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 СиС1 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 оптические свойства за счет управляемого роста наночастиц и изменения их концентрации [1]. Стекла с наноча-стицами СиС1 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 СиС1 в наносекундном диапазоне на длинах волн 0,53 и 1,064 мкм.

В экспериментах использовались образцы калиево-алюмоборатного стекла с первоначальным составом В203-А1203-К20 с добавлением Си20, №С1, 8п203, 8Ъ203, №3А№3, КН4Р04. Образцы подвергались термообработке при температуре 412оС в течение 10 часов. Термообработка приводит к формированию в стекле нанокристаллов СиС1. По нашим оценкам, в результате термообработки при данных условиях средний размер наночастиц составляет 7-10 нм.

На рисунке представлена зависимость коэффициента пропускания от плотности энергии падающего излучения в сфокусированном пучке. На зависимости для Х= 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 Х= 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 относительное уменьшение пропускания больше для Х= 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 - Л= 0,53 мкм; 2 - Л= 1,0б4 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 Х= 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. 6i-65.

3. Nonlinear absorption and refraction in CuCl at 532 nm / A.A. Said, T. Xia, D.J. E.W. Hagan and Van Stryl-and // 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