Генерация и детектирование терагерцового излучения при накачке периодически поляризованных кристаллов фемтосекундными лазерными импульсами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.21, кандидат физико-математических наук Ковалев, Сергей Павлович

• Ковалев, Сергей Павлович
• кандидат физико-математических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Ковалев, Сергей Павлович

Содержание

Введение

4

Глава 1. Генерация импульсов терагерцового излучения при накачке периодически поляризованных кристаллов фемто-

секундными лазерными импульсами

1.1. Методы генерации терагерцового излучения

1.2. Оптическое выпрямление фемтосекундных лазерных импульсов

1.3. Метод фемтосекундной накачки-зондирования

1.4. Периодически поляризованные кристаллы ЫИЪО^

1.5. Экспериментальная установка

1.6. Измерение спектров генерации импульсов терагерцового излучения в кристаллах РРЬИ

1.7. Заключение по главе №1

Глава 2. Детектирование импульсов терагерцового излучения при накачке периодически поляризованных кристаллов

фемтосекундными лазерными импульсами

2.1. Методы детектирования терагерцового излучения

2.2. Электро-оптическое детектирование импульсов терагерцового излучения

2.3. Метод эллипсометрии

2.4. Пробно-энергетический подход

2.5. Электро-оптическое детектирование смешанного типа

2.6. Экспериментальная установка

2.7. Детектирование импульсов терагерцового излучения кристаллами ниобата лития с ростовой доменной структурой

2.8. Заключение по главе №2

Глава 3. Измерение дисперсионных характеристик кристаллов ЫЫЬОз и Мд : ЫЫЪОъ в терагерцовом диапазоне

3.1. Спектроскопия рассеяния света на поляритонах

3.2. Частотно-угловые спектры рассеяния света на поляритонах кристаллов ЫМЬОз в терагерцовом диапазоне холостых частот

3.3. Метод трёхволновой интерференции

3.4. Экспериментальная установка для измерения частотно-угловых спектров рассеяния света на поляритонах в терагерцовом диапазоне частот холостого излучения

3.5. Измерение действительной и мнимой части диэлектрической проницаемости кристаллов ЫИЪО^ и Мд : ЫЫЬО^

3.6. Заключение по главе №3

Заключение

Литература

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Генерация и детектирование терагерцового излучения при накачке периодически поляризованных кристаллов фемтосекундными лазерными импульсами»

Введение

Электромагнитное излучение терагерцового диапазона лежит между инфракрасной и СВЧ областями и соответствует частотам от 0.1 ТГц до 10 ТГц. В последнее время исследования в данном диапазоне переживают бурное развитие в связи с многочисленными возможными применениями. Первоначально интерес был вызван проблемами астрофизики и спектроскопии. Спектр излучения чёрного тела при температуре от 4 до 100 К лежит преимущественно в терагерцовом диапазоне. Так как большинство областей вселенной имеет низкую температуру, то терагерцовая спектроскопия является наиболее важной для изучения процессов Большого взрыва, образования и эволюции галактик и планет; более половины светимости вселенной принадлежит данной области частот [1]. Так, например, измерение поляризационного состояния реликтового излучения, лежащего преимущественно в диапазоне 100 - 300 ГГц, позволяет исследовать первичную структуру вселенной, образованную более 14 миллиардов лет назад [2].

Другой важной задачей является характеризация вещества. Колебательные и вращательные моды крупных молекул и их ансамблей лежат в терагерцовом диапазоне. Поэтому терагерцовая спектроскопия может быть использована для определения как самого вещества, так и его структурных модификаций, что особенно важно в медицине и фармакологии. В работе [3] были продемонстрированы на примере гидрохлорида ранитидина возможности терагерцовой спектроскопии для исследований свойств лекарственных средств и определения их полиморфов. В [4, 5] были изучены распространённые лекарственные средства методом импульсной терагерцовой спектроскопии и продемонстрированы преимущества использования данного частотного диапазона при идентификации различных кристаллических и аморфных фаз вещества. Преимущества терагерцовой спектроскопии заключаются в прозрачности многих веществ в данном диапазоне и наличии характерных собственных частот лекарственных, взрывчатых, биологических веществ. Так же, терагерцовое излучение является не ионизирующим (энергия фотона порядка мэВ), что является особенно важным при использовании в системах безопасности и при исследовании органических соединений.

В работах [6, 7] исследовались возможности применения терагерцовой спектроскопии для диагностики биологических молекул, клеток и тканей. Показано, что спектры пропускания биологических объектов, таких как ДНК, РНК, аминокислоты, белки и др., имеют характерные "отпечатки" в данном диапазоне, и могут служить для их анализа. Так как наличие воды уменьшает глубину проникновения терагерцового излучения, в [8] было продемонстрировано увеличение чувствительности при исследовании спектров отражения от биологических объектов. Спектры отражения здоровой ткани и ткани с раковой опухолью имеют существенные отличия в терагер-

цовом диапазоне, поэтому терагерцовые изображения перспективны для диагностики и лечения раковых заболеваний [9].

