. Развиты методы высокочувствительной лазерной поляриметрии:

(а) позволяющие выделять вклады индуцированных поворота азимута поляризации, эллиптичности и деполяризации в поляризационный сигнал и измерять их величины на уровне, задаваемом в случае дробовых шумов фототока — мощностью пробного пучка, а в случае технических шумов — шумами мощности пробного пучка и параметром экстинкции поляриметра.

(б) Разработаны прецизионные поляризаторы и анализаторы лазерного излучения на основе нелинейных кристаллов—преобразователей оптической частоты. Показано, что на основе кристаллов ЭКЭР можно обеспечить степень линейной поляризации, то есть отношение интенсивностей ортогональных линейно поляризованных компонент, лучше чем

(в) Впервые предложено неклассическое состояние света, в котором подавлены квантовые флуктуации в одном из параметров Стокса, что дает принципиальную возможность реализовать чувствительность поляриметрии ниже стандартного квантового предела, связанного с пуассоновской статистикой фотонов.

Показано, что такое поляризационно-сжатое состояние может быть получено при распространении света в среде с кубической нелинейностью.

3. Экспериментально исследован эффект поворота плоскости поляризации света при нормальном отражении от оптически возбужденного полупроводника симметрии 43т: измерения выполнены для плоскопараллельных пластин GaAs, ориентированных по оси [001], методом «возбуждение—зондирование» с пикосекундным временным разрешением на длинах волн 532 и 550 нм. Обнаружено, что эффект чувствителен к ориентации образца в его плоскости с характерной угловой зависимостью — угол между осью [100] и вектором электрического поля пробного импульса, а его знак не меняется при переходе к другой поверхности образца. Типичный угол поворота плоскости поляризации составил ~Юмкрад, время жизни — ~300пс. Показано, что наблюдаемый поляризационный эффект связан с фотовозбужденной электронно-дырочной плазмой (ЭДП) плотностью Ю19-1020см~3 и может быть объяснен электрооптическим эффектом во «встроенном» приповерхностном поле GaAs, которое глубоко модулируется фотовозбужденной ЭДП.

4. Разработан метод пикосекундной лазерной гиперзвуковой спектроскопии полупроводников, основанный на измерении форм субна-носекундных акустических импульсов и их анализе в рамках известных теоретических моделей возбуждения и распространения гиперзвука. Исследованы профили импульсов гиперзвука в монокристаллах Ge, Si и GaAs, возбуждаемых ~ 100 пс лазерными импульсами с длиной волны 1064 и 532 нм. Измерения проведены при длинах распространения импульсов гиперзвука 0-2 мм, размерах области возбуждения 20-50 мкм, плотностях энергии возбуждения 5-50 мкДж/см2. Показано, что:

(а) при поглощении пикосекундного оптического импульса и концентрации возбуждаемой ЭДП в монокристалле Ge электронно-деформационный механизм возбуждения звука на порядок величины более эффективен, чем термоупругий (по амплитуде);

(б) из профиля гиперзвукового импульса можно получить коэффициенты диффузии фотовозбужденной ЭДП и затухания звука.

5. Впервые показано, что фотовозбуждение транс-нанополиацетилена

(НПА) приводит к образованию только нейтральных долгоживущих состояний, тогда как заряженные состояния, наблюдаемые в других типах полиацетилена (ПА), связаны с дефектами. Нейтральные возбужденные состояния проявляют себя в виде полосы фотоинду-цированного поглощения (ФИП) на ~1.6 эВ с характерными зависимостями от частоты модуляции (0.01-100 кГц) пучка возбуждения мощностью до 0.5 Вт/ и от температуры образца (90-300 К). При этом:

(а) Впервые экспериментально наблюдался рост эффективности фотогенерации нейтральных состояний в транс-ПА с увеличением энергии фотона возбуждения. Эффективность возрастала более чем в 30 раз при изменении энергии фотона в диапазоне 1.4-3.5 эВ. Предложена интерпретация, согласно которой энергия фотона выше края оптического поглощения вкладывается в возбуждение колебательной подсистемы, приводя к резкому увеличению вероятности релаксации цепи в деформированное нейтральное состояние с большим временем жизни.

(б) Нейтральные возбуждения в транс-НПА возникают в пределах 200 фс после фотовозбуждения и характеризуются экспоненциальной кинетикой релаксации на пикосекундной (г пс) и микросекундной временных шкалах {г ~10мкс при 300 К и ~ 100 мкс при 85 К) при плотности поглощенных фотонов в возбуждающем импульсе не более одного на наночастицу ПА. При этом произведение квантовой эффективности формирования нейтрального фотовозбужденного состояния на сечение поглощения из этого состояния в транс-НПА падает в «300 раз при переходе от субпикосекундной временной шкалы к микросекундной.

6. Впервые измерен дихроизм в фотовозбужденном состоянии сопряженного полимера на миллисекундных временах: из поляриметрических измерений показано, что соотношение коэффициентов поглощения поперек и вдоль сопряженных цепей транс-НПА составляет с^0.6:1. Получены оценки величины фотоиндуцирован-ного дихроизма в транс-НПА на временных диапазонах 0.1-10 пс и 0.1-1 нс. Из сопоставления экспериментальных данных с моделью поляризуемости сопряженных цепей транс-ПА в основном и низшем возбужденном состоянии следует, что возбужденные -электроны делокализованы вдоль сопряженных цепей на временных шкалах

0.1-10 пс и 0.1-1 нс, а на миллисекундных временах — локализованы на нескольких длинах углерод-углеродных связей.

7. В рамках центросимметричной трехуровневой системы построена модель квадратичного эффекта Штарка, связывающая спектр электропоглощения (ЭП) либо с первой, либо со второй производными спектра линейного поглощения. Показано, что отношение энергетического зазора между возбужденными состояниями противоположной симметрии Д к однородной ширине линии Г определяет профиль спектра ЭП, так при он приблизительно пропорционален первой производной (штарковский сдвиг), а при Д/Г<1 — второй производной (штарковское уширение) и квадрату модуля ди-польного момента перехода между возбужденными состояниями. В модели учтены эффекты неоднородного уширения и вибронной структуры возбужденных состояний.

8. Впервые исследованы спектры ЭП НПА: измерения проведены на неориентированных пленках НПА в спектральном диапазоне 1.5-2.5 эВ при температурах ~90 и 300 К и напряженности приложенного электрического поля до 50кВ/см, а также для скрещенных и параллельных поляризаций пробного пучка и приложенного поля. Получено, что спектры ЭП пропорциональны второй производной спектра линейного поглощения, а анизотропия индуцированного полем поглощения в цепи ПА превышает отношение 10:1. Показано, что механизмом ЭП в НПА в спектральной области выше края фундаментального поглощения НПА является квадратичный эффект Штарка, при этом колебательные мультиплеты возбужденных состояний различной симметрии Ад и Ви перекрываются (вырождены), а дипольный момент перехода составляет

9. Предложена качественная нелинейная модель электронно-колебательной когерентности валентных колебаний углерод-углеродных связей в упорядоченных цепях транс-полиацетилена. Модель объясняет наблюдаемые аномалии в отклике спонтанного комбинационного рассеяния света транс-НПА (высокое сечения рассеяния, высокое отношение интенсивностей антистоксовых компонент к сток-совым, интенсивные обертона и комбинационные частоты при нерезонансном возбуждении), несовместимые с общепринятой теорией этого явления, как проявление долгоживущей мезоскопической когерентности в сильно нелинейной и упорядоченной системе.

Основные ВЫВОДЫ диссертации заключаются в следующем:

1. Нанополиацетилен является уникальной формой полиацетилена, которая по своей упорядоченности и низкому содержанию дефектов качественно отличается от всех других известных сопряженных полимеров. Нанополиацетилен — перспективный материал нового поколения для фотоники и областей с ней связанных, благодаря наличию делокализованной -сопряженной системы с сильным электронно-колебательным взаимодействием.

2. Предложенная модель мезоскопической электронно-колебательной когерентности в цепях полиацетилена — по-видимому, важный шаг на пути к созданию материалов с макроскопическими когерентными свойствами электронно-колебательной природы.

3. Разработанный метод высокочувствительной поляриметрии позволяет измерять параметры слабой анизотропии фотоиндуцирован-ного оптического отклика макроскопически изотропных образцов сопряженных полимеров и получать оценки степени делокализации фотовозбужденных 7г-электронов.

4. Развитая модель квадратичного эффекта Штарка, связывающая спектр электропоглощения с производными спектра оптического поглощения, выступает ценным инструментом для анализа спектра состояний сопряженных молекул и полимеров.

5. Метод лазерной гиперзвуковой спектроскопии, основанный на анализе формы сверхкороткого акустического импульса, может давать информацию о пространственно-временной динамике фотовозбужденной электронно-дырочной плазмы в полупроводниках.

6. Отражательная поляризационная спектроскопия с высоким временным разрешением по методу «возбуждение—зондирование» может служить эффективным инструментом для исследования анизотропных свойств припоповерхностных слоев полупроводников.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ

1. Руилова-Завгородний В. А., Паращук Д. Ю., Гвоздкова И. А. Метод «возбуждение—зондирование» в высокочувствительной поляри-метрии: измерение поворота поляризации, эллиптичности и деполяризации // ПТЭ. - 2003. - Т. 46, № 6. - С. 100-106.

2. Pan X. Y., ChigarevN. V., Jiang H. В., Huang W. Т., Gong Q., Liu С L, Kobryanskii V. M., Paraschuk D. Yu. Wavelength dependence of ultrafast and large third-order non-linear optical response of polyacetylene nanoparticles. // Chem. Phys. Lett. - 2002. - Vol. 365, no. 1-2. -Pp. 117-121.

3. Chigarev N. V., Pan X. Y., Gong Q., Paraschuk D. Yu., Kobryanskii V. M. Transient photoinduced anisotropy of absorption in nanopolyacetylene. // Opt. Commun. - 2002. — Vol. 209, no. 4-6. -Pp. 363-367.

4. Чигарев H. В., Паращук Д. Ю., Пан Ю. С, Гусев В. Э. Лазерная гиперзвуковая спектроскопия монокристалла германия // ЖЭТФ. — 2002. - Т. 121, № 3. - С. 728-738.

5. Чигарев Н. В., Паращук Д. Ю. Субнаносекундный оптоакустический отклик германия в постоянном электрическом поле // Квантовая электроника. - 2002. - Т. 32, № 1. - С. 76-78.

6. Паращук Д. Ю., Головнин И. В., Смехова А. Г., Кобрянский В. М. Аномально высокое сечение комбинационного рассеяния углерод-углеродных колебаний в транс-нанополиацетилене // Письма в ЖЭТФ. - 2002. - Т. 76, № 9. - С. 669-672.

7. Ruilova-Zavgorodniy V. A., Chigarev N. V., Paraschuk D. Yu. Highly sensitive polarimetry. // Proc. SPIE. — 2002. — Vol. 4750. -Pp. 141-147.

8. Chigarev N. V., Ruilova-Zavgorodniy V. A., Paraschuk D. Yu., Kobryanskii V. M. Photothermal probing Ag states of trans-nanopolyacetylene in its transparency range // Proc. SPIE. — 2002. - Vol. 4748. - Pp. 398-400.

9. Chigarev N. V., Paraschuk D. Yu. Laser hypersound spectroscopy in Si and GaAs. // Proc. SPIE. - 2002. - Vol. 4749. - Pp. 167-171.

10. Paraschuk D. Yu., Kobryanskii V. M. Coherent electron-lattice vibrations in imns-nanopolyacetylene probed by Raman scattering // Phys. Rev. Lett. - 2001. - Vol. 87, no. 20. - Pp. 207402:1-4.

11. Golovnin I. V., Paraschuk D. Yu., Pan X. Y., Chigarev N. V., Knize R. J., Zhdanov B. V., Kobryanskii V. M. Probing of the 2Ag state in nanopolyacetylene on the time scale from femtoseconds to milliseconds. // Synth. Met. - 2001. - Vol. 116, no. 1-3. - Pp. 53-56.

12. Паращук Д. Ю., Кобрянский В. М. Синхронные электронно-ядерные колебания в 7г-сопряженной цепи нанополиацетилена // Письма в ЖЭТФ. - 2001. - Т. 73, № 3. - С. 171-175.

