НЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В КАЛИЕВО-АЛЮМОБОРАТНОМ СТЕКЛЕ С НАНОЧАСТИЦАМИ ХЛОРИДА МЕДИ
УДК 535.3 НЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В КАЛИЕВО-АЛЮМОБОРАТНОМ СТЕКЛЕ С НАНОЧАСТИЦАМИ ХЛОРИДА МЕДИ А.А. Ким, П.С. Ширшнев
Представлены экспериментальные результаты исследования нелинейно-оптических свойств калиево-алюмоборатного стекла с нанокристаллами CuCl на длине волны 0,53 и 1,064 мкм. Ключевые слова: хлорид меди, нелинейная оптика.
Развитие технологий создания композитных сред на основе стекла позволяет изменять их оптиче-
ские свойства за счет управляемого роста наночастиц и изменения их концентрации [1]. Стекла с наноча-
стицами CuCl обнаруживают нелинейно-оптический отклик при малых плотностях энергии в диапазоне
от 10-6 до 10-3 Дж/см2 [2]. Целью данной работы является исследование нелинейно-оптических свойств
стекол с нанокристаллами CuCl в наносекундном диапазоне на длинах волн 0,53 и 1,064 мкм.
В экспериментах использовались образцы калиево-алюмоборатного стекла с первоначальным со-
ставом B2O3-Al2O3-K2O с лись термообработке при
добавлением температуре
4C1u22оOС,
NaCl, Sn2O3, в течение 10
Sb2O3, Na3AlF3, NH4PO4. Образцы часов. Термообработка приводит к
подвергаформиро-
ванию в стекле нанокристаллов CuCl. По нашим оценкам, в результате термообработки при данных ус-
ловиях средний размер наночастиц составляет 7–10 нм.
На рисунке представлена зависимость коэффициента пропускания от плотности энергии падаю-
щего излучения в сфокусированном пучке. На зависимости для λ= 0,53 мкм можно выделить две области
с различным наклоном кривой относительно оси абсцисс. Первая часть, более пологая, соответствует
диапазону плотностей энергии от 10-8 до 10-3 Дж/см2. Вторая часть зависимости проявляет более крутой
наклон в диапазоне плотностей энергии от 10-3 до 10-2 Дж/см2. Аналогичную зависимость коэффициента
пропускания от плотности энергии падающего излучения наблюдается для λ= 1,064 мкм в диапазонах
плотностей энергий от 10-7 до 10-3 Дж/см2 и от 10-3 до 10-1 Дж/см2 соответственно. Отметим, что относи-
тельное уменьшение пропускания больше для λ= 0,53 мкм.
Рисунок. Зависимость коэффициента пропускания образцов от плотности энергии падающего излучения на длине волны 0,53 и 1,064 мкм. Длительность лазерного импульса 5 нс: 1 – λ= 0,53 мкм; 2 – λ= 1,064 мкм
Нелинейно-оптический отклик в низкопороговой области, предположительно, формируется в результате самодефокусировки излучения при однофотонной генерации электронов. Фотогенерация электронов в нанокристаллах CuCl происходит с глубоких примесных уровней в запрещенной зоне. Поэтому свободные электроны могут возникать в результате однофотонного примесного поглощения, а также в результате каскадных переходов. Высокопороговая область ограничения вызвана несколькими механизмами: двухфотонным поглощением в среде [3], самодефокусировкой на динамической линзе, возникающей при нагревании стекла и формированием центров окраски [2]. Для λ= 1,064 мкм существенными являются два последних механизма.
1. Dotsenko A.V., Glebov L.B., Tsekhomsky V.A. Physics and Chemistry of Photochromic Glasses // CRC Press LLC, 1998. – Р. 190.
2. Низкопороговый нелинейно-оптический отклик фотохромных стекол с нанокристаллами хлорида меди / Н.В. Никоноров, А.И. Сидоров, В.А. Цехомский // Оптический журнал. – 2008. – Т 75. – № 12. – С. 61–65.
3. Nonlinear absorption and refraction in CuCl at 532 nm / A.A. Said, T. Xia, D.J. E.W. Hagan and Van Stryland // J. Opt. Soc. Am. B. – April 1997. – V. 14. – № 4.