Согласно закону Эдгольма, требования к широкополосным беспроводным технологиям удваиваются каждые 18 месяцев в течении последних 25 лет. Следовательно, можно предположить, что менее чем через 10 лет требуемая скорость передачи данных в информационных системах составит более 10 ГБ/с. Для достижения таких высоких скоростей необходимо использовать несущую частоту свыше 0.1 ТГц, то есть находящуюся в тера-герцовом диапазоне. Использование терагерцовой несущей частоты имеет такие преимущества, как более широкая частотная полоса, по сравнению с радиочастотами, и более слабое рассеяние, по сравнению с ИК диапазоном. В [10] было продемонстрировано беспроводное соединение на несущей частоте 120 ГГц и на несущей частоте около 350 ГГц в диапазоне от 300 до 400 ГГц. Использование данных частот позволяет реализовать скорости передачи данных порядка 10 Гбит/с.

Взрывчатые и ядовитые вещества имеют специфические спектральные линии в ТГц диапазоне. Поскольку неметаллические и неполярные материалы, такие как полиэтилен, одежда и пр., прозрачны для излучения данного диапазона, и терагерцовое излучение безвредно для живых организмов, то терагерцовая спектроскопия является перспективной в плане использования в системах защиты и безопасности. В работе [11] было продемонстрировано обнаружение скрытого оружия (взрывоопасного, химического и биологического) и наркотических веществ методом терагерцовой спектроскопии. В [12] были продемонстрированы системы удалённого мониторинга радиоактивных веществ, основанные на процессе генерации импульсов те-рагерцового излучения в газах при наличии ионизирующего излучения.

В настоящее время методы генерации и детектирования импульсов терагерцового диапазона, основанные на принципах нелинейной оптики, находятся в ряду наиболее эффективных [13]. Такие свойства, как комнатная температура функционирования, широкий спектральный диапазон, относительно высокая эффективность преобразования, сделали эти методы распространёнными в различных приложениях. Эффективность преобразования импульсов оптического диапазона в терагерцовый во многом зависит от параметров нелинейной среды: длины когерентности, коэффициента поглощения и величины нелинейной восприимчивости. В качестве нелинейных сред для генерации терагерцового излучения рассматривалось множество сред, а именно: монодоменные [14-16] и периодически поляризованные [17, 18] кристаллы ниобата лития, периодически поляризованные кристаллы танталата лития [19], теллурид цинка [20], фосфид галия [21], арсенид галлия [22, 23], селенид галлия [24], ВА8Т [25], полимеры [26], газы [27] и др. Среди различных нелинейных сред, кристаллы ниобата лития продемонстрировали наибольшую эффективность оптико-терагерцово-го преобразования, при накачке фемтосекундными лазерными импульсами

с наклонным волновым фронтом; при этом эффективность преобразования достигала рекордных значений 10~2 [28].

Кристаллы ЫЫЪОз, благодаря таким свойствам как высокая величина нелинейной восприимчивости и большое двулучепреломление, зарекомендовали себя в качестве эффективной среды для использования в приборах нелинейной оптики. Нелинейная восприимчивость кристалла ЫИЪОз более чем на порядок выше, чем у кристаллов ZnTe, СаЛб, которые являются наиболее распространёнными при генерации широкополосных те-рагерцовых импульсов. В лазерных методах генерации и детектирования терагерцового излучения эффективность преобразования зависит от условий фазового синхронизма. Групповая скорость оптического импульса в кристаллах ытоъ (4?0пт) * 1.36 х Ю10 см/с) в два раза больше фазовой скорости терагерцового излучения ^ 6 х 109 см/с). Различие в дан-

ных скоростях приводит к невыполнению условий фазового синхронизма и малой величине длины когерентности 50дм). Поэтому эффективность преобразования в монодоменных кристаллах ниобата лития крайне мала. Для эффективной генерации в кристаллах ЫЫЪОъ существует два подхода: либо использовать неколлинеарный синхронизм, когда терагерцовый импульс генерируется под некоторым углом относительно распространения лазерного импульса [28, 29], либо использовать условия квазисинхронизма [17].

