Preview

Russian Technological Journal

Расширенный поиск

Дисперсия оптических характеристик кристалла Si:PbGeO в терагерцовом диапазоне

https://doi.org/10.32362/2500-316X-2023-11-3-38-45

Полный текст:

Аннотация

Цели. Успехи лазерной физики последнего десятилетия привели к созданию источников однопериодных электромагнитных импульсов длительностью порядка 1 пс, что соответствует терагерцовому (ТГц) диапазону частот, с амплитудой поля в несколько десятков МВ/см. Это позволило приложить электрическое поле к сегнетоэлектрику без электродов и наблюдать не только возбуждение когерентных фононов, но и сверхбыстрое, в субпикосекундном масштабе времени, динамическое переключение поляризации. Для обнаружения переключения поляризации используется метод накачки-зондирования, где в качестве накачки используется ТГц-импульс, а зонд является оптическим. Мерой переключения поляризации под действием ТГц-импульса служит сигнал второй оптической гармоники, поскольку ее интенсивность пропорциональна квадрату поляризации. Для оценки эффективности переключения требуются как линейные (показатель преломления и коэффициент поглощения), так и нелинейные оптические характеристики (квадратичная и кубичная восприимчивости). Знание линейных оптических характеристик необходимо также для любых применений рассматриваемых кристаллов в ТГц-диапазоне.

Методы. Использована методика ТГц-спектроскопии во временной области, в которой на вещество направляется пикосекундный ТГц-импульс, а регистрируется ТГц-импульс, прошедший через вещество, путем стробирования детектора фемтосекундным оптическим импульсом. Исследование ТГц-индуцированной динамики параметра порядка в сегнетоэлектрике проводилось путем детектирования интенсивности нелинейно-оптического сигнала на частоте второй оптической гармоники.

Результаты. На кристалле германата свинца, легированного кремнием, измерены пропускание ТГц-волны и интенсивность генерации второй гармоники во временной и спектральной областях, на основании чего рассчитаны дисперсия коэффициента поглощения и кубичной нелинейной восприимчивости в диапазоне 0.5-2.0 ТГц. Обнаружено наличие области фундаментального поглощения вблизи фононных мод, а также резонансное усиление кубичной нелинейной восприимчивости для двух фононных мод Ω1 = 1.3 ТГц и Ω2 = 2.0 ТГц.

Выводы. Предложенная методика эффективна для анализа дисперсии оптических характеристик сегнето-электрических кристаллов. Существенно улучшено спектральное разрешение, составляющее в данной работе 0.1 ТГц, а также точность определения нелинейной восприимчивости за счет детального анализа линейного и нелинейного вкладов в интенсивность второй гармоники.

Об авторах

В. Р. Билык
ФГБОУ ВО «МИРЭА - Российский технологический университет»
Россия

Билык Владислав Романович - кандидат физико-математических наук, младший научный сотрудник, кафедра наноэлектроники Института перспективных технологий и индустриального программирования.

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

ResearcherID AAH-4586-2019, Scopus Author ID 57194048515


Конфликт интересов:

Нет



К. А. Брехов
ФГБОУ ВО «МИРЭА - Российский технологический университет»
Россия

Брехов Кирилл Алексеевич - кандидат физико-математических наук, инженер-исследователь, кафедра наноэлектроники Института перспективных технологий и индустриального программирования.

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

ResearcherID Q-1014-2017, Scopus Author ID 55452447100


Конфликт интересов:

Нет



М. Б. Агранат
ФГБУН Объединенный институт высоких температур Российской академии наук
Россия

Агранат Михаил Борисович - доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник.

125412, Москва, ул. Ижорская, д. 13, стр. 2

Scopus Author ID 6602697816


Конфликт интересов:

Нет



Е. Д. Мишина
ФГБОУ ВО «МИРЭА - Российский технологический университет»
Россия

Мишина Елена Дмитриевна – доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией, кафедра наноэлектроники Института перспективных технологий и индустриального программирования.

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

ResearcherID D-6402-2014, Scopus Author ID 7005350309


Конфликт интересов:

Нет



Список литературы

1. Iwasaki H., Sugii K., Yamada T., Niizeki N. 5PbO·3GeO2 Crystal; a new ferroelectric. Appl. Phys. Lett. 1971;18(10):444-445. http://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.1653487

2. Bush A.A., Kamentsev K.E., Mamin R.F. Transformation of dielectric properties and appearance of relaxation behavior in Pb5(Ge1-xSix)3O11 crystals. J. Exp. Theor Phys. 2005;100(1):139-151. http://link.springer.com/10.1134/1.1866206

3. Hosea T.J.C. Raman scattering from soft modes in barium-doped lead germanate. J. Raman Spectrosc. 1990;21(11): 717-724. https://doi.org/10.1002/jrs.1250211104

4. Gorelik V.S., Pyatyshev A.Y. Raman scattering from the effective soft mode in lead germanate crystal. J. Raman Spectrosc. 2020;51(6):969-977. https://doi.org/10.1002/jrs.5854

5. Udina M., Cea T., Benfatto L. Theory of coherent-oscillations generation in terahertz pump-probe spectroscopy: From phonons to electronic collective modes. Phys. Rev. B. 2019;100(16):165131. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.97.214304