13. Chigarev N. V., Ruilova-Zavgorodnii V. A., Paraschuk D. Yu., Kobryanskii V. М. Highly sensitive cw and transient polarization spectroscopy of photoexcited states in nanopolyacetylene. // Proc. SPIE. - 2001. - Vol. 4429. - Pp. 144-147.

14. Kulakov T. A., Paraschuk D. Yu. First and second derivative analysis of electroabsorption spectra in conjugated molecules and polymers: Stark shift and Stark broadening. // Chem. Phys. Lett. - 2000. — Vol. 325, no. 5-6.-Pp. 517-522.

15. Chigarev N. V., Paraschuk D. Yu., Pan X. Y., Gusev V. E. Coherent phonon emission in the supersonic expansion of photoexcited electron-hole plasma in Ge. // Phys. Rev. B: Condens. Matter. — 2000. -Vol. 61, no. 23. - Pp. 15837-15840.

16. Руилова-Завгородний В. А., Паращук Д. Ю., Кобрянский В. М. Локализация долгоживущих состояний в транс-полиацетилене: зондирование методом фотоиндуцированной поляриметрии // Письма в ЖЭТФ. - 2000. - Т. 72, № 5. - С. 371-376.

17. Kobryanskii V. М., Paraschuk D. Yu., Shchegolikhin A. N., Kuptsov A. N., Me/nik N. N. Raman spectroscopy in nanopolyacetylene. // Proc. SP/E. - 2000. — Vol. 4098. — Pp. 182-191.

18. Чигарев Н. В., Паращук Д. Ю., Пан Ю. С. Разделение оптического и акустического вкладов в методе фотодефлекционной спектроскопии полупроводников // Изв. РАН, сер. физическая. — 2000. — Т. 64, № 12. - С. 2443-2447.

19. Gusev V. Е., Wright О. В., Paraschuk D. Idealized limiting models for semiconductor energy gap depth-profiling with picosecond optoacoustics. // Photoacoustic and Photothermal Phenomena. Tenth International Conference, Rome, Italy, 23-27, Aug. 1998.— AIP. American Institute of Physics, Conference Proceedings, no. 463, 1999. — Pp. 506-508.

20. Рокицкий Р. И., ПаращукД. Ю., Кулаков Т. А., Кобрянский В. М. Долгоживущие электронно-деформационные возбуждения в цепи полиацетилена — спектр фотовозбуждения // Письма в ЖЭТФ. — 1998. - Т. 67, № 10. - С. 765-770.

21. Чигарев Н. В., Недопекин О. Ю., Пан Ю. С, Паращук Д. Ю. Радиочастотная техника синхронного приема в двойной модуляцией для лазеров сверхкоротких импульсов // /773. — 1998. — Т. 41, № 4. — С. 111-115.

22. Paraschuk D. Yu., Kulakov Т. A., Nedopekin О. Yu., Chigarev N. V., Pan X. Y. Shot-noise-limited radio-frequency lock-in photodetection with a continuous wave mode-locked laser. // Rev. Sci. Instrum. — 1997. — Vol. 68, no. 11.- Pp. 3989-3991.

23. Paraschuk D. Yu., Kulakov T. A., Rokitskii R. I., Kobryanskii V. M. Electroabsorption spectroscopy of trans-cis blend of highly ordered polyacetylene. // Synth. Met— 1997.— Vol. 84, no. 1-3.-Pp. 949-950.

24. Paraschuk D. Yu., Kobryanskii V. M., Shchegolikhin A. N., Arnautov S. A. Thermochromism, Raman activity, and electroabsorption in highly ordered trans- and ds-polyacetylene. // Synth. Met. — 1997. - Vol. 84, no. 1-3. - Pp. 371-372.

25. Паращук Д. (О., Чигарев Н. В. Измерения с предельной чувствительностью малых поперечных смещений пучка квазинепрерывного лазера с синхронизацией мед // Оптика и спектроскопия.— 1997.— Т. 82, № 6. - С. 908-912.

26. Paraschuk D. Yu., Arnautov S. A., Shchegolikhin A. N., Kobryanskii V. M. Temperature evolution of electronic and lattice configurations in highly ordered trans-polyacetylene. // Письма в ЖЭТФ. - 1996. - Т. 64, № 9. - С. 613-617.

27. Paraschuk D. Yu., Kulakov Т. A., Rokitskii R. I., Kobryanskii V. M. Photoinduced and electroabsorption spectroscopy studies of a highly stable form of trans-polyacetylene. // Proc. SPIE.— 1996.— Vol. 2801.- Pp. 235-238.

28. Paraschuk D. Yu., Kulakov T. A., Nedopekin O. Yu., Chigarev N. V., Pan X. Y., Avanesyan S. M. Precise photodetection with shot-noise-limit sensitivity for picosecond laser measurements: detection of small surface

gradients with photodeflection technique. // Proc. SP/E. — 1996. — Vol. 2799. - Pp. 392-396.

29. Laptev G. D., Chigarev N. V., Golovnin I. V., Paraschuk D. Yu. Depolarization degree of diode-pumped single frequency monolithic ring Nd3+:YAG laser. // Proc. SPIE. - 1996. - Vol. 2799. - Pp. 397-399.

30. ПаращукД. Ю., Лаптев Г. Д., Чигарев Н. В., ГоловнинИ. В., Чир-кин А. С. Степень деполяризации излучения одночастотного кольцевого монолитного YAG^-лазера с диодной накачкой // Квантовая электроника. - 1996. - Т. 23, № 3. - С. 231-232.

31. Paraschuk D. Yu., Kulakov Т. A., Nedopekin О. Yu., Chigarev N. V., Avanesyan S. M., Gusev V. E. Photodeflection picosecond technique with shot-noise-limited sensitivity: probing of sound generation and propagation in semiconductor plate // First Ultrasonics World Congress, Berlin. Proceedings. Part 1. - 1995. - Pp. 229-232.

32. Paraschuk D. Yu., Kulakov T. A., Kobryanskii V. M. Photoinduced steady-state spectroscopy of a highly stable soluble polyacetylene blend: neutral soliton states and thermal effects. // Synth. Met— 1995. — Vol. 71, no. 1-3.- Pp. 1715-1716.

33. ПаращукД. Ю., ЧиркинА. С. Прецизионные поляризаторы и анализаторы лазерного излучения на нелинейно-оптических кристаллах // Измерительная техника. — 1995. — Т. 38, № 5. — С. 26-28.

34. Zheludev N. /., Popov S. V., Svirko Yu. P., Malinowski A., Paraschuk D. Yu. Observation of time-nonreversible optical interaction with zinc-blende semiconductors. // Phys. Rev. B: Condens. Matter. — 1994. - Vol. 50, no. 16. - Pp. 11508-11513.

35. Paraschuk D. Yu., Kulakov T. A., Kobryanskii V. M. Photoinduced neutral solitons up to room temperature in soluble trans-polyacetylene. // Phys. Rev. B: Condens. Matter. — 1994. — Vol. 50, no. 2. - Pp. 907-913.

36. Malinowski A., Paraschuk D., Popov S. V., Zheludev N. I. Transient optical excitation breaks time-reversibility in GaAs and InSb crystals. // J. Lumin. - 1994. - Vol. 58, no. 1-6. - Pp. 244-247.

37. Paraschuk D. Yu., Chirkin A. S. Ultimate potentialities of laser precise polarimetry: application of high-precision nonlinear-optical polarization

devices and polarization-squeezed states of light. // Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Physics. — 1994. — Vol. 58, suppl., no. 2. — Pp. 63-69.

38. Чиркин А. С, Орлов А. А., ПаращукД. Ю. Квантовая теория двух-модового взаимодействия в оптически-анизотропных средах с кубической нелинейностью, генерация квадратурно-сжатого и поляриза-ционно-сжатого света // Квантовая электроника. — 1993. — Т. 20, № 10. - С. 999-1005.

39. Paraschuk D. Yu., Zheludev N. I., Gusev V. E. Physical mechanisms of light-induced polarization effects 'on reflection' in GaAs. // Proc. SPIE. - 1993. - Vol. 1856. - Pp. 220-228.

40. КобрянскийВ. М., Кулаков Т. А., ПаращукД. Ю. Оптически индуцированные солитонные возбуждения в растворимом полиацетилене // Письма в ЖЭТФ. - 1993. - Т. 57, № 9. - С. 530-533.

41. Paraschuk D. Yu., Zaitseva N. P., Zheludev N. I. Nonlinear frequency converters as sources and detectors of polarized light with linear polarization degree of 109. // Proc. SPIE.- 1 992.- Vol. 1841.-Pp. 148-155.

42. Желудев Н. И., Зотов А. В., Ковригин А. И., ПаращукД. Ю. Исследование характеристик RAC-n-UP лазера // Квантовая электроника. - 1991. - Т. 18, № 6. - С. 723-726.

43. Желудев Н. И., ПаращукД. Ю. Эффекты пространственной дисперсии первого порядка при отражении пикосекундных импульсов света от горячей электронно-дырочной плазмы арсенида галлия // Обращение волнового фронта лазерного излучения в нелинейных средах. / Под ред. А. С. Рубанова. — Минск, 1990. - С. 377-380.

44. Желудев Н. И., ПаращукД. Ю. Пространственная дисперсия первого порядка в горячей электронно- дырочной плазме арсенида галлия: поляризационная диагностика с пикосекундным временным разрешением // Письма в ЖЭТФ. - 1990. - Т. 52, № 1. - С. 683-686.

01. оц

Подписано в печать 17.02.2005 Объем 2.25 усл.пл. Тираж 120 экз. Заказ № 176 Отпечатано в ООО «Соцветие красок» 119992 г-Москва, Ленинские горы, д.1 Главное здание МГУ, к.102

2 2 № Т,% ^

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1 МЕТОДЫ ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ОПТИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ ДЛЯ НЕЛИНЕЙНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ

1.1 Высокочувствительная поляриметрия.

1.1.1 Методы модуляционной поляриметрии

1.1.2 Оптические преобразователи частоты как высокоэффективные поляризаторы и анализаторы лазерного излучения

1.1.3 Возможности поляризационно-сжатых состояний.

1.2 Фотодефлекционный метод измерений малых смещений поверхности твердого тела

1.2.1 Фотодефлекционный сигнал, не связанный со смещением поверхности

1.3 Спектроскопия фотоиндуцированного поглощения.

1.3.1 Тепловые и интерференционные эффекты.

1.3.2 Спектроскопия фотовозбуждения.