Условия квазисинхронизма заключаются в периодической смене ориентации вектора нелинейной поляризации в кристалле вдоль распространения возбуждающего импульса за счёт изменения направления нелинейной восприимчивости. Впервые квазисинхронная генерация импульсов терагерцового излучения наблюдалась при оптическом выпрямлении фемтосекунд-ных лазерных импульсов в периодически поляризованных кристаллах ниобата лития [РРЬИ) в [30]. Было показано, что в кристаллах РРЬМ имеет место генерация узкополосного терагерцового излучения с возможностью управления частотой как за счёт изменения температуры кристалла, так и за счёт изменения параметров доменной решётки. При этом всегда использовались кристаллы РРЬЫ с доменный структурой, наведённой методом переполяризации внешними электрическими импульсами в послеростовой период [31]. Кристаллы с послеростовой доменной структурой обладают чёткой доменной структурой с разбросом периодов порядка нескольких нанометров. Однако, вследствие большой коэрцитивной силы кристаллов ЬгА^бОз, размеры образца вдоль направления спонтанной поляризации доменов не могут быть более 0.5-0.7 мм. Длина волны терагерцового излучения (1ТГц = 300 мкм) сравнима с толщиной образца, что приводит к большой дифракционной расходимости, и, как было выяснено в диссертационной работе, к уменьшению эффективности детектирования терагерцо-вых импульсов в кристаллах с послеростовой доменной структурой. Кри-

сталлы PPLN с доменной структурой, наведённой в процессе роста, не имеют данного ограничения; поперечные размеры могут достигать нескольких сантиметров. Использование ростовых широкоапертурных кристаллов перспективно в плане дифракционной расходимости, при использовании мощных импульсов накачки, когда дальнейшая фокусировка может разрушить кристалл, и при детектировании. В диссертационной работе исследовались особенности генерации терагерцовых импульсов при оптическом выпрямлении фемтосекундных лазерных импульсов в кристаллах PPLN с ростовой и послеростовой доменной структурах.

Одним из наиболее распространённых методов детектирования тера-герцового излучения является электро-оптическое (ЭО) детектирование. ЭО детектирование основано на нелинейном взаимодействии терагерцово-го поля с фемтосекундным лазерным импульсом. Благодаря простоте метода, высокой чувствительности, комнатной температуре функционирования, широкому спектральному диапазону, данный метод сегодня является доминирующим в импульсной терагерцовой спектроскопии, технике построения изображений в терагерцовых лучах и др. Стандартный метод элек-тро-оптического детектирования, однако, имеет ограничения, связанные с требованиями к симметрии нелинейной среды. В основном, это изотропные среды с симметрией цинковой обманки, ZnTe [32], GaP [33] и подобные. При этом нелинейные кристаллы типа LiNbO^ или DAST с большой квадратичной восприимчивостью малоэффективны для использования в качестве ЭО сенсоров терагерцового излучения. В диссертационной работе был развит новый метод электро-оптического пробно-энергетического детектирования импульсов терагерцового излучения, который снимает ограничения с симметрии нелинейных кристаллов-детекторов [34, 35]. Применение данного метода позволило впервые экспериментально реализовать ЭО детектирование с использованием периодически поляризованных кристаллов ниобата лития [36].

Для управления процессами генерации и детектирования терагерцового излучения необходимо иметь точные данные об оптических свойствах нелинейных сред в данном диапазоне. Для этой цели обычно используются такие методы как Фурье-спектроскопия, спектроскопия когерентного антистоксово рассеяния света (КАРС), терагерцовая временная и частотная спектроскопии. Данные методы основаны на измерении параметров реальных терагерцовых полей, взаимодействующих с исследуемой средой. Так в работе [37] с помощью Фурье спектрометра, при использовании ртутной лампы в качестве источника и охлаждённого болометра - в качестве сенсора терагерцового излучения, были исследованы кристаллы ниобата лития конгруэнтного и стехиометрического состава в диапазоне от 30 до 150 см-1. Главным недостатком Фурье-спектроскопии является использо-

U ??

вание прямых методов генерации и детектирования терагерцового излучения, при которых мощности терагерцового излучения достаточно малы

и существует необходимость использовать гелиевые температуры охлаждения болометров. Данные ограничения сделали метод Фурье-спектроскопии сложным в использовании в терагерцовом диапазоне.

Временная спектроскопия является наиболее распространённым в настоящее время методом исследования сред в терагерцовой области. Данный метод основан на измерении спектров пропускания широкополосного тера-герцового излучения сквозь исследуемый объект; при этом измеряется не мощность прошедшей волы, а амплитуда терагерцового поля во времени, что несёт информацию как о действительной, так и мнимой частях диэлектрической проницаемости. Как правило, в данном методе спектроскопии используются источники и приёмники терагерцового излучения, основанные на оптическом выпрямлении фемтосекундных лазерных импульсов, оптическом пробое в газах или на процессах, происходящих в фотопрово-дящей антенне. В работе [38] продемонстрирован коммерчески доступный спектрометр, основанный на использовании многослойных фотопроводя-щих антенн при накачке фемтосекундными импульсами с длиной волны 1.55 мкм. При использовании в качестве источников и приёмников терагерцового излучения газов, в работе [39] была реализована временная спектроскопия во всем терагерцовом диапазоне от 0.3 до 10 ТГц. Одним из недостатков временной спектроскопии является малое разрешение по частоте 10"3). Для характеризации среды с высоким спектральным разрешением метод терагерцовой спектроскопии в пространстве частот (Frequency-Domain Spectroscopy) является более эффективным. Частотная спектроскопия основана на использовании узкочастотных перестраиваемых терагер-цовых полей. Так в работе [40] при использовании двойной оптической гребёнки спектральное разрешение спектроскопии достигало значений 10~12.

