Теория продольного пространственного распределения интенсивности люминесценции анизотропных кристаллов, возбуждаемой оптическим излучением различной когерентности

Рис 3. Зависимости от расстояния поглощенной мощности и интенсивности люминесценции

Мощность излучения, поглощенного в линейном режиме, т.е. при интенсивностях, далеких от насыщения перехода, не имеет периодических изменений с расстоянием, соответствующих периодическим изменениям состояния поляризации. В то же время для каждой отдельной ориентации дипольных моментов перехода в поглощающих центрах (на рис. 3, справа)такие изменения имеются. Однако при суммировании по всем ориентациям, допускаемым законами симметрии кристаллов, эти изменения взаимно компенсируются, так что полная поглощенная кристаллом мощность не осциллирует в пространстве. Это означает, что периодичность оптического возбуждения квантовых систем в анизотропных кристаллах носит скрытый характер.
Наблюдать такую периодичность удобно люминесцентным методом. Интенсивность люминесцениии на расстоянии К, значительно превышающем размеры кристалла, определяется выражением:

где А — коэффициент Эйнштейна для спонтанного излучения, Т1; — постоянная времени диполь-решеточной релаксации, р — число возможных ориентаций центров, q— весовой множитель для i-той ориентации центров.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе рассмотрены основные характеристики фемтосекундного лазерного излучения и его взаимодействие с центрами люминесценции в анизотропных кристаллах. На основе уравнений Фурье (преобразования Фурье) представлена математическая модель, описывающая динамику пространственно-временных изменений поглощенной мощности и энергии, интенсивность люминесцентного излучения, фотопроводимость и люминесценцию центров окраски в анизотропных кристаллах.
Кристаллические системы, в которых мозаичные главные оси парциальные тензоры линейной электрической восприимчивости в отдельных группах цветовых центров ориентации имеют ориентации, отличные от направления главных осей тензора диэлектрической проницаемости исходного кристалла изучены более подробно. Взаимодействие между поляризованным оптическим излучением и кристаллами имеет явную или неявную пространственно-периметрическую картину. Периодичность возникает при отсутствии интерференции возбуждающего оптического излучения. В случае, когда люминесцентное излучение кристаллы возбуждаются спектрально ограниченными импульсами с гауссовой временной огибающей, пространственная огибающая амплитуды модуляции интенсивности люминесцентного излучения показана в гауссовой форме, ширина которой зависит от длительности импульса.
В общем случае ширина пространственной оболочки определяется временем когерентности и длиной используемого возбуждающего излучения. Показано, что пространственной зависимости интенсивности излучения люминесцентного излучения для изотропных кристаллов отражает мультиполярность квантового переноса, как и в люминесцентных центрах возуждения.
Лазерная методика с длительностью до 10 см является весьма информативной и актуальной, что позволяет использовать расширенные пространственно-периодические структуры или узкие профили концентраций центров окраски, включая отдельные тонкие слои или провалы, которые должны быть сформированы на определенной глубине от поверхности кристалла. Следовательно, интенсивность люминесценции в отличие от поглощенной мощности периодически изменяется с расстоянием (кривая 5 на рис. 3).
Период осцилляций, найденный из совместного решения уравнений движения для координатных компонент дипольного момента и волнового уравнения для произвольного угла между волновым вектором к и оптической осью, равен:

где n - главные показатели преломления кристалла без учета поглощающих центров, Х — диагональные компоненты действительной части тензора электрической восприимчивости поглощающих центров в системе координат, построенной на главных осях тензора диэлектрической проницаемости ε, ω— частота и с — скорость света в вакууме.
Желто-зеленая люминесценция кристаллов А1203, содержащих центры окраски с полосой поглощения 455 нм и известной ориентацией дипольного момента перехода под углом 39 градусов к оси с”, возбуждаемая излучением гелий—кадмиевого лазера (441,3 нм), представляла собой последовательность поперечных направлению возбуждения светящихся слоев. При малых углах j3fc эта последовательность легко наблюдалась визуально, так как период А был достаточно большим, а при k 1 с наблюдение производилось с помощью микроскопа.
Аналогичная картина наблюдалась для синей люминесценции ЦО в MgF2 (полоса поглощения 370 нм), возбуждаемой излучением азотного лазера, а также для желтой и красной люминесценции, возбуждаемой в различных образцах MgF2 излучением гелий-кадмиевого лазера.

Рис. 4. Периодические структуры, наблюдаемые в люминесцентном излучении. Оптическая ось ориентирована по вертикали в плоскости листа/ βк = 0,28 (вверху) и 0,23 рад (внизу)

Двумерные решетки на рис. 4 сформированы на ЦО в A1203. Горизонтальные полосы образованы за счет описанного эффекта самоиндуцирования, а вертикальные — вследствие обычной интерференции. Видно, что изменение угла падения приводит к изменению периода Δ.

ЛИТЕРАТУРА

Иванов А А, Алфимов М В, Желтиков А М Фемтосекундные импульсы в нанофотонике УФН 174 743–763 (2004)
Д. С. Ситников, А. В. Овчинников, С. И. Ашитков, Исследование преплазмы на поверхности мишени железа при воздействии мощных фемтосекундных лазерных импульсов методом интерференционной микроскопии, Квантовая электроника, 50:2 (2020), 179–183 [Quantum Electron., 50:2 (2020), 179–183]
С. В. Чекалин, В. О. Компанец, Е. Д. Залозная, В. П. Кандидов, Влияние дисперсии групповой скорости на фемтосекундную филаментацию бессель-гауссова пучка, Квантовая электроника, 49:4 (2019), 344–349 [Quantum Electron., 49:4 (2019), 344–349]
E. F. Martynovich, Pis'ma Zh. E,ksp. Tekh. Fiz., 49. No. 12, 655 (1989).
E. F. Martynovich, Pis'ma Zh. Tekh. Fiz., 15. No. 11.60 (1989).











2