1.4 Спектроскопия электропоглощения

3.1 Экспериментальные условия и параметры исследуемых образцов . 97

3.2 Экспериментальные результаты: симметрийные, интенсивностные и временные закономерности .98

3.3 Интерпретация отражательного поляризационного эффекта в GaAs . . . 104

3.3.1 Параметры фотоиндуцированной ЭДП .104

3.3.2 Модель нелокального оптического отклика.105

3.3.3 Электрооптические эффекты в приповерхностном поле GaAs . . 108

3.3.4 Акустоиндуцированные эффекты .109

3.4 Обсуждение.110

3.4.1 Модель нелокального отклика.110

3.4.2 Электрооптический эффект.113

Заключение к Главе 3.115

Глава 4 ПИКОСЕКУНДНАЯ ОПТОАКУСТИЧЕСКАЯ

СПЕКТРОСКОПИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ 117

Введение.117

4.1 Диагностика динамики фотовозбужденной электронно-дырочной плазмы (обзор).123

4.2 Модель лазерного возбуждения и распространения гиперзвуковых акустических импульсов в полупроводниках.130

4.2.1 Механизмы лазерного возбуждения сверхкоротких акустических импульсов.130

4.2.2 Особенности распространения гиперзвука в кристаллах.137

4.2.3 Анализ процессов поверхностного фотовозбуждения.139

4.2.4 Диагностика расширения электронно-дырочной плазмы оптоаку-стическим методом .141

4.3 Экспериментальные результаты .144

4.3.1 Образцы и условия эксперимента.144

4.3.2 Эксперименты с монокристаллом Ge .146

4.3.3 Сравнение эффективностей механизмов возбуждения звука в Ge: эксперименты с образцом Al-Ge.153

4.3.4 Измерение дефлекционных сигналов от фотовозбужденной поверхности Ge и вблизи нее.157

4.3.5 Эксперименты с монокристаллами Si и GaAs .160

4.3.6 Эксперименты с монокристаллом Ge в постоянном электрическом поле.163

4.3.7 Основные экспериментальные результаты.165

4.4 Анализ результатов и их обсуждение.167

4.4.1 Методика компьютерного моделирования профилей и спектров импульсов гиперзвука.167

4.4.2 Дифракция и поглощение гиперзвуковых импульсов .170

4.4.3 Результаты моделирования профилей импульсов гиперзвука в

Ge, Si и GaAs.171

4.4.4 Анализ экспериментов с образцом Ge, покрытым диэлектрическим зеркалом .180

4.4.5 Возбуждение и распространение импульсов гиперзвука в Ge в присутствии внешнего электрического поля .183

4.4.6 Сверхзвуковое расширение электронно-дырочной плазмы в Ge . 185 Заключение к Главе 4 .188

Глава 5 НЕЛИНЕЙНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ

НАНОПОЛИАЦЕТИЛЕНА 190

5.1 Структура и свойства полиацетилена.190

5.1.1 Полимерная цепь полиацетилена.190

5.1.2 Полиацетилены и нанополиацетилен .193

5.1.3 Образцы нанополиацетилена.195

5.1.4 Солитоны в транс-полиацетилене.196

5.2 Исследование полиацетилена методами нелинейной спектроскопии (обзор) .199

5.2.1 Спектроскопия фотоиндуцированного поглощения.199

5.2.2 Спектроскопия электропоглощения.203

5.3 Спектроскопия фотоиндуцированного поглощения.207

5.3.1 Экспериментальные данные .207

5.3.2 Идентификация фотоиндуцированных пиков.212

5.3.3 Спектроскопия фотовозбуждения.217

5.3.4 Эксперименты с субпикосекундным временным разрешением . . 224

5.3.5 Основные результаты.227

5.4 Поляриметрия фотоиндуцированных состояний .228

5.4.1 Поляриметрия с модуляцией фотовозбуждения в миллисекундном диапазоне.230

5.4.2 Поляриметрия с высоким временным разрешением.236

5.4.3 Основные результаты.242

5.5 Спектроскопия электропоглощения .243

5.5.1 Экспериментальные данные .243

5.5.2 Модель квадратичного эффекта Штарка.248

5.5.3 Анализ и обсуждение результатов .256

5.5.4 Основные результаты.260

5.6 Спектроскопия комбинационного рассеяния света валентных углерод-углеродных колебаний.261

5.6.1 Перестройка основного состояния с температурой .261

5.6.2 Аномально высокое сечение комбинационного рассеяния углерод-углеродных колебаний.267

5.6.3 Модель когерентных электронно-решеточных колебаний в упорядоченных цепях транс-полиацетилена.272

5.6.4 Основные результаты.281

5.7 Оценки нелинейной восприимчивости и поляризуемости нанополиаце-тилена.282

Заключение к Главе 5.287

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.289

Приложение. Параметры монокристаллов Ge, Si и GaAs.295

Авторский список литературы.296

Список литературы.302

ВВЕДЕНИЕ

Развитие методов высокочувствительных нелинейно-оптических измерений обычно приводит к появлению более мощных спектроскопических методов (см., например, [1]). При этом часто уровень чувствительности определяет спектр явлений и процессов, доступных экспериментальному наблюдению. В частности, методы высокочувствительной поляриметрии рассматривались в свое время как весьма перспективные для регистрации слабых эффектов несохранения четности в атомных переходах [2]. Вместе с тем, эти методы могут служить тонким инструментом исследования деталей строения конденсированных сред —с их помощью удается извлекать ценную информацию, зачастую недоступную другим методам,— о скрытой анизотропии, особенностях энергетического спектра состояний, путях преобразования и релаксации энергии фотовозбуждения. Действительно, полное описание состояния поляризации света в общем случае требует четырех параметров, например параметров Стокса, и каждый из этих параметров в принципе может служить источником спектроскопической информации.

В поляриметрии со стабилизированными непрерывными лазерами уже сравнительно давно удалось достичь предела чувствительности к малому повороту азимута (плоскости) поляризации; определяемого дробовыми флуктуациями фототока [3]. В тоже время, особый интерес представляет поляриметрия с временным разрешением в пикосекундном и фемтосекундном диапазоне — именно там разворачиваются фундаментальные процессы преобразования оптической энергии в возбуждения различных подсистем конденсированной среды. Однако достижение предельной чувствительности здесь — более сложная задача. В 80-х годах в пикосекундной поляриметрии была достигнута чувствительность к углу поворота азимута поляризации пробного пучка около 1 мрад, что позволило провести ряд уникальных поляризационных экспериментов по исследованию объемного нелинейного оптического отклика в кристаллах [4]. Вместе с тем, такая чувствительность слишком мала для наблюдения поляризационных эффектов от поверхности и в тех случаях, где длина оптического взаимодействия волн не превышает длины волны света. Поэтому существенная методическая часть настоящей работы (§ 1.1) была мотивирована исследованием возможностей поляриметрии, как с точки зрения предельной чувствительности измерений с высоким временным разрешением, так и расширения числа измеряемых величин, в частности степени эллиптичности и деполяризации. В настоящей работе впервые реализован метод высокочувствительной поляриметрии с пикосекундным разрешением во времени, позволяющий добиться чувствительности на уровне дробовых шумов фототока. Последние определяют стандартный квантовой предел, который в принципе может быть обойден при использовании поляризационно-сжатых состояний света (см. раздел 1.1.3).

С другой стороны, возможность детектировать малые изменения оптической мощности пробного пучка с высоким временным разрешением позволяет реализовать оптическую регистрацию малых смещений поверхности твердого тела, вызванных акустическими волнами, возбуждаемыми сверхкороткими лазерными импульсами. С фундаментальной точки зрения взаимодействие сверхкоротких акустических импульсов с конденсированными средами позволяет исследовать процессы в предельно широкой полосе частот вплоть до терагерцового диапазона как в фононной подсистеме среды, так и разнообразные явления, где существенна роль взаимодействия фононной и электронной подсистем. Действительно, в последнее время большое внимание уделяется исследованию возможностей сверхкоротких упругих импульсов для диагностики как традиционных объектов исследования — металлов и полупроводников, так и разнообразных новых материалов — наноструктур, сверхпроводников, проводящих полимеров и т.д. Гиперзвуковая область частот в конденсированных средах связана с рядом фундаментальных явлений, существенных для акустоэлектроники, оптоаку-стики, магнитоакустики [5]. Более того, продвижение вверх по частотам звука приближает нас к «рабочей» области частот таких зарекомендовавших себя методов, как спектроскопия спонтанного комбинационного рассеяния света и спектроскопия рассеяния Мандельштама—Бриллюэна, а также развиваемых в последнее время методам терагерцовой спектроскопии. Отметим, что пространственное разрешение акустических методов очевидно растет с сокращением длительности упругого импульса, давая возможность исследовать наноструктурированные объекты.

В пикосекундной оптоакустике одной из ключевых проблем оказывается разработка адекватных методов измерения длительности и формы сверхкоротких акустических импульсов, то есть гиперзвуковых импульсов. Если в ультразвуковом диапазоне частот до ста мегагерц методы измерения параметров акустических импульсов хорошо разработаны (см. например, [6]) и широко используются на практике, то самая верхняя часть ультразвукового диапазона (0.1-1 ГГц) и гиперзвуковой диапазон (>1ГГц) остаются труднодоступными. Имеются в виду измерения амплитуд и фаз акустических волн в широкой полосе частот с точностью, достаточной для проведения адекватного спектроскопического анализа. Достоинства оптических методов возбуждения и регистрации акустических волн: бесконтактность, высокое пространственное разрешение, возможность использования корреляционных методов с временным разрешением на уровне длительности используемых лазерных импульсов. В данной работе заметное место уделено разработке высокочувствительного метода лазерной гиперзвуковой спектроскопии, позволяющего измерять смещения поверхности образца на уровне 1 пм (§ 1.2 и 2.3).

В настоящее время подробно изучен термоупругий механизм фотовозбуждения акустических волн, в значительно меньшей степени известны другие, нетепловые механизмы оптоакустического преобразования, в частности электронно-деформационный. Последний механизм включается «мгновенно» — при возбуждении электронно-дырочной пары в конденсированной среде. В 80-е годы он был исследован в кова-лентных полупроводниках на наносекундной временной шкале. Согласно имеющейся теории, в основном разработанной В.Э. Гусевым, фронт концентрации движущейся электронно-дырочной плазмы в полупроводнике является эффективным источником акустических волн. Исследованию такого механизма фотовозбуждения звука в монокристаллах Ge, Si и GaAs на пикосекундной временной шкале уделено особое внимание в настоящей работе (Глава 4). Разработанный в данной работе метод гиперзвуковой спектроскопии позволил дать ответ на вопрос, давно дискутируемый в физике твердого тела, который может быть сформулирован следующим образом: возможно ли направленное движение плазмы электронов и дырок в твердом теле со сверхзвуковой скоростью?

Объектами исследований в настоящей работе были два типа материалов: классические полупроводники (Ge, Si, GaAs) и химически простейший 7г-сопряженный полимер—полиацетилен (.—СН=СН—СН=.„, (СН)Х). Классические полупроводники, как хорошо изученные и характеризованные, могут служить прекрасными тестовыми объектами для апробации и отладки спектроскопических методов, развиваемых в настоящей работе. Здесь мы имеем в виду отражательную пикосекундную поляризационную спектроскопию (Глава 3), выполненную в основном с монокристаллом GaAs, и лазерную гиперзвуковую спектроскопию (Глава 4).

Сопряженные полимеры — сравнительно новые объекты, сочетающие в себе привлекательные механические и технологические свойства полимеров с важными электронными свойствами полупроводников. Система сопряженных связей 7г-электронов — основной источник полупроводниковых свойств сопряженных полимеров. Термин «сопряженная связь» означает, что pz орбиталь каждого 7г-электрона атома углерода перекрывается с орбиталями соседних 7г-электронов. В результате электронное облако оказывается делокализованным на десятки, а иногда и сотни, межатомных расстояний (периодов цепи), что, как подчеркивалось еще на заре нелинейной оптики, должно приводить к гигантским оптическим нелинейностям [7]. Другим важным свойством, коренным образом отличающим сопряженные полимеры от традиционных неорганических объектов, является сильная анизотропия свойств —проводимости, оптического поглощения, нелинейности и т.д. — как естественное следствие почти одномерной динамики 7г-электронов.

В настоящее время в области сопряженных полимеров работают тысячи исследователей. Среди недавних ярких демонстраций в этой области отметим разработку высокоэффективных светодиодов [8] и полимерных чипов на основе 7г-сопряженных молекул [9]. Ведутся активные исследования по созданию широкоформатных дисплеев и солнечных фотоэлементов на основе сопряженных полимеров, нелинейно-оптических материалов, обсуждается возможности разработки лазеров на пленках сопряженных полимеров (см., например, [10]). В то же время, понимание основных физических механизмов, ответственных за ключевые электронные свойства сопряженных полимеров, явно недостаточно. Прежде всего речь идет о структуре основного состояния в сопряженных полимерах и свойствах элементарных возбуждений, ответственных за транспорт заряда, энергии и спина, а также механизмы нелинейного оптического отклика.

Первые пленки проводящего полиацетилена (ПА) были синтезированы в 70-х годах японским химиком Ширакавой, а с 1978 г. начались активные его исследования в связи с обнаружением металлической проводимости в допированных пленках ПА. Несмотря на то, что исследованию ПА посвящено несколько тысяч экспериментальных и теоретических работ на протяжение последних 25 лет, природа основного и первых возбужденных состояний в транс-изомере ПА остается загадкой. При этом признается, что электронно-решеточные взаимодействия в транс-ПА играют исключительно важную роль [11]. Например, вырожденность основного состояния цепочки транс-ПА предполагает возможность возникновения солитонов [12, 13] - электронно-деформационных возбуждений, двигающихся с скоростью порядка звуковой. Причем, согласно имеющимся теоретическим представлениям, спиновые и зарядовые степени свободы в солитонах разделены (ср. с электроном или поляроном). Считается, что именно солитоны доминируют в формировании нелинейного оптического отклика цепи транс-ПА [14] и ответственны за перенос заряда в легированных образцах [11]. Однако, по нашему мнению, вопрос о существовании солитонов в сопряженных полимерах в экспериментальном плане остается открытым. Основные проблемы в области сопряженных полимеров — беспорядок и дефекты, которые существенно модифицируют свойства реальных образцов в сравнении с имеющимися теоретическими моделями. Тем более, как хорошо известно, с понижением размерности системы роль дефектов существенно возрастает. Вместе с тем, отметим, что в ПА продемонстрирована металлическая проводимость [15] и рекордно высокий нелинейно оптический отклик [16].