Метод спектроскопии когерентного антистоксово рассеяния света основан на четырёхволновом взаимодействии квазигармонических лазерных импульсов в нелинейной среде. Основное отличие от частотной терагерцовой спектроскопии заключается в том, что терагерцовое излучения генерируется и детектируется в одном и том же кристалле. В работах [41, 42] методом спектроскопии КАРС были исследованы эффекты затухания те-рагерцовых поляритонов в кристалле ниобата лития. Было показано, что дефектная структура кристаллов LiNbOs имеет собственные моды в терагерцовом диапазоне, что проявляется в сильном влиянии качества кристалла на дисперсию действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости. Вследствие чего свойства кристаллов, выращенных из одинаковой начальной композиции, но при разных условиях роста, могут значительно отличаться в терагерцовом диапазоне. Поэтому для использовании кристаллов LiNbOz при генерации и детектировании терагерцового излучения необходимо знать свойства каждого кристалла в отдельности. Для этой цели в данной диссертационной работе исследовались возможности спектроскопии спонтанного параметрического рассеяния в услови-

ях трёхволновой интерференции в терагерцовом диапазоне спектра. Метод спектроскопии спонтанного параметрического рассеяния (СПР) основан на взаимодействии когерентного поля лазерной накачки с нулевыми флуктуациями вакуума в нелинейной среде. Так как нулевые флуктуации не зависят от частоты, то данный метод работает в огромной спектральной области от терагерцового до видимого диапазона. При этом, в отличии от "прямых" методов спектроскопии, метод СПР не требует внешних источников и приёмников терагерцовых полей, работает при комнатной температуре, позволяет исследовать среды в области собственных колебаний, где коэффициент поглощения может быть очень высок 103 см-1), и является достаточно простым в исполнении. До настоящего времени метод СПР эффективно применялся в видимой и ИК области [43-46]. В диссертационной работе данный метод впервые использовался для исследования дисперсии действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости кристаллов ниобата лития конгруэнтного состава номинально чистого и с 5 мол. % примеси Мд в терагерцовом диапазоне спектра.

Целью диссертационной работы являлось:

1. экспериментальное и теоретическое исследование процессов генерации и детектирования импульсов терагерцового излучения, основанных на нелинейно-оптическом преобразовании частоты фемтосекунд-ных лазерных импульсов в кристаллах с регулярной доменной структурой.

2. исследование дисперсионных характеристик кристаллов ЫИЪОз и Мд : ЫЫЬОъ в терагерцовом диапазоне методом рассеяния света на поляритонах и трёхволновой интерференции

В связи с этим решались следующие задачи:

1. Сравнение особенностей генерации терагерцового излучения при преобразовании фемтосекундных лазерных импульсов в кристаллах ниобата лития с регулярной доменной структурой, выращенной в процессе роста и наведённой электрическими импульсами в послеростовой период.

2. Поиск условий реализации квазисинхронного электро-оптического детектирования терагерцовых импульсов.

3. Развитие методов характеризации ростовой доменной структуры в объёме периодически поляризованных кристаллов и исследование возможности перестройки частоты генерации и детектирования импульсов терагерцового излучения.

4. Исследование влияния примеси магния в кристаллах ниобата лития на дисперсию действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости в терагерцовом диапазоне.

Научная новизна диссертационной работы:

1. Экспериментально исследован характер генерации терагерцового излучения при оптическом выпрямлении фемтосекундных лазерных импульсов в кристаллах ниобата лития с ростовой и послеростовой доменной структурой.

2. Разработан и реализован новый метод детектирования импульсов терагерцового излучения, позволивший впервые осуществить электрооптическое детектирование в периодически поляризованных кристаллах.

3. Развит метод фемтосекундной накачки и последующего зондирования для исследования коллинеарной и неколлинеарной генерации те-рагерцовых волн в толще периодически поляризованных кристаллов.

4. Впервые применены методы спектроскопии рассеяния света на по-ляритонах для измерения дисперсионных характеристик нелинейно-оптических сред в терагерцовом диапазоне. Экспериментально реализован метод трёхволновой интерференции при рассеянии света на поляритонах для измерения коэффициента поглощения на терагерцо-вых частотах.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. В процессе электро-оптического детектирования терагерцового излучения при взаимодействии оптического лазерного импульса и терагерцового излучения изменяются не только фазовые, но и амплитудные характеристики лазерного импульса. Электро-оптическое детектирование, основанное на измерении амплитудной модуляции, может функционировать на базе более широкого класса нелинейно-оптических кристаллов.