6. Melnikov A.A., Boldyrev K.N., Selivanov Y.G., Martovitskii V.P., Chekalin S.V., Ryabov E.A. Coherent phonons in a Bi2Se3 film generated by an intense single-cycle THz puls2e. 3Phys. Rev. B. 2018;97(21):214304. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.97.214304

7. Kozina M., Fechner M., Marsik P., van Driel T., Glownia J.M., Bernhard C., Radovic M., Zhu D., Bonetti S., Staub U., Hoffmann M.C. Terahertz-driven phonon upconversion in SrTiO3. Nat. Phys. 2019;15(4):387-392. https://doi.org/10.1038/3s41567-018-0408-1

8. Salen P., Basini M., Bonetti S., Hebling J., Krasilnikov M., Nikitin A.Y., Shamuilov G., Tibaid Z., Zhaunerchyk V., Goryashko V. Matter manipulation with extreme terahertz light: Progress in the enabling THz technology. Phys. Rep. 2019;836-837:1-74. https://doi.org/10.1016/j.physrep.2019.09.002

9. Bawuah P., Zeitler J.A. Advances in terahertz time-domain spectroscopy of pharmaceutical solids: A review. TrAC Trends Anal. Chem. 2021;139(40):116272. https://doi.org/10.1016/j.trac.2021.116272

10. Ryu H.-C., Kwak M.-H., Kang S.-B., Jeong S.-Y., Paek M.-C., Kang K.-Y., Lee S.-J., Moon S.E., Park S.-O. A dielectric property analysis of ferroelectric thin film using terahertz time-domain spectroscopy. Integr. Ferroelectr. 2007;95(1):83-91. https://doi.org/10.1080/10584580701756573

11. Билык В.Р., Гришунин К.А. Комплексный показатель преломления титаната стронция в терагерцовом диапазоне частот. Russ. Technol. J. 2019;7(4):71-80. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2019-7-4-71-80

12. Bilyk V., Mishina E., Sherstyuk N., BushA., OvchinnikovA., Agranat M. Transient polarization reversal using an intense THz pulse in silicon-doped lead germanate. Phys. Status Solidi (RRL)-RapidRes. Lett. 2021;15(1):2000460. https://doi.org/10.1002/pssr.202000460, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pssr.202000460

13. Lockwood D.J., Hosea T.J., Taylor W. The complete Raman spectrum of paraelectric and ferroelectric lead germanate. J. Phys. C: Solid State Phys. 1980;13(8): 1539. https://doi.org/10.1088/0022-3719/13/8/023

14. Vicario C., Jazbinsek M., OvchinnikovA.V., Chefonov O.V., Ashitkov S.I., Agranat M.B., Hauri C.P. High efficiency THz generation in DSTMS, DAST and OH1 pumped by Cr:forsterite laser. Opt. Express. 2015;23(4):4573-4580. https://doi.org/10.1364/OE.23.004573

15. Ovchinnikov A.V., Chefonov O.V., Agranat M.B., Fortov V.E., Jazbinsek M., Hauri C.P. Generation of strong-field spectrally tunable terahertz pulses. Opt. Express. 2020;28(23):33921-33936. https://doi.org/10.1364/OE.405545, https://opg.optica.org/abstract.cfm?URI=oe-28-23-33921

16. Бломберген Н. Нелинейная оптика: пер. с англ. под ред. С.А. Ахманова и Р В. Хохлова. М.: Мир; 1966. 424 c.


Дополнительные файлы

1. Дисперсия коэффициента поглощения и нелинейной восприимчивости кристалла PGO
Тема
Тип Исследовательские инструменты
Посмотреть (61KB)    
Метаданные
  • На кристалле германата свинца, легированного кремнием, измерены пропускание ТГц волны и интенсивность генерации второй гармоники во временно́й и спектральной областях, на основании чего рассчитаны дисперсия коэффициента поглощения и кубичной нелинейной восприимчивости в диапазоне 0.5–2.0 ТГц.
  • Обнаружено наличие области фундаментального поглощения вблизи фононных мод, а также резонансное усиление кубичной нелинейной восприимчивости для двух фононных мод 1.3 и 2.0 ТГц.
  • Предложенная методика эффективна для анализа дисперсии оптических характеристик сегнетоэлектрических кристаллов. Существенно улучшено спектральное разрешение, составляющее в данной работе 0.1 ТГц, а также точность определения нелинейной восприимчивости за счет детального анализа линейного и нелинейного вкладов в интенсивность второй гармоники.

Рецензия

Для цитирования:


Билык В.Р., Брехов К.А., Агранат М.Б., Мишина Е.Д. Дисперсия оптических характеристик кристалла Si:PbGeO в терагерцовом диапазоне. Russian Technological Journal. 2023;11(3):38-45. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2023-11-3-38-45

For citation:


Bilyk V.R., Brekhov K.A., Agranat M.B., Mishina E.D. Dispersion of optical constants of Si:PbGeO crystal in the terahertz range. Russian Technological Journal. 2023;11(3):38-45. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2023-11-3-38-45

Просмотров: 139


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2782-3210 (Print)
ISSN 2500-316X (Online)