В настоящей работе впервые подробно исследована наиболее высокоупорядочен-пая форма ПА из известных — нано-ПА (НПА), первые образцы которой были синтезированы Кобрянским В.М. в Институте Химической Физики РАН в конце 80-х годов. НПА представляет собой паночастицы ПА, диспергированные в прозрачной полимерной матрице. Существенно, что сопряженные цепи в наночастицах сравнительно хорошо организованы — они характеризуются узким распределением длин и малой концентрацией дефектов сопряжения. Прежде всего НПА отличается от других типов ПА и большинства других сопряженных полимеров резким краем оптического поглощения с тонкой структурой и исключительно высокой долговременной стабильностью. Для исследования НПА нами были применены методы спектроскопии фотоиндуцированного поглощения, электропоглощения, спонтанного комбинационного рассеяния света и ряд других (Глава 5). Оказалось, что часть свойств, которые раньше были отнесены к свойствам цепей транс-ПА, например «заряженные солито-ны», связаны с дефектами. Вместе с тем, наши исследования методом спектроскопии КРС показали, что упорядоченность НПА дает новые уникальных свойства, которые раньше не наблюдались. Природа этих свойств, на наш взгляд, связана с сильным электронно-колебательным взаимодействием в 7г-сопряженных цепях транс-ПА.

Диссертация состоит из Введения, пяти глав, Заключения, Приложения и двух списков литературы, включающих работы автора (45 ссылок) и другие работы (273 ссылки); работа содержит 89 рисунков и 9 таблиц. Главы 3, 4 и 5 в начале содержат вводный раздел, в конце каждой главы приведено заключение.

Основные ВЫВОДЫ диссертации заключаются в следующем:

1. Нанополиацетилен является уникальной формой полиацетилена, которая по своей упорядоченности и низкому содержанию дефектов качественно отличается от всех других известных сопряженных полимеров. Нанополиацетилен — перспективный материал нового поколения для фотоники и областей с ней связанных, благодаря наличию делокализованной 7г-сопряженной системы с сильным электронно-колебательным взаимодействием.

2. Предложенная модель мезоскопической электронно-колебательной когерентности в цепях полиацетилена — по-видимому, важный шаг на пути к созданию материалов с макроскопическими когерентными свойствами электронно-колебательной природы.

3. Разработанный метод высокочувствительной поляриметрии позволяет измерять параметры слабой анизотропии фотоиндуцированного оптического отклика макроскопически изотропных образцов сопряженных полимеров и получать оценки степени делокализации фотовозбужденных 7г-электронов.

4. Развитая модель квадратичного эффекта Штарка, связывающая спектр электропоглощения с производными спектра оптического поглощения, выступает ценным инструментом для анализа спектра состояний 7г-сопряженных молекул и полимеров.

5. Метод лазерной гиперзвуковой спектроскопии, основанный на анализе формы сверхкороткого акустического импульса, может давать информацию о пространственно-временной динамике фотовозбужденной электронно-дырочной плазмы в полупроводниках.

6. Отражательная поляризационная спектроскопия с высоким временным разрешением по методу «возбуждение—зондирование» может служить эффективным инструментом для исследования анизотропных свойств припоповерхностных слоев полупроводников.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Сверхчувствительная лазерная спектроскопия. Пер. с англ. / Под ред. Д. Клай-джера. — М.: Мир, 1986. — 520 с.

2. Алексеев В. А., Зельдович Б. Ю., Собельман И. И. Об эффектах несохранения четности в атомах // УФН. — 1976. Т. 118, № 3. - С. 385-408.

3. Запасский В. С. Методы высокочуствительных поляриметрических исследований // ЖПС. 1982. - Т. 37, № 2. - С. 181-196.

4. Желудев Н. И. Поляризационная нелинейная оптика самовоздействия и взаимодействия линейно-поляризованнных волн: Дис. докт. физ.-мат. наук: 01.04.05.— Физический факультет МГУ, Москва, 1992.— 431 с.

5. Такер Дж., Рэмптон. В. Гиперзвук в твердых телах. — М.: Мир, 1975. — 453 с.

6. Там Э. Фотоакустика: спектроскопия и другие применения // Сверхчувствительная лазерная спектроскопия. Пер. с англ. / Под ред. Д. Клайджера. — М.: Мир, 1986. С. 13-137.

7. Дюкуэнг Д. Оптические нелинейности сопряженных одномерных систем // Нелинейная спектроскопия. Пер. с англ. / Под ред. Н. Бломбергена. — М.: Мир, 1979. С. 369-389.

8. Crone В., Dodabalapur A., Lin Y. Y., FilasR. W., BaoZ., LaDucaA., Sarpeshkar R., Katz H. E., Lin W. Large-scale complementary integrated circuits based on organic transistors // Nature. 2000. - Vol. 403, no. 6769. - Pp. 521-523.

9. Wegmann G., Giessen H., Greiner A., Mahrt R. F. Laser emission from a solid conjugated polymer: gain tunability, and coherence 11 Phys. Rev. В: Condens. Matter. 1998. - Vol. 57, no. 8. - Pp. R4218-R4221.

10. Heeger A. J., Kivelson S., Schrieffer J. R., Su W. P. Solitons in conducting polymers 11 Rev. Mod. Phys. 1988. - Vol. 60, no. 3. - Pp. 781-850.

11. Бразовский С. А. Электронные возбуждения в состоянии Пайерлса—Фрелиха // Письма в ЖЭТФ. 1978. - Т. 28, № 10. - С. 656-660.

12. Su W. P., Schrieffer J. R., Heeger A. J. Solitons in polyacetylene 11 Phys. Rev. Lett. 1979. - Vol. 42, no. 25. - Pp. 1698-1701.

13. Hagler T. W., Heeger A. J. Soliton-antisoliton configurations and the linear and nonlinear-optical response of degenerate-ground-state conjugated polymers 11 Phys. Rev. B: Condens. Matter. 1994.- Vol. 49, no. 11. - Pp. 7313-7336.

14. Chiang С. K., Fincher C. R. J., Park Y. W., Heeger A. J., Shirakawa H., Louis E. J., Gau S. C., MacDiarmid A. G. Electrical conductivity in doped polyacetylene 11 Phys. Rev. Lett. 1977,- Vol. 39, no. 17,- Pp. 1098-1101.

15. Halvorson C., Hagler T. W., Moses D., Cao Y., Heeger A. J. Conjugated polymers with degenerate ground-state — the route to high-performance 3rd-order nonlinear optical-response 11 Chem. Phys. Lett. 1992. - Vol. 200, no. 4. - Pp. 364-368.

16. Кардона M. Модуляционная спектроскопия. Пер. с англ. — М.: Мир., 1972. — 416 с.

17. Birich G. N., Bogdanov Yu. V., Kanorskii S. I., Sobelman I. I., Sorokin V. N., Struk I. I., Yukov E. A. Precision laser spectropolarimetry 11 Journal of Russian Laser Research. 1994. - Vol. 15, no. 6. - Pp. 455-76.

18. Желудев H. И., Свирко Ю. П. Нелинейная поляризационная спектроскопия полупроводников. В сер.: Итоги науки и техники. Современные проблемы лазерной физики. / Под ред. С. А. Ахманова, Н. И. Желудева. — М.: ВИНИТИ, 1990. — С. 82-183.

19. Zeug A., Rtickmann I., Roder В. Picosecond transient dichroism and birefringence spectroscopy on pheophorbide — a molecules in solution. //J. Opt. B: Quantum Semiclass. Opt. 2001. - Vol. 3, no. 2. - Pp. S251-S258.

20. Pfeffer N., Charra FNunzi J. M. Phase and frequency resolution of picosecond optical kerr nonlinearities // Opt. Lett. 1991.- Vol. 16, no. 24,- Pp. 1987-1989.

21. Желудев H. И., Салтиел С., Янков П. Генераторы второй гармоники новый класс поляризаторов и анализаторов света // Квантовая электроника. — 1987. — Т. 14, № 7,- С. 1495-1500.

22. Saltiel S. М., Yankov P. D., Zheludev N. I. Second harmonic generation as a method for polarizing and analyzing laser light // Appl. Phys. B. — 1987. — Vol. 42, no. 3. — Pp. 115-119.

23. Eimerl D. Thermal aspects of high average-power electrooptic switchers // IEEE J. Quantum. Electron. 1987. - Vol. 23, no. 12. - Pp. 2238-2251.

24. Karassiov V. P. Polarization structure of quantum light fields: a new insight. 1. General outlook.-M.: Preprint FIAN 63, 18p., 1992.

25. Розенберг Г. В. Вектор-параметр стокса (Матричные методы учета поляризации излучения в приближении лучевой оптики) // УФН.— 1955.— Т. 56, № 1,— С. 77-110.

26. Tanas R., Keilich S. Quantum fluctuations in the Stokes parameters of light propogating in a Kerr medium // J. Mod. Opt. — 1990. — Vol. 37, no. 12. — Pp.1935-1945.

27. Haus H. A., Bergman К., Shirasaki M. Squeezing of optical pulses in fiber ring // Laser Physics. 1992. - Vol. 2, no. 2. - Pp. 164-171.

28. Bowen W. P., Schnabel R., Bachor H.-A., Lam P. K. Polarization squeezing of continuous variable stokes parameters // Phys. Rev. Lett. — 2002. — Vol. 88, no. 9. — Pp. 093601-4.

29. Josse V., Dantan A., Vernac L., Bramati A., Pinard M., Giacobino E. Polarization squeezing with cold atoms // Phys. Rev. Lett.— 2003.— Vol. 91, no. 10.— Pp. 103601-4.

30. Schnabel R., Bowen W. P., Treps N. Ralph Т. C., Bachor H.-A., Lam P. K. Stokes-operator-squeezed continuous-variable polarization states //Phys. Rev. A.— 2003. Vol. 67, no. 1. - Pp. 012316-11.

31. Fournier D., Boccara A. C. Photothermal displacement spectroscopy: an optical for solids and surfaces // Appl. Phys. 1983. - Vol. A32. — Pp. 141-154.

32. Sontag H., Tam A. C. Optical detection of nanosecond acoustic pulses // IEEE UFFC. 1986. - Vol. 33, no. 5. - Pp. 500-506.

33. Dieulesaint E., Royer D. Probing of acoustic wave surface diplacements // Elastic wave propogation. — North-Holland: Elsevier Science Publishers, 1989.— Pp. 17-32.

34. Справочник no лазерам. — M.: Сов. Радио, 1978.— Т. 2. — 400 с.

35. Пан С. Ю. Лазерная гиперзвуковая спектроскопия монокристаллов кремния и германия: Дис. канд. физ. мат. наук: 01.04.21.— Физический факультет МГУ, Москва, 2000. 133 с.

36. Rothenberg I. Е. Observation of the transient expansion of heated surfaces by picosecond photothermal deflection spectroscopy // Opt. Lett. — 1988. — Vol. 13. — Pp. 713-715.

37. Aspnes D. E., Studna A. A. Dielectric functions and optical parameters of Si, Ge, GaP, GaAs, GaSb, InP, In As, and InSb from 1.5 to 6.0 eV // Phys. Rev. B: Condens. Matter. 1982. - Vol. 27, no. 2. - Pp. 985-1009.

38. Зеленый В. П., Карабутов А. А., Мусаев М. А., Османов С. Ф. Формирование фотоакустического сигнала в поглощающей среде при наличии на поверхности прозрачной пленки // Акустический журнал. — 1992. — Т. 38, № 1. — С. 53-58.

39. Phillips S. D., Worland R„ Yu G., Hagler Т., Freedman R., Cao Y., Yoon V., Chiang J., Walker W. C., Heeger A. J. Electroabsorption of polyacetylene // Phys. Rev. B: Condens. Matter. 1989. - Vol. 40, no. 14. - Pp. 9751-9759.