2. Применение метода электро-оптического детектирования, основанного на амплитудной модуляции, позволяет осуществить детектирование терагерцового излучения в режиме квазисинхронизма в широко-апертурных кристаллах с ростовой доменной структурой.

3. Эффективность генерации импульсов терагерцового излучения в широкоапертурных кристаллах 1У^:У:1л№)Оз с ростовой доменной структурой существенно не отличается от эффективности генерации

в кристаллах 1л1ЧЬ0з с доменной структурой, созданной методом поляризации в пространственно-неоднородном электрическом поле; различие амплитуд терагерцовых полей составляет 7-10% при плотностях мощности импульсов накачки до Ю10 Вт/см2. Однако, эффективность детектирования в кристаллах с ростовой доменной структурой существенно выше вследствие их широкой апертуры.

4. Метод фемтосекундной накачки-зондирования является эффективным средством исследования условий коллинеарных и неколлинеар-ных процессов генерации и детектирования терагерцовых волн в объёме протяженных образцов периодически поляризованных кристаллов.

5. Метод спектроскопии рассеяния света на поляритонах позволяет измерять дисперсию действительной части диэлектрической проницаемости нелинейно-оптических кристаллов в терагерцовом диапазоне. Для измерения дисперсии мнимой части диэлектрической проницаемости в терагерцовом диапазоне методом спектроскопии рассеяния света на поляритонах необходимо применение схемы трёхволновой интерференции.

Практическая значимость работы:

1. Проведённое сравнение особенностей генерации терагерцового излучения при преобразовании фемтосекундных лазерных импульсов в периодически поляризованных кристаллах ниобата лития с ростовой и послеростовой доменной структурой может быть использовано при проектировании узкочастотных источников и приёмников терагерцового излучения.

2. Впервые осуществлено электрооптическое детектирование терагерцовых импульсов в квазисинхронном режиме в кристаллах Мд : ЫНЪО?, с ростовой доменной структурой.

3. Предложен и впервые экспериментально реализован новый метод электрооптического детектирования импульсов терагерцового излучения. Показано, что новая схема может функционировать на основе более широкого ряда высокоэффективных нелинейно-оптических кристаллов — без ограничений, накладываемых на тип симметрии кристаллической решётки.

4. Развит метод фемтосекундной накачки-зондирования для исследования условий коллинеарной и неколлинеарной генерации терагерцовых волн в объёме протяженных образцов периодически поляризованных кристаллов.

5. Впервые использованы методы рассеяния света на поляритонах и метод трёхволновой интерференции для измерения дисперсионных характеристик кристаллов в терагерцовом диапазоне спектра. Исследовано влияние примеси магния в кристаллах ниобата лития на дисперсию действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости в терагерцовом диапазоне.

Апробация работы:

Основные результаты диссертационной работы были опубликованы в ведущих отечественных и зарубежных научных журналах: «Письма в ЖЭТФ», «Вестник МГУ. Физика. Астрономия.», «Applied Physics В: Lasers and Optics», «Applied Physics Letters», «International Journal of Quantum Information», «Journal of Infrared Millimétré and Terahertz Waves». Результаты неоднократно докладывались на международных и всероссийских научных конференциях таких как: «Topical Problems of Biophotonics - 2009», VI Международная конференция молодых ученых и специалистов «Оп-тика-2009», «0птика-2010», «Фундаментальные проблемы оптики-2010», «Terahertz Radiation: Generation and Application» и другие.

Публикации:

По материалам диссертации было опубликовано 25 работ, из которых 7 - статьи в реферируемые журналы, 18 - тезисы международных и всероссийских научных конференций.

Структура диссертационной работы: Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав, заключения и списка цитируемой литературы.

Первая глава посвящена методам генерации терагерцового излучения. В ней дан обзор основных методов и устройств генерации терагерцовых полей, причём основное внимание уделено лазерным методам, основанным на принципах нелинейной оптики. Затем подробно описан процесс генерации импульсов терагерцового излучения при оптическом выпрямлении фемтосекундных лазерных импульсов. Дан обзор нелинейных сред, которые используются для преобразования излучения оптического диапазона в терагерцовый. Приведена схема эксперимента, который использовался в диссертационной работе для реализации оптического выпрямления фемтосекундных лазерных импульсов в периодически поляризованных кристаллах ниобата лития. С помощью данной установки были исследованы спектры генерации импульсов терагерцового излучения в кристаллах ниобата лития с ростовой и послеростовой доменной структурой. Аналитически рассмотрен метод спектроскопии фемтосекундной накачки-зондирования для измерения терагерцовых импульсов в объёме протяжённых нелинейно-оптических кристаллов. Методом фемтосекундной накачки-зондирования экспериментально исследованы кристаллы ниобата лития с ростовой доменной структурой при различных ориентациях и периодах доменов.