Ким Александр Александрович – СПбГУ ИТМО, аспирант, kimalexandr@yandex.ru; Ширшнев Павел Сергеевич – СПбГУ ИТМО, студент, redshuhart@inbox.ru
Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики, 2010, № 3(67)
127
Представлены экспериментальные результаты исследования нелинейно-оптических свойств калиево-алюмоборатного стекла с нанокристаллами CuCl на длине волны 0,53 и 1,064 мкм. Ключевые слова: хлорид меди, нелинейная оптика.
Развитие технологий создания композитных сред на основе стекла позволяет изменять их оптиче-
ские свойства за счет управляемого роста наночастиц и изменения их концентрации [1]. Стекла с наноча-
стицами CuCl обнаруживают нелинейно-оптический отклик при малых плотностях энергии в диапазоне
от 10-6 до 10-3 Дж/см2 [2]. Целью данной работы является исследование нелинейно-оптических свойств
стекол с нанокристаллами CuCl в наносекундном диапазоне на длинах волн 0,53 и 1,064 мкм.
В экспериментах использовались образцы калиево-алюмоборатного стекла с первоначальным со-
ставом B2O3-Al2O3-K2O с лись термообработке при
добавлением температуре
4C1u22оOС,
NaCl, Sn2O3, в течение 10
Sb2O3, Na3AlF3, NH4PO4. Образцы часов. Термообработка приводит к
подвергаформиро-
ванию в стекле нанокристаллов CuCl. По нашим оценкам, в результате термообработки при данных ус-
ловиях средний размер наночастиц составляет 7–10 нм.
На рисунке представлена зависимость коэффициента пропускания от плотности энергии падаю-
щего излучения в сфокусированном пучке. На зависимости для λ= 0,53 мкм можно выделить две области
с различным наклоном кривой относительно оси абсцисс. Первая часть, более пологая, соответствует
диапазону плотностей энергии от 10-8 до 10-3 Дж/см2. Вторая часть зависимости проявляет более крутой
наклон в диапазоне плотностей энергии от 10-3 до 10-2 Дж/см2. Аналогичную зависимость коэффициента
пропускания от плотности энергии падающего излучения наблюдается для λ= 1,064 мкм в диапазонах
плотностей энергий от 10-7 до 10-3 Дж/см2 и от 10-3 до 10-1 Дж/см2 соответственно. Отметим, что относи-
тельное уменьшение пропускания больше для λ= 0,53 мкм.
Рисунок. Зависимость коэффициента пропускания образцов от плотности энергии падающего излучения на длине волны 0,53 и 1,064 мкм. Длительность лазерного импульса 5 нс: 1 – λ= 0,53 мкм; 2 – λ= 1,064 мкм
Нелинейно-оптический отклик в низкопороговой области, предположительно, формируется в результате самодефокусировки излучения при однофотонной генерации электронов. Фотогенерация электронов в нанокристаллах CuCl происходит с глубоких примесных уровней в запрещенной зоне. Поэтому свободные электроны могут возникать в результате однофотонного примесного поглощения, а также в результате каскадных переходов. Высокопороговая область ограничения вызвана несколькими механизмами: двухфотонным поглощением в среде [3], самодефокусировкой на динамической линзе, возникающей при нагревании стекла и формированием центров окраски [2]. Для λ= 1,064 мкм существенными являются два последних механизма.
1. Dotsenko A.V., Glebov L.B., Tsekhomsky V.A. Physics and Chemistry of Photochromic Glasses // CRC Press LLC, 1998. – Р. 190.
2. Низкопороговый нелинейно-оптический отклик фотохромных стекол с нанокристаллами хлорида меди / Н.В. Никоноров, А.И. Сидоров, В.А. Цехомский // Оптический журнал. – 2008. – Т 75. – № 12. – С. 61–65.
3. Nonlinear absorption and refraction in CuCl at 532 nm / A.A. Said, T. Xia, D.J. E.W. Hagan and Van Stryland // J. Opt. Soc. Am. B. – April 1997. – V. 14. – № 4.
Ким Александр Александрович – СПбГУ ИТМО, аспирант, kimalexandr@yandex.ru; Ширшнев Павел Сергеевич – СПбГУ ИТМО, студент, redshuhart@inbox.ru
Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики, 2010, № 3(67)
127