40. Чигарев H. В. Высокочувствительная пикосекундная оптоакустическая и поляризационная спектроскопия конденсированных сред: Дис. канд. физ.-мат. наук: 01.04.21.— Физический факультет МГУ, Москва, 1998.— 157 с.

41. Ахманов С. А., Довченко Д. Н., Желудев Н. И., Симонов А. В. Перестраиваемые пико- и фемтосекундные лазерные источники на базе волоконных ВКР конверторов // Квантовая электроника. — 1989.— Т. 16, № 4.— С. 649-651.

42. Дианов Е. М., Мамашев П. В., Прохоров А. М. Нелинейная волоконная оптика (обзор) // Квантовая электроника. — 1988. — Т. 15, № 1. — С. 5-29.

43. Stolen R. Н., Lee CtJ Jain R. К. Development of stimulated Raman generation in single mode silica fibers 11 J. Opt. Soc. Am. B: Opt. Phys. — 1984. — Vol. 1, no. 4. — Pp. 652-657.

44. Ахманов С. А., Выслоух В. А., Чиркин А. С. Оптика фемтосекундных световых импульсов. — Наука: М., 1988.— 310 с.

45. Александровский А. Л., Ахманов С. А., Дьяков В. А., Желудев Н. И., Прял-кин В. И. Эффективные нелинейно-оптические преобразователи на кристаллах калий-титанил-фосфата // Квантовая электроника. — 1985. — Т. 12, № 7. — С. 1333-1334.

46. Головнин И. В., Жданов Б. В., Кравцов И. В., Ковригин А. И., Лаптев Г. Д., Наний О. Е., Макаров А. А., Фирсов В. В. Флуктуации излучения кольцевых чип-лазеров на YAG:Nd // Квантовая электроника. — 1993.— Т. 20, № П.— С. 1063-1067.

47. Ахманов С. А., Дьяков Ю. Е., Чиркин А. С. Введение в статистическую радиофизику и оптику, — М.: Наука, 1981.— 640 с.

48. Зверев Г. М., Голяев 10. Д. Лазеры на кристаллах и их применение. — М.: Радио и связь, 1994.- 312 с.

49. Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях: Пер. с англ. М.: Мир, 1983. - Т. 2. - С. 5.

50. Vanexter М., Lagendijk A. Converting an am radio into a high-frequency lock-in amplifier in a stimulated Raman experiment 11 Rev. Sci. Instrum. — 1986. — Vol. 57, no. 3. Pp. 390-392.

51. Scott J. L. Digital lock-in amplifiers minimize noise and distortion 11 Laser Focus World. 1991. - Vol. 27, no. 12. - P. 111.

52. Andor L., Lorinica A., Siemion J., Smith D. P., Rice S. A. Shot-noise-limited detection scheme for two-beam laser spectroscopies 11 Rev. Sci. Instrum. — 1984. — Vol. 55, no. 1.- Pp. 64-67.

53. Bado P., Wilson S. В., Wilson K. R. Multiple modulation for optical pump-probe spectroscopy // Rev. Sci. Instrum. 1982. - Vol. 53, no. 5. - Pp. 706-707.

54. Аксененко M. Д., Бараночников M. Л. I/ Приемники оптического излучения. — М.: Радио и связь, 1987. — С. 55-56.

55. Sontag H., Tarn А. С. Optical detection of photoacoustic pulses in thin silicon wafers // Can. J. Phys. 1986. - Vol. 64, no. 9. - Pp. 1330-1333.

56. Руилова-Завгородний В. А. Поляризационная спектроскопия фотоиндуцирован-ных состояний нанополиацетилена: Дипломная работа. — Физический факультет МГУ, Москва, 1999. 34 с.

57. Кулаков Т. А. Спектроскопия фотоиндуцированного поглощения и электропоглощения высокоупорядоченного полиацетилена: Дис. канд. физ.-мат. наук: 01.04.21.— Физический факультет МГУ, Москва, 1997.— 150 с.

58. Kuwata М. Optical- nonlinearities in the exciton resonance region studied by polarization spectroscopy // J. Lumin. — 1987. — Vol. 38, no. 1-6. — Pp. 247-249.

59. Голубков А. А., Макаров В. А. Граничные условия для электромагнитного поля на поверхности сред со слабой пространственной дисперсией // УФН. — 1995. — Т. 165, № 3. С. 339-346.

60. Лукьянов А. Ю., Новиков М. А. Об отражении света от границы киральной гиротропной среды // Письма в ЖЭТФ. 1990. - Т. 51, № 11. - С. 591-593.

61. Bungay A. R., Svirko Yu. P., Zheludev N. I. Experimental observation of specular optical activity 11 Phys. Rev. Lett. 1993. - Vol. 70, no. 20. - Pp. 3039-3042.

62. Kostov Z. M., Zheludev N. I. Intensity-dependent change of polarization of light normally reflected from a (100) GaAs surface (nonlinear-optical activity on reflection) // Opt. Lett. 1988. - Vol. 13, no. 8. - Pp. 640-642.

63. Ахманов С. А., Желудев H. И., Задоян Р. С. Пикосекундная спектроскопия нелинейной оптической активности и нелинейного поглощения в арсениде галлия // ЖЭТФ. 1986. - Т. 91, № 3(9). - С. 984-1000.

64. Aspnes D. Е., Studna A. A. Chemical etching and cleaning procedures for Si, Ge, and some III-V compound semiconductors 11 Appl. Phys. Lett. — 1981.— Vol. 39, no. 4,- Pp. 316-318.

65. Дитрих Т., Чеченин H. Г. Образование структур, пятен, кратеров и волн на поверхности GaP при импульсном лазерном воздействии // ЖТФ. — 1988. — Т. 56, № 8. С. 1537-1538.

66. Кашкаров П. Н., Киселев В. Ф. Нетермические процессы в полупроводниках при лазерном облучении // Изв АН СССР, сер физ. — 1986. — Т. 50, № 3. — С. 435-439.

67. Володин Б. JI., Емельянов В. И. Лазерная накачка дислокаций и механизм анизотропного плавления поверхности полупроводников // Квантовая электроника. 1990. - Т. 17, № 5. - С. 648-650.

68. Rosenthal W. Band-to-band Auger processes at high carrier concentration 11 Solid State Commun. 1973.- Vol. 13, no. 8.- Pp. 1215-1218.

69. Mc Lean D. G., Roe M. G., D'Sousa A. I., Wigen P. E. Picosecond recombination of charged carriers in GaAs 11 Appl. Phys. Lett. — 1986. — Vol. 48, no. 15. — Pp. 992-993.

70. Hoffman C. A., Jarasiunas K., Gerritsen H. J., Nurmikko A. V. Measurement of surface recombination velocity in semiconductors by diffraction from picosecond transient free-carrier gratings 11 Appl. Phys. Lett. — 1978. — Vol. 33, no. 6. — Pp. 536-538.

71. Auston D. H., Shank С. V. Picosecond ellipsometry of transient electron-hole plasma in germanium // Phys. Rev. Lett. 1974,- Vol. 32, no. 20. - Pp. 1120-1123.78. van Driel H. M. Physics of pulsed laser processing of semiconductors. — 1984. — Pp. 57-94.

72. Electronic archive. New Semiconductor Materials. Characteristics and Properties. — http://www.ioffe.rssi.ru/SVA/NSM/: Ioffe Physico-Technical Institute.

73. Ландау Л. Д., Лившиц Е. М. Электродинамика сплошных сред. — М.: Наука, 1992. Т. VII. - 664 с.

74. Физическая энциклопедия / Под ред. А. М. Прохорова. — М.: Советская Энциклопедия, 1988. Т. 1. - С. 491.

75. Конуэлл Э. Кинетические свойства полупроводников в сильных электрических полях. М.: Мир, 1970. - 384 с.

76. Min L., Miller D. R. J. Picosecond elctro-optic sampling of electron-hole vertical transport in surface space charge fields // Chem. Phys. Lett. — 1989.— Vol. 163, no. 1. Pp. 55-60.

77. Zhou X., Hsiang T. Y., Miller R. J. D. Monte Carlo study of photogenerated carrier transport in GaAs surface space-charge fields // J. Appl. Phys. — 1989. — Vol. 66, no. 7. Pp. 3066-3073.

78. Бонч-Бруевич В. Л., Калашников С. Г. Физика полупроводников. — М.: Наука, 1990. 688 с.

79. Смит Р. Полупроводники. Пер. с англ. — М.: Мир, 1982. — 558 с.

80. Сиротин 10. И., Шаскольская М. П. Основы кристаллофизики. — М.: Наука, 1979. 639 с.

81. Koda Т., Murahashi Т., Mitani Т., Sakoda S., Onodera Y. Effect of uniaxial stress on excitons in CuCl // Physical Review. 1972. - Vol. B5, no. 2. - Pp. 705-718.

82. Bungay A. R., Kugler N., Zheludev N. I. Specular optical activity in GaAs // Phys. Lett. A. 1993.-Vol. 174, no. 4.- Pp. 335-338.

83. Lew Yan Voon L. C., Fainstein A., Etchegoin P., Santos P., Cardona M. Comment on "Observation of time-nonreversible optical interaction with zinc-blende semiconductors" // Phys. Rev. B: Condens. Matter. — 1995. — Vol. 52, no. 3. — Pp. 2201-2202.

84. Blank R., Haug H. Quasiclassical approximation and dynamical renormalizations of the energy bands in highly excited bulk semiconductors // Phys. Rev. B: Condens. Matter. 1991. - Vol. 44, no. 19. - Pp. 10513-10520.

85. Bungay A. R., Popov S. V., Svirko Yu. P., Zheludev N. I. Time-non-invariant linear birefringence and dichroism due to spin-orbit interaction // Chem. Phys. Lett. — 1994. Vol. 217, no. 3. - Pp. 249-253.

86. Valdmanis J. A., Mourou G. A., Gabel C. W. Picosecond electro-optic sampling system // Appl. Phys'. Lett. 1982.- Vol. 41, no. 3.- Pp. 211-212.

87. Weingarten K. J., Rodwell M. J. W., Bloom D. M. Picosecond optical sampling of GaAs integrated circuits // IEEE J. Quantum. Electron. — 1988. — Vol. 24, no. 2. — Pp. 198-220.

88. Min L., Miller R. J. D. Subpicosecond reflective electro-optic sampling of electron-hole vertical transport in surface-space-charge fields // Appl. Phys. Lett. — 1990. — Vol. 56, no. 6. Pp. 524-526.

89. Zhang X. С., Ни В. В., Darrow J. Т., Auston D. H. Generation of femtosecond electromagnetic pulses from semiconductor surfaces // Appl. Phys. Lett. — 1990. — Vol. 56, no. 11.- Pp. 1011-1013.

90. Darmo ]., Strasser G., Miiller Т., Bratschitsch R., Unterrainer K. Surface-modified GaAs terahertz plasmon emitter. // Appl. Phys. Lett. — 2002,— Vol. 81, no. 5.— Pp. 871-873.

91. Johnston M. В., Whittaker D. M., Corchia A., Davies A. G., Linfield E. H. Simulation of terahertz generation at semiconductor surfaces. // Phys. Rev. B: Condens. Matter. — 2002. — Vol. 65, no. 16.- Pp. 165301:1-8.

92. Cho G. C., Kiitt W., Kurz H. Subpicosecond time-resolved coherent-phonon oscillations in GaAs // Phys. Rev. Lett. 1990. - Vol. 65, no. 6. - Pp. 764-766.

93. Kuznetsov A. V., Stanton C. J. Coherent phonon oscillations in GaAs. // Phys. Rev. B: Condens. Matter. 1995.- Vol. 51, no. 12.- Pp. 7555-7565.

94. Bungay A. R., Popov S. V., Zheludev N. I., Svirko Yu. P. Specular nonlinear anisotropic polarization effect along fourfold crystal symmetry axes // Opt. Lett. — 1995. Vol. 20, no. 4. - Pp. 356-358.

95. Zheludev N. I., Bennett P. J., Loh H., Popov S. V., Shatwell I. R., Svirko Yu. P., Gusev V. E., Kamalov V. F., Slobodchikov E. V. Cubic optical nonlinearity of free electrons in bulk gold // Opt. Lett. 1995. - Vol. 20, no. 12. - Pp. 1368-1370.