Вторая глава посвящена методам детектирования импульсов терагер-

цового излучения, предыстории развития пробно-энергетического подхода при электро-оптическом детектировании. В начале главы дан обзор основных методов детектирования ТГц излучения, известных на момент начала работы над диссертацией. Затем проведён теоретический анализ нелинейно-оптического взаимодействия терагерцового поля с фемтосекундными лазерным импульсами в процессе детектирования. Показано, что возможен не только стандартный метод эллипсометрии, основанный на фазовой модуляции лазерного импульса, но и пробно-энергетический подход, основанный на амплитудной модуляции лазерного импульса терагерцовым полем. Рассмотрен общий случай детектирования, когда принимаются во внимание как модуляция фазы, так и модуляция амплитуды фемтосекундного лазерного импульса. Описана экспериментальная установка, на которой было впервые реализовано пробно-энергетическое квазисинхроное детектирование импульсов терагерцового излучения в кристаллах ниобата лития с ростовой доменной структурой и представлены результаты детектирования. Представлена экспериментальная установка, которая использовалась для реализации электрооптического детектирования смешанного типа. В конце главы анализируются полученные данные по детектированию тера-герцовых импульсов.

Третья глава посвящена исследованию кристаллов ниобата лития в терагерцовом диапазоне методами спектроскопии рассеяния света на по-ляритонах, в частности, в условиях трёхволновой интерференции в схеме типа Юнга. В начале главы дан обзор методов, используемых в настоящее время для характеризации вещества в терагерцовом диапазоне спектра. Теоретически рассмотрена спектроскопия спонтанного параметрического рассеяния света и трёхволновая интерференция в схеме типа Юнга, условия их применения для характеризации нелинейной среды в терагерцовом диапазоне. Представлена экспериментальная установка, которая использовалась для наблюдения частотно-угловых спектров рассеяния света на по-ляритонах и трёхволновой интерференции в кристаллах ниобата лития с различными концентрациями примеси магния. По частотно-угловым спектрам были измерены дисперсии действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости кристаллов LiNbOs и M g : LiNbO3 в диапазоне от 0.5 ТГц до 6 ТГц.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих работах

1. G.Kh. Kitaeva, S.P. Kovalev and K.A. Kuznetsov, Biphoton wave packets generated in aperiodically poled crystals// International Journal of Quantum Information, 2009, T. 7, C. 63-69.

2. G.Kh. Kitaeva, S.P. Kovalev, I.I. Naumova, R.A. Akhmedzhanov, I.E. Ilyakov, B.V. Shishkin, and E.V. Suvorov, Quasi-phase-matched

probe-energy electro-optic sampling as a method of narrowband terahertz detection// Appl. Phys. Lett. 2010, T. 96, C. 071106

3. K.A. Kuznetsov, S.P. Kovalev, G.K. Kitaeva, T.D. Wang, Y.Y. Lin, Y.C. Huang, I.I. Naumova, A.N. Penin, Dispersion of the dielectric function real part for Mg : LiNbOs crystals at terahertz frequencies// Appl. Phys. В 101, 2010, С. 811-815

4. G.Kh. Kitaeva, S.P. Kovalev, A.N. Penin, A.N. Tuchak, P.V. Yakunin, A Method of Calibration of Terahertz Wave Brightness Under Nonlinear-Optical Detection// J. Infrared Milli. Terahz Waves, 2011, T. 32, C. 1144-1156

5. С.П. Ковалев, H.A. Ильин, И.Е. Иляков, Е.Д. Мишина, А.Н. Пенин, А.С. Сигов, Нелинейно-оптическое детектирование терагерцового излучения в периодически поляризованных кристаллах// Вестник Московского университета, 2011, Т. 1, С. 12-18

6. S.P. Kovalev and G.Kh. Kitaeva, Two Alternative Approaches to Electro Optical Detection of Terahertz Pulses// JETP Lett, 2011, T. 94, № 2, C. 95-100

7. S.P. Kovalev, G.Kh. Kitaeva, A.N. Penin, I.E. Ilyakov, N.A. Ilyin, E.D. Mishina, A.S. Sigov, Terahertz electro-optical detection: optical phase or energy measurements // Appl. Phys. В. направленна в печать.