96. Bennett P. J., Albanis V., Svirko Yu. P., Zheludev N. I. Femtosecond cubic optical nonlinearity of thin nickel films. 11 Opt. Lett. — 1999. — Vol. 24, no. 19. — Pp. 1373-1375.

97. Popov S. V., Svirko Yu. P., Zheludev N. I. Pump-probe reflective polarization-sensitive nonlinear optics // J. Opt. Soc. Am. B: Opt. Phys. — 1996. — Vol. 13, no. 12. Pp. 2729-2738.

98. White R. M. Elastic wave generation by electron bombardment or electromagnetic wave absorption // J. Appl. Phys. 1963. - Vol. 34, no. 7. - Pp. 2123-2124.

99. Жаров В. П., Jlemoxoe В. С. Лазерная оптико-акустическая спектроскопия. — М.: Наука, 1984.- 320 с.

100. Thomsen С., Strait J., Vardeny Z., Maris H. J., Tauc J., Hauser J. J. Coherent phonon generation and detection by picosecond light pulses // Phys. Rev. Lett. — 1984. Vol. 53, no. 10. - Pp. 989-992.

101. Sessler G. M., Gerhard-Multhaupt R., West J. E., Seggern H. Optoacoustic generation and electrical detection of subnanosecond acoustic pulses // J. Appl. Phys. 1985. - Vol. 58, no. 1. - Pp. 119-121.

102. Zhu Т. C., Maris H. J., Tauc J. Attenuation of longitudinal-acoustic phonons in amorphous SiC>2 at frequencies up to 440 GHz // Phys. Rev. B: Condens. Matter. — 1991. Vol. 44, no. 9. - Pp. 4281-4289.

103. Maris H. J. Hao H.-Y. Dispersion of the long-wavelength phonons in Ge, GaAs, quartz and sapphire // Phys. Rev. B: Condens. Matter.— 2001.— Vol. 63.— Pp. 224301:1-10.

104. Wright О. В., Kawashima K. Coherent phonon detection from ultrafast surface vibrations // Phys. Rev. Lett. 1992. - Vol. 69. - Pp. 1668-1671.

105. Hurley D. H., Wright О. B. Detection of ultrafast phenomena by use of a modified sagnac interferometer // Opt. Lett. 1999. - Vol. 24, no. 18. - Pp. 1305-1307.

106. Wright О. В., Perrin В., Matsuda 0., Gusev V. E. Ultrafast carrier diffusion in Gallium Arsenide probed with picosecond acoustic pulses // Phys. Rev. B: Condens. Matter. 2001.- Vol. 64, no. 8.- Pp. 081202(R):l-4.

107. Collins L. P., Yu P. Y. Light scattering from nonequilibrium electron-hole plasma excited by picosecond laser pulses in GaAs // Solid State Commun. — 1984. — Vol. 51, no. 3. Pp. 123-126.

108. Tsen К. Т., Sankey 0. F. Expansion of the electron-hole plasma in si: a picosecond time-resolved raman probe // Phys. Rev. B: Condens. Matter. — 1988. — Vol. 37. — Pp. 4321-4324.

109. Greenstein M., Tamor M. A., Wolfe J. P. Time-resolved images of electron-hole droplets produced by intense pulsed-laser excitation of Germanium // Solid State Commun. 1983. - Vol. 45, no. 4. - Pp. 355-359.

110. Tamor M. A., Greenstein M., Wolfe J. P. Time-resolved studies of electron-hole-droplet transport in Ge 11 Phys. Rev. B: Condens. Matter. — 1983. — Vol. 27, no. 12. Pp. 7353-7371.

111. Tamor M. A., Wolfe J. P. Electron-hole droplet transport to near-sonic velocity in Si // Phys. Rev. B: Condens. Matter. 1982. - Vol. 26, no. 10. - Pp. 5743-5755.

112. Кукушкин И. В., Кулаковский В. Д. Разрушение капель электронно-дырочной жидкости в германии в сильном поле неоднородной деформации // ФТТ. — 1983. Т. 25, № 8.- С. 2360-2369.

113. Дьяконов М. И., Субашиев А. В. Сила трения при движении электронно-дырочной капли со скоростью, близкой к скорости звука // ЖЭТФ. — 1978. — Т. 75, № 5(11).- С. 1943-1951.

114. Tsen К. Т., Morkoc Н. Picosecond time-resolved raman studies of the expansion of eletron-hole plasma in GaAs-AljGai-jAs multiple-quantum-well structures // Phys. Rev. B: Condens. Matter. 1986. - Vol. 34, no. 8. - Pp. 6018-6021.

115. Gao W., Gusev V., Glorieux C., Thoen J., Borghs G. Supersonic radiative transport of electron-hole plasma in semiconductors at room temperature studied by laser ultrasonics // Opt. Commun. 1997. - Vol. 143, no. 1-3. - Pp. 19-24.

116. Гусев В. Э. Когерентное акустическое сопротивление движению фронта электронно-дырочной плазмы с околозвуковой скоростью // ФТТ. — 1987. — Т. 29, № 8. С. 2316-2322.

117. Гусев В. Э. Торможение сверхзвукового дрейфа фотовозбужденной электронно-дырочной плазым в процессе вынужденного излучения акустических фононов // ФТТ. 1989. - Т. 31, № 5. - С. 97-104.

118. Гусев В. Э. Нелинейное ограничение когерентных акустических полей противодействующих расширению электронно-дырочной плазмы с околозвуковыми скоростями // Письма в ЖЭТФ. 1987. - Т. 45, № 6. - С. 288-291.

119. Гусев В. Э. О возможностях акустической регистрации быстрого гидродинамического расширения электронно-дырочной плазмы и динамики процесса плавления-рекристаллизации поверхности // Акустический журнал. — 1987. — Т. 33, № 5. С. 863-870.

120. Ахманов С. А., Гусев В. Э. Лазерное возбуждение сверхкоротких акустических импульсов: новые возможности в спектроскопии твердого тела, диагностика бы-стропротекающих процессов и нелинейной акустике // УФН. — 1992. — Т. 162, № 3. С. 5-36.

121. Thomsen С., Grahn И. Т., Maris И. J., Таис J. Surface generation and detection of phonons by picosecond light pulses 11 Phys. Rev. B: Condens. Matter. — 1986. — Vol. 34, no. 6. Pp. 4129-4138.

122. Гусев В. Э., Карабутов А. А. Лазерная оптоакустика. — М.: Наука, 1991. — 304 с.

123. Gallant М. /., van Driel И. М. Infrared reflectivity probing of thermal and spatial properties of laser-generated carriers in Germanium 11 Phys. Rev. B: Condens. Matter. 1982. - Vol. 26, no. 4. - Pp. 2133-2146.

124. Smirl A. L. Dynamics of high-density transient electron-hole plasmas in Germanium // Ultrafast laser spectroscopy / Ed. by R. R. Alfano. — N.-Y.: Academic Press, 1984.- Vol. 1.- Pp. 197-273.

125. Виноградова M. Б., Руденко О. В., Сухорукое А. П. Теория волн. — М.: Наука, 1990. С. 257.

126. Ахманов С. А., Никитин С. Ю. Физическая оптика. — М.: Изд-во МГУ, 1998. — С. 373.

127. Бабичев А. П., Бабушкина Н. А., Братковский А. М., и др. Физические величины. Справочник. — М.: Энергоатомиздат, 1991.— 1232 с.

128. Gerritsen Н. J., Nurmikko А. V., Hoffman С. A., Jarasiunas К. Measurement of surface recombination velocity in semiconductors by diffraction from picosecond transient free-carrier gratings // Appl. Phys. Lett. — 1978. — Vol. 33, no. 6. — Pp. 536-538.

129. Wright О. B. Thickness and sound velocity measuremants in thin transparent films with laser picosecond acoustics // J. Appl. Phys. — 1992.— Vol. 71, no. 4.— Pp. 1617-1629.

130. Tas G., Loomis J. J., Maris H. J., Bailes III A. A., Seiberling L. E. Picosecond ultrasonics study of the modification of interfacial bonding by ion implantation // Appl. Phys. Lett. 1998,- Vol. 72, no. 18.- Pp. 2235-2237.

131. Сапожников О. А. Фокусировка мощных акустических импульсов // Акустический журнал. 1991. - Т. 37, № 4. - С. 760-769.

132. Northrop G. A., Wolfe J. P. Ballistic phonon imaging in Ge // Phys. Rev. B: Condens. Matter. 1980,- Vol. 22, no. 12.- Pp. 6196-6212.

133. Greenstein M., Wolfe J. P. Phonon-wind-induced anisotropy of the electron-hole droplet cloud in Ge // Phys. Rev. B: Condens. Matter. — 1981.— Vol. 24, no. 6.— Pp. 3318-3348.

134. Hauser M. R., Weaver R. L., Wolfe J. P. Internal diffraction of ultrasound in crystals: Phonon focusing at long wavelengths // Phys. Rev. Lett. — 1992. — Vol. 68, no. 17. Pp. 2604-2607.

135. Balsev I. Influence of uniaxial stress on the indirect absorption edge in silicon and germanium // Phys. Rev. 1966. - Vol. 143, no. 2. - Pp. 636-647.

136. Блистанов А. А., Бондаренко В. С., Чкалова В. В., и др. Акустические кристаллы. Справочник / Под ред. М. П. Шаскольской. — М.: Наука, 1982. — 632 с.

137. Давыдов А. С. Теория твердого тела. — М.: Наука, 1976. — 640 с.

138. Коулсон Ч. Валентность : Пер. с англ. — М.: Мир, 1965. — 426 с.

139. Пайерлс Р. Квантовая теория твердых тел: Пер. с англ. — М.: Изд-во иностранной литературы, 1956. — 260 с.

140. Heeger A. J. Polyacetylene: new concepts and new phenomena // Handbook of conducting polymers / Ed. by T. A. Skotheim.— N.-Y.: Marcel Dekker, 1986. — Vol. II. Pp. 729-756.

141. Salem L. The molecular orbital theory of conjugated systems. — N.-Y.: Benjamin, 1966.- 576 pp.

142. Ельяшевич M. А. Атомная и молекулярная спектроскопия, — М.: Физматгиз, 1962. 892 с.

143. Кобрянский В. М. Анализ электронной структуры полиацителена по оптическим спектрам поглощения // Химическая физика.— 1991.— Т. 10, № 4.— С. 572-582.

144. Orenstein J., Baker G. L., Vardeny Z. Photogenerated gap states in polyacetylene // /. Phys. (Paris) Colloq. 1983. - Vol. 44, no. C3.- Pp. 407-412.

145. Townsend P. D., Friend R. H. Photoexcitation in Durham-route polyacetylene: self localization and charge transport 11 Phys. Rev. B: Condens. Matter. — 1989. — Vol. 40, no. 5,- Pp. 3112-3120.

146. Weinberger B. R., Roxlo С. В., Etemad S., Baker G. L., Orenstein J. Optical absorption in polyacetylene: a direct measurement using photothermal deflection spectroscopy // Phys. Rev. Lett. 1984. - Vol. 53, no. 1. - Pp. 86-89.

147. Kobryanskii V. M. Principles of increase of stability of polyacetylene. System analysis, experimental and model // Polym. Degrad. Stab. — 1991. — Vol. 33, no. 3. — Pp. 387-395.

148. Kobryanskii V. M. Compositions of nanopolyacetylene: preparation, structure, optical properties, and fields of usage // Proc. SPIE.- 2000.- Vol. 3937,-Pp. 132-142.

149. Painelli A., Del Freo L., Girlando A., Soos Z. G. Polyacetylene oligomers: 7r-electron fluctuations, vibrational intensities, and soliton confinement // Phys. Rev. B: Condens. Matter. 1999.- Vol. 60, no. 11.- Pp. 8129-8137.

150. Heeger A. J. Nobel lecture: Semiconducting and metallic polymers: the fourth generation of polymeric materials // Rev. Mod. Phys. — 2001.— Vol. 73, no. 3.— Pp. 681-700.