Заключение диссертации по теме «Лазерная физика», Ковалев, Сергей Павлович

Основные результаты, полученные в рамках настоящей диссертационной работы можно сформулировать следующим образом:

1. Исследованы особенности генерации терагерцового излучения при оптическом выпрямлении фемтосекундных лазерных импульсов в периодически поляризованных кристаллах ниобата лития двух типов: с регулярной доменной структурой, созданной в процессе роста кристаллов, и доменной структурой, созданной в послеростовом периоде путем наложения пространственно-неоднородного электрического поля. Обнаружены эффекты неоднородного уширения спектральной линии генераций, обусловленные нерегулярностью ростовой доменной структуры. Показано, что применение кристаллов с регулярной ростовой доменной структурой не приводит к заметному изменению эффективности генерации по сравнению с кристаллами с послеросто-вой доменной структурой, различие амплитуд генерируемых терагер-цовых полей составляет 7-10% при плотности мощности импульсов накачки до 1010 Вт/см2.

2. Экспериментально реализован новый метод электрооптического детектирования импульсов терагерцового излучения, основанный на измерений модуляции амплитуды фемтосекундного лазерного импульса, наведённой терагерцовым полем в нелинейно-оптической среде. Данный метод может функционировать на основе более широкого класса нелинейно-оптических сред, включая кристаллы с одной действующей компонентой тензора квадратичной восприимчивости.

3. Впервые осуществлено электрооптическое детектирование терагерцо-вых импульсов в режиме квазисйнхронизма. Показано, что использование широкоапертурных кристаллов с ростовой доменной структурой и экспериментальной схемы, основанной на измерении модуляции амплитуды лазерных импульсов, являются ключевыми условиями для квазисинхронного детектирования терагерцового излучения в периодически поляризованных кристаллах ниобата лития.

4. Развит метод фемтосекундной накачки-зондирования для исследования условий генерации и детектирования терагерцовых волн в объёме протяжённых образцов периодически поляризованных кристаллов. На его основе определены полосы частот генерации и детектирования в ряде кристаллов Мд : У : ЫЫЬО^ с ростовой доменной структурой. В направлении, совпадающем с направлением накачки, частоты варьируются в диапазоне 1.3 - 1.8 ТГц при изменении периода доменной структуры кристаллов в пределах от 60 мкм до 80 мкм, частоты генерации и детектирования в обратном направлении - в пределах 0.5 - 1.5 ТГц при изменении периода доменной структуры от 27 мкм до 80 мкм. Также показано, что за счёт изменения ориентации кристалла Мд : У : ЫЫЬОз с периодом 27 мкм возможна перестройка частот в диапазоне от 1.4 ТГц до 2.5 ТГц.

5. Развиты методы спектроскопии рассеяния света на поляритонах для измерения дисперсионных характеристик нелинейно-оптических сред в терагерцовом диапазоне. Экспериментально реализован метод трёхволновой интерференции при рассеянии света на поляритонах для измерения коэффициента поглощения на терагерцовых частотах.

6. Исследовано влияние примеси магния в кристаллах ниобата лития на дисперсию действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости в терагерцовом диапазоне. Определены дисперсионные характеристики кристаллов ЫИЪО^ и Мд • ЫИЬО^ конгруэнтного состава на частотах от 0.5 ТГц до 6 ТГц.

Благодарности

В заключение хотел бы выразить большую благодарность моему научному руководителю Китаевой Галие Хасановне за неоценимый вклад в становлении меня как физика и за руководство в написании данной диссертационной работы.

Кузнецова Кирилла Андреевича благодарю за помощь в проведении эксперимента, в анализе экспериментальных данных и ценные советы. Ленина Александра Николаевича за ценные советы, конструктивную критику и грамотное руководство.

Хочу поблагодарить коллектив авторов Ахмеджанова P.A., Илякова И.Е., Шишкина Б.В., Суворова Е.В., Мишину Е.Д. за предоставленные возможности и помощь в использовании фемтосекундной лазерной установки. Наумову И.И. за предоставленные образцы периодически поляризованных кристаллов ниобата лития.

А также выражаю признательность всем коллегам по лаборатории и кафедре квантовой электроники МГУ им. М.В. Ломоносова.

Заключение

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Ковалев, Сергей Павлович, 2012 год

Литература

1. Withington Stafford. Terahertz astronomical telescopes and instrumentation // Phil. Trans. R. Soc. Lond. A. 2004. T. 362, №1815. C. 395-402.

2. Zaldarriaga Matias. Background comes to the fore // Nature. 2002. T. 420. C. 747-748.

3. Taday P.F., Bradley I.V., Arnone D.D., Pepper M. Using Terahertz Pulse Spectroscopy to Study the Crystalline Structure of a Drug: A Case Study of the Polymorphs of Ranitidine Hydrochloride // J. Pharm. Sei. 2003. T. 92, № 4. C. 831-838.

4. Strachan C.J., Rades T., D.A. Newnham et al. Using terahertz pulsed spectroscopy to study crystallinity of pharmaceutical materials // Chem. Phys. Lett. 2004. T. 390. C. 20-24.