151. Brivio G. P., Mulazzi E. Theoretical analysis of absorption and resonant Raman scattering spectra of trans-(CH)X // Phys. Rev. B: Condens. Matter.— 1984.— Vol. 30, no. 2. Pp. 876-882.

152. Orenstein J. Photoexcitations of conjugated polymers // Handbook of conducting polymers / Ed. by T. A. Skotheim. N.-Y.: Marcel Dekker, 1986.- Vol. II.— Pp.1297-1335.

153. Vardeny Z., Orenstein J., Baker G. L. Photo induced infrared active phonons in frcms-polyacetylene 11 J. Phys. (Paris) Colloq. — 1983. — Vol. 44, no. C3. — Pp. 325-328.

154. Lanzani G., Kanner G., Jeglinski S., Vardeny Z. V. Photomodulation spectroscopy of soluble polyacetylene // Synth. Met. 1992. - Vol. 50, no. 1-3. - Pp. 461-467.

155. Shank С. V., Yen R., Fork R. L., Orenstein J., Baker G. L. Picosecond dynamics of photoexcited gap states in polyacetylene // Phys. Rev. Lett. — 1982.— Vol. 49, no. 22,- Pp. 1660-1663.

156. Lerey С. G., Lang D. V., Etemad S., Baker G. L., Orenstein J. Photogeneration of spins of frans-polyacetylene // Synth. Met. — 1987. — Vol. 17, no. 1-3. — Pp. 569-576.

157. Chance R. R., Bourdeaux D., Bredas J. L., Silvey R. Solitons, polarons and bipolarons in conjugated polymers 11 Handbook of conducting polymers / Ed. by T. A. Skotheim. N.-Y.: Marcel Dekker, 1986. - Vol. II. - Pp. 825-857.

158. Bishop A. R., Campbell D. K., Lomdahl P. S., HorovitzB., Phillpot S. R. Breathers and photoinduced absorption in polyacetylene 11 Phys. Rev. Lett. — 1984. — Vol. 52, no. 8.- Pp. 671-674.

159. Phillpot S. R., Bishop A. R., Horovitz B. Amplitude breathers in conjugated polymers // Phys. Rev. B: Condens. Matter.— 1989,— Vol. 40, no. 3,-Pp. 1839-1855.

160. Adachi S., Kobryanskii V. M., Kobayashi T. Excitation of a breather mode of bound soliton pairs in frans-polyacetylene by sub-five-femtosecond optical pulses 11 Phys. Rev. Lett. 2002. - Vol. 89, no. 2. - Pp. 027401:1-4.

161. Kobayashi Т., Shirakawa A., Matsuzawa H., Nakanishi H. Real-time vibrational mode-coupling associated with ultrafast geometrical relaxation in polydiacetylene induced by sub-5-fs pulses 11 Chem. Phys. Lett. 2000.- Vol. 321, no. 5-6,-Pp. 385-393.

162. Lanzani G., Cerullo G., Zavelani-Rossi M., de Silvestri S. Sub-10 fs time resolved study of excited state relaxation in all-trans-fi-carotene 11 Synth. Met. — 2001.— Vol. 116, no. 1-3,- Pp. 1-3.

163. Lanzani G., Cerullo G., Brabec C., Sariciftci N. S. Time domain investigation of the intrachain vibrational dynamics of a prototypical light-emitting conjugated polymer. // Phys. Rev. Lett. 2003. - Vol. 90, no. 4. - Pp. 047402:1-4.

164. Miranda P. В., Moses D., Heeger A. J., Park Y. W. Excitation spectrum for ultrafast photogeneration of charged solitons in polyacetylene 11 Phys. Rev. B: Condens. Matter. 2002. - Vol. 66, no. 12. - Pp. 125202:1-5.

165. Orenstein J., Vardeny Z., Baker G. L., Eagle G., Etemad S. Mechanism for photogeneration of charge carriers in polyacetylene 11 Phys. Rev. B: Condens. Matter. 1984. - Vol. 30, no. 2. - Pp. 786-794.

166. Келдыш Л. В. О влиянии сильного электрического поля на оптические характеристики непроводящих кристаллов // ЖЭТФ. — 1958. — Т. 34, № 5. — С. 1139-1141.

167. Aspnes D. Е., Rowe J. Е. Resonant nonlinear optical susceptibility: electroreflectance in the low-field limit 11 Phys. Rev. B: Condens. Matter. — 1972. — Vol. 5, no. 19. Pp. 4022-4030.

168. Aspnes D. E. Third-deriviative modulation spectroscopy with low-field electroreflectance // Surf. Sci. 1973. - Vol. 37. - Pp. 418-442.

169. Worland R., Phillips S. D., Walker W. C., Heeger A. J. Electroabsorption and nonlinear optical constants of frans-polyacetylene and poly(3-hexylthiophene) 11 Synth. Met. 1989. - Vol. 28, no. 3. - Pp. D633-D667.

170. Jeglinski S., Vardeny Z. V. Electroabsorption in polydiethynylsilane and soluble trans-(CH)X // Synth. Met. 1992. - Vol. 50, no. 1-3. - Pp. 509-516.

171. Smilowitz L., Sariciftci N. S., Hagler Т., Pakbaz K., Heeger A. J., Kobryanskii V. Photoinduced and electroabsorption spectroscopy of a new, stable and soluble polyacetylene blend // Synth. Met. 1993. - Vol. 55, no. 1. - Pp. 159-164.

172. Hagler T. W., Pakbaz K., Heeger A. J. Polarized electroabsorption spectroscopy of highly ordered poly(2-methoxy, 5-(2'-ethyl-hexoxy)-p-phenylene vinylene) // Phys. Rev. B: Condens. Matter. 1995.- Vol. 51, no. 20.- Pp. 14199-14206.

173. Weiser G. Stark effect of one-dimensional Wannier excitons in polydiacetylene single crystals // Phys. Rev. B: Condens. Matter. — 1992. — Vol. 45, no. 24. — Pp. 14076-14084.

174. Weiser G. Electric field effect on Wannier excitons in polydiacetylenes and their contribution to third-order susceptibility // Synth. Met. — 1992. — Vol. 50, no. 1-3. — Pp. 655-664.

175. Крутий К. В. Спектроскопия фотоиндуцированного поглощения нанополиацети-лена и комплексов полифениленвинилена в ближней инфракрасной области спектра: Дипломная работа. — Физический факультет МГУ, Москва, 2001, — 34 с.

176. Kobayashi Т. Ultrafast relaxation in conjugated polymers with large optical nonlinearity // Synth. Met. 1992. - Vol. 50, no. 1-3. - Pp. 565-581.

177. Kanner G. S., Wei X., Hess В. C., Chen L. R., Vardeny Z. V. Evolution of excitons and polarons in polythiophene from femtoseconds to milliseconds // Phys. Rev. Lett. 1992. - Vol. 69, no. 3. - Pp. 538-541.

178. Kivelson S., Wu C. Photoproduction of neutral soliton pairs in trans-(CH)X // Phys. Rev. B: Condens. Matter. 1986. - Vol. 34, no. 8. - Pp. 5423-5429.

179. Рашба Э. И. Теория сильного взаимодействия электронных возбуждений с колебаниями решетки в молекулярных кристаллах // Оптика и спектроскопия. — 1957,- Т. 2, № 1,- С. 88-98.

180. Baskin J. S., Banares L., Pederson S., Zewail A. H. Femtosecond realtime probing of reaction. Dynamics of twisting, alignment, and IVR in thetrans-stilbene isomerization reaction // J Phys Chem.— 1996.— Vol. 100, no. 29.— Pp. 11920-11933.

181. Sension R. J., Repinec S. Т., Szarka A. Z., Hochstrasser R. M. Femtosecond laser studies of the ds-stilbene photoisomerization reactions // J. Chem. Phys. — 1993. — Vol. 98, no. 8. Pp. 6291-6315.

182. Takeuchi S., Masuda Т., Kobayashi T. Visible to near-infrared femtosecond dynamics of photoexcited gap states in substituted polyacetylenes // J. Chem. Phys. — 1996. Vol. 105, no. 7. - Pp. 2859-2874.

183. Gillbro Т., Andersson P. 0. Photophysics and dynamics of the lowest excited singlet state in long substituted polyenes with implications to the very long-chain limit // J. Chem. Phys. 1995. - Vol. 103, no. 7. - Pp. 2509-2519.

184. Ozaki M., Ehrenfreund E., Benner R. E., Barton T. J., Yoshino K., Vardeny Z. V. Dispersion of resonant Raman scattering in ^-conjugated polymers: role of the even parity excitons // Phys. Rev. Lett. 1997. - Vol. 79, no. 9. - Pp. 1762-1765.

185. Leising G. Anisotropy of the optical constants of pure and metallic polyacetylene // Phys. Rev. B: Condens. Matter. 1988.- Vol. 38, no. 15.- Pp. 10313-10322.

186. Sinclair M., Moses D., Akagi K., Heeger A. J. Anisotropy of the third-order nonlinear-optical susceptibility in a generate-ground-state conjugated polymer: frans-(CH)x // Phys. Rev. B: Condens. Matter.- 1988.— Vol. 38, no. 15.-Pp. 10724-10733.

187. Vardeny Z., Strait J., Moses D., Chung Т. C., Heeger A. J. Picosecond photoinduced dichroism in trans-( CH)X: direct measurement of soliton diffusion 11 Phys. Rev. Lett. 1982. - Vol. 49, no. 22. - Pp. 1657-1660.

188. Rosenberg A., Wiedman D. L., Fitchen D. B. Picosecond dynamics of band-edge photoexcitation in £rans-polyacetylene 11 Phys. Rev. B: Condens. Matter. — 1987. — Vol. 36, no. 11.- Pp. 6235-6238.

189. Hagler T. W. Nonparallel transition dipole-moments and the polarization dependence of electroabsorption in nonoriented conjugated polymer films 11 Chem. Phys. Lett. 1994.- Vol. 218, no. 3.- Pp. 195-199.

190. Friend R. H., Bradley D. D. C., Townsend P. D. Photo-excitation in conjugated polymers. 11 J. Phys. D: Appl. Phys. 1987. - Vol. 20, no. 11. - Pp. 1367-1384.

191. Bourdin E., Davey A., Blau W., Delysse S., Nunzi J. M. Picosecond excited states in poly(aryleneethynylene)s 11 Chem. Phys. Lett. — 1997. — Vol. 275, no. 1-2. — Pp. 103-107.

192. Bursill R. J., Barford W. Electron-lattice relaxation, and soliton structures and their interactions in polyenes 11 Phys. Rev. Lett. — 1999. — Vol. 82, no. 7. — Pp. 1514-1517.

193. Шен И. P. Принципы нелинейной оптики. Пер. с англ. — М.: Мир, 1989. — 560 с.

194. Minoshima К., Taiji М., Kobayashi Т. Femtosecond time-resolved interferometry for the determination of complex nonlinear susceptibility 11 Opt. Lett. — Vol. 16, no. 21.- Pp. 1683-1685.

195. Rohlfing F., Bradley D. D. C. Optical non-linearity in /?-carotene: new insight from electroabsorption spectroscopy 11 Chem. Phys. Lett. — 1997. — Vol. 277, no. 5-6. — Pp. 406-416.

196. Weiser G., Horvath A. Variation with disorder of absorption and electroabsorption spectra of a ^-conjugated polymer: 4BCMU // Chem. Phys. — 1998. — Vol. 227, no. 1-2,- Pp. 153-166.

197. Horvath A., Weiser G., Baker G. L., Etemad S. Influence of disorder on the field-modulated spectra of polydiacetylene films // Phys. Rev. B: Condens. Matter. — 1995. Vol. 51, no. 5. - Pp. 2751-2758.

198. Soos Z. G., Mukhopadhyay D., Hennessy M. H. Stark profiles of singlet excitons in conjugated polymers // Chem. Phys. 1996. - Vol. 210, no. 1-2. - Pp. 249-257.

199. Petelenz P. Electro-absorption spectra of degenerate charge transfer states // Chem. Phys. 1993. - Vol. 171, no. 3. - Pp. 397-405.

200. Poga C., Brown Т. M., Kuzyk M. G., Dirk C. W. Characterization of the excited states of a squaraine .molecule with quadratic electroabsorption spectroscopy // J. Opt. Soc. Am. B: Opt. Phys. 1995. - Vol. 12, no. 4. - Pp. 531-543.

201. Orr B. J., Ward J. F. Perturbation theory of the non-linear optical polarization of an isolated system 11 Mol. Phys. 1971. - Vol. 20, no. 3. - Pp. 513-526.

202. Bloembergen N., Lotem H., Lynch R. T. J. Lineshapes in coherent resonant Raman scattering // Indian J. Pure Appl. Phys. 1978. - Vol. 16, no. 3. - Pp. 151-158.

203. Mukamel S. // Principles of nonlinear optical spectroscopy. — New York: Oxford University Press, 1995. P. 290.

204. Liess M., Jeglinski S., Vardeny Z. V., Ozaki M., Yoshino K., Ding Y, Barton T. Electroabsorption spectroscopy of luminescent and nonluminescent ^-conjugated polymers. 11 Phys. Rev. В: Condens. Matter. — 1997. — Vol. 56, no. 24. — Pp. 15712-15724.

205. Mukhopadhyay D., Soos Z. G. Nonlinear optical and electroabsorption spectra of polydiacetylene crystals and films // J. Chem. Phys. — 1996,— Vol. 104, no. 4.— Pp. 1600-1610.

206. Kohler В. E., Spangler C., Westerfield C. The 2*AS state in the linear polyene 2,4,6,8,10,12,14,16-octadecaoctaene //J. Chem. Phys. 1988,- Vol. 89, no. 9.-Pp. 5422-5428.

207. Halvorson C., Heeger A. J. 2-photon absorption-spectrum of oriented trans-polyacetylene // Chem. Phys. Lett. 1993. - Vol. 216, no. 3-6. - Pp. 488-492.

208. Kajzar F., Etemad S., Baker G. L., Messier J. x® of trans-(CH)X: experimental observation of 2A3 states 11 Synth. Met. 1987.- Vol. 17, no. 1-3. - Pp. 563-567.

209. Сущинский М. М. Спектры комбинационного рассеяния молекул и кристаллов. — М.: Наука, 1969. — 576 с.

210. Займан Дж. 11 Принципы теории твердого тела. — М.: Мир, 1974. — С. 85.

211. Kuzmany Н. Resonance Raman scattering from neutral and doped polyacetylene 11 Phys. Stat. Sol. (b). 1980. - Vol. 97, no. 2. - Pp. 521-531.

212. Harada I., Furukawa Y., Tasumi M., Shirakawa H., Ikeda S. Spectroscopic studies on doped polyacetylene and /?-carotene 11 J. Chem. Phys. — 1980. — Vol. 73, no. 10. — Pp. 4746-4757.

213. Coter F., Vardeny Z. V., Ehrenfreund E., Brafman O. Resonant Raman scattering from amplitude modes in frans-polyacetylene: temperature effects 11 Synth. Met. — 1987. Vol. 17, no. 1-3. - Pp. 331-336.

214. Gussoni M., Castiglioni С., Zerbi G. Vibrational spectroscopy of polyconjugated matrials: polyacetylene and polyenes // Spectroscopy of advanced materials. / Ed. by R. J. H. Clark, R. E. Hester. New-York: Wiley, 1991. - Pp. 251-290.

215. Berrehar J., Fave J. L., Lapersonne C., Schott M., Eckhardt H. Resonance Raman scattering of undoped frans-polyacetylene in the region of the absorption edge // Mol. Cryst. Liq. Crysi. 1985.- Vol. 117, no. 1-4.- Pp. 393-400.

216. Vardeny Z. V., Brafman 0., Ehrenfreund E. Photoinduced absorption and resonant Raman scattering in trans-(CD)x // Mol. Cryst. Liq. Cryst. — 1985.— Vol. 117, no. 1-4. Pp. 355-362.

217. Zheng L. X., Hess'В. C., Benner R. E., Vardeny Z. V., Baker G. L. Resonant Raman-scattering spectroscopy of polydiacetylene films at high-pressure // Phys. Rev. В: Condens. Matter. 1993. - Vol. 47, no. 6. - Pp. 3070-3077.

218. Ehrenfreund E., Vardeny Z., Brafman O., Horovitz B. Amplitude and phase modes in irans-polyacetylene: resonant Raman scattering and induced infrared activity // Phys. Rev. B: Condens. Matter. 1987. - Vol. 36, no. 3. - Pp. 1535-1553.

219. Girlando A., Painelli A., Soos Z. G. Infrared and Raman modes of polyacetylene and its isotopes: transferable coupling constants. // Chem. Phys. Lett. — 1992. — Vol. 198, no. 1-2.- Pp. 9-14.

220. Horovitz B. Infrared activity of Peierls systems and application to polyacetylene // Solid State Commun. 1982. - Vol. 41, no. 10. - Pp. 729-734.

221. Nakahara M., Maki K. Quantum correlations to solitons in polyacetylene // Phys. Rev. B: Condens. Matter. 1982. - Vol. 25, no. 12. - Pp. 7789-7797.

222. Vardeny Z., Ehrenfreund E., Brafman O., Horovitz B. Classification of disorder and exctrinsic order in polymer by resonant Raman scattering // Phys. Rev. Lett. — 1985. Vol. 54, no. 1. - Pp. 75-78.

223. Basiev Т. Т., Sobol A. A., Zverev P. G., Ivleva L. I., Osiko V. V., Powell R. C. Raman spectroscopy of crystals for stimulated Raman scattering // Optical Materials. 1999. - Vol. 11, no. 4. - Pp. 307-314.

224. Горелик В. С., Сущинский М. М. Сечения КРС некоторых монокристаллов // ФТТ. 1970. - Т. 12, № 5. - С. 1475-1478.

225. Кобрянский В. М. Комбинационное рассеяние света композициями низкодефектного транс-нано-полиацетилена //ДАН. — 1998. — Т. 362, № 2. — С. 213-216.

226. Wagner J., Cardona М. Absolute efficiency and dispersion of Raman scattering by phonons in silicon // Solid State Commun. — 1983. — Vol. 48, no. 3. — Pp. 301-303.

227. Лоудон P. Квантовая теория света: Пер. с англ. — М.: Мир, 1976. — 488 с.

228. Lauchlan L., Chen S. P., Etemad S., Kletter M., Heeger A. J., MacDiarmid A. G. Absolute Raman scattering cross sections of trans-(CH)X // Phys. Rev. B: Condens. Matter. 1983. - Vol. 27, no. 4. - Pp. 2301-2307.

229. Albrecht A. C. On the theory of Raman intensities // /. Chem. Phys. — 1961. — Vol. 34, no. 5. Pp. 1476-1484.

230. Rumi M., Zerbi G., Miillen K., Miiller G., Rehahn M. Nonlinear optical and vibrational properties of conjugated polyaromatic molecules // J. Chem. Phys. — 1997. Vol. 106, no. 1. - Pp. 24-34.

231. Hashimoto H., Koyama Y, Mori Y. Mechanism activating the 2^ state in all-£rans-/?-carotene crystal to resonance Raman scattering // Japanese Journal of Applied Physics,Part 2 (Letters). 1997.- Vol. 36, no. 7В,- Pp. L916-L918.

232. Orlandi G., Zerbetto F., Zgierski M. Z. Theoretical analysis of spectra of short polyenes // Chem. Rev. 1991. - Vol. 91, no. 5. - Pp. 867-891.

233. Wang W. Z„ Tinka Gammel J., Bishop A. R., Salkola M. I. Quantum breathers in a nonlinear lattice // Phys. Rev. Lett. — 1996. Vol. 76, no. 19. - Pp. 3598-35601.

234. Wang W. Z., Bishop A. R., Gammel J. Т., Silver R. N. Quantum breathers in electron-phonon systems 11 Phys. Rev. Lett. — 1998. — Vol. 80, no. 15. — Pp. 3284-3287.

235. Vardeny Z. V, Ehrenfreund E., Brafman O., Horovitz B. Resonant Raman scattering from amplitude modes in trans-(CH)x and -(CD).,. // Phys. Rev. Lett. — 1983. Vol. 51, no. 25. - Pp. 2326-2329.

236. Colles M. J., Griffiths J. E. Relative and absolute Raman scattering cross sections in liquids // J. Chem. Phys. 1972. - Vol. 56, no. 7. - Pp. 3384-3391.

237. Torii H. The role of electrical property derivatives in intermolecular vibrational interactions and their effects on vibrational spectra // Vibrational Spectroscopy. — 2002. Vol. 29, no. 1-2. - Pp. 205-209.

238. Kurti J., Kuzmany H. Resonance Raman scattering from finite and infinite polymer chains // Phys. Rev. B: Condens. Matter. 1991. - Vol. 44, no. 2. - Pp. 597-613.

239. Kirtman В., Dykstra С. E., Champagne B. Major intermolecular effects on nonlinear electrical response in a hexatriene model of solid state polyacetylene. 11 Chem. Phys. Lett. 1999. - Vol. 305, no. 1-2. - Pp. 132-138.

240. Friedman J., Hochstrasser R. M. Interference effects in resonance Raman spectroscopy // Chem. Phys. Lett. 1975. - Vol. 32, no. 3. - Pp. 414-419.

241. Lanzani G., Benner R. E., Vardeny Z. V. Picosecond dynamics of nonequilibrium phonons in irans-polyacetylene studied by transient photoinduced resonance Raman scattering. // Solid State Commun. 1997.- Vol. 101, no. 4. — Pp. 295-259.

242. Cerullo G., Lanzani G., Zavelani-Rossi M., De Silvesiri S. Early events of energy relaxation in a\\-trans-/З-carotene following sub-10 fs optical-pulse excitation // Phys. Rev. B: Condens. Matter. 2001.- Vol. 63, no. 24.- Pp. 241104:1-4.

243. Воронов А. В., Петникова В. M., Шувалов В. В. Конденсация колебательного возбуждения и специфика комбинационного рассеяния цепочками сопряженных полимеров // Квантовая Электроника. — 2003. — Т. 33, № 3. — С. 219-225.

244. Owyoung A., Hellwarth R. W., George N. Intensity-induced changes in optical polarization in glasses // Phys. Rev. B. — 1972. — Vol. 5, no. 2. Pp. 628-33.

245. Heiman D., Hellwarth R. W., Hamilton D. S. Raman scattering and nonlinear refractive index measurements of optical glasses // J. Non-Cryst. Solids. — 1979. — Vol. 34, no. 1.- Pp. 63-79.

246. Torrent-Sucarrat M„ Sold M., Duran M., Luis J. M., Kirtman B. Initial convergence of the perturbation series expansion for vibrational nonlinear optical properties // /. Chem. Phys. 2002. - Vol. 116, no. 13. - Pp. 5363-5373.

247. Castiglioni C., Tommasini M., Del Zoppo M. Experimental vibrational contributions to molecular hyperpolarisabilities: Methods and measurements // J. Mol. Struct. 2000. - Vol. 521, no. 1-3. - Pp. 137-155.

248. Del Zoppo M. Vibrational spectroscopy of polyconjugated systems and molecular nonlinear optical responses // Vibrational Spectroscopy. — 2000. — Vol. 24, no. 1. — Pp. 63-73.

249. Brddas J. L., Adant C., Taskx P., Persoons A., Pierce В. M. Third-order nonlinear optical response in organic materials: theoretical and experimental aspects // Chem. Rev. 1994. - Vol. 94, no. 1. - Pp. 243-278.

250. Greene В. I., Orenstein J., Schmitt-Rink S. All-optical nonlinearities in organics 11 Science. 1990. - Vol. 247, no. 4943. - Pp. 679-687.

251. Halvorson C., Hays A., Kraabel В., Wu R. L., Wudl F., Heeger A. J. A 160-femtosecond optical-image processor based on a conjugated polymer // Science. — 1994. — Vol. 265, no. 5176.- Pp. 1215-1216.

252. Halvorson C., Hays A., Kraabel В., Wu R. L., Wudl F., Heeger A. J. 3 presidents reply // Science. - 1995. - Vol. 267, no. 5206. - Pp. 1892-1893.

253. H. Kishida H., Matsuzaki H., Okamoto H., Manabe Т., Yamashita M., Taguchi Y., Tokura Y. Gigantic optical nonlinearity in one-dimensional Mott— Hubbard insulators // Nature. 2000. - Vol. 405, no. 6789. - Pp. 929-932.