5. Upadhya P.C., Shen Y.C., Davies A.G., Linfield E.H. Far-infrared vibrational modes of polycrystalline saccharides // Vib. Spectr. 2004. T. 35. C. 139-143.

6. Smye S.W., Chamberlain J.M., Fitzgerald A.J., Bery E. The interaction between Terahertz radiation and biological tissue // Phys. Med. Biol.

2001. T. 46. C. R101-R112.

7. Fitzgerald A.J., Bery E., Zinovev N.N. et al. An introduction to medical imaging with coherent terahertz frequency radiation // Phys. Med. Biol.

2002. T. 42. C. R67-R84.

8. Huang S.Y., Wang Y.X.J., Yeung D.K.W, et al. Tissue characterization using terahertz pulsed imaging in reflection geometry // Phys. Med. Biol. 2009. T. 54. C. 149-160.

9. Brun M-A. Terahertz imaging applied to cancer diagnosis // Phys. Med. Biol. 2010. T. 55. C. 4615-4623.

10. Federici J.F., Moeller L. Review of terahertz and subterahertz wireless communications // J. Appl. Phys. 2010. T. 107. C. 111101.

11. Federici J.F., Schulkin B., Huang F. et al. THz imaging and sensing for security applications - explosives, weapons and drugs // Semicond. Sei. Technol. 2005. T. 20. C. S266-S280.

12. Nusinovich G.S., Sprangle P., Romero-Talamas C.A., Granatstein V.L. Range, resolution and power of THz systems for remote detection of concealed radioactive materials // J. Appl. Phys. 2011. T. 109. C. 083303.

13. Kitaeva G.Kh. Terahertz generation by means of optical lasers // Laser Phys. Lett. 2008. T. 5, № 8. C. 559-576.

14. Stepanov A.G., Hebling J., Kuhl J. THz generation via optical rectification with ultrashort laser pulse focused to a line // Appl. Phys. B. 2005. T. 81. C. 23-26.

15. Huillier J.A., Torosyan G., Theuer M., Beigang R. Generation of THz radiation using bulk, periodically and aperiodically poled lithium niobate - Part 1: Theory // Appl. Phys. B. 2007. T. 86. C. 185-197.

16. Bodrov S.B., Stepanov A.N., Bakunov I.M., Shishkin B.V., Ilyakov I.E. and Akhmedzhanov R.A., Highly efficient optical-to-terahertz conversion in sandwich structure with LiNbO% core // Optics Express. 2009. T. 17, № 3. C. 1871-1879.

17. Lee Y.S., Meade T., Norris T.B. Tunable narrow-band terahertz generation from periodically poled lithium niobate // Appl. Phys. Lett. 2001. T. 78, № 23. C. 3583-3585.

18. Weiss C., Torosyan G., Meyn J.-P. et al. Tuning characteristics of narrowband THz radiation generated via optical rectification in periodically poled lithium niobate // Optics Express. 2001. T. 8, № 9. C. 497-502.

19. Yu N.E., Kang C., Yoo H.K. et al. Simultaneous forward and backward terahertz generation in periodically poled stoichiometric lithium tanta-late crystal using femtosecond pulses // Appl. Phys. Lett. 2008. T. 93. C. 041104.

20. Vidal S., Degert J., Tondusson M. et al. Impact of dispersion, free carriers, and two-photon absorption on the generation of intense terahertz pulses in ZnTe crystals // Appl. Phys. Lett. 2011. T. 98. C. 191103.

21. Ding Y.J., Jiang Y., Xu G., Zotova I.B. Review of Recent efforts on Efficient generation of monochromatic THz pulses based on difference-frequency generation // Laser Physics. 2010. T. 20, № 5. C. 917-930.

22. Imishev G., Fermann M.Ë., Vodopyanov K.L. et al. High-power source of THz radiation based on orientation-patterned GaAs pumped by a fiber laser // Optics Express. 2006. T. 14, № 10. C. 4439-4444.

23. Nagai M., Tanaka K., Ohtake H. et al. Generation and detection of terahertz radiation by electro-optical process in GaAs using 1.56um fiber laser pulses // Appl. Phys. Lett. 2004. T. 85, № 18. C. 3974-3976.

24. Huber R., Brodschelm A., Tauser F., Leitenstorfer A. Generation and field-resolved detection of femtosecond electromagnetic pulses tunable up to 41 THz // Appl. Phys. Lett. 2000. T. 76, № 22. C. 3191-3193.

25. Schneider A., Neis M., Stillhart M. et al. Generation of terahertz pulses through optical rectification in organic DAST crystals:theory and experiment //J. Opt. Soc. Am. B. 2006. T. 23, № 9. C. 1822-1835.

26. Sinyukov A.M., Hayden L.M. Efficient Electrooptic Polymers for THz Applications // J. Phys. Chem. B. 2004. T. 108. C. 8515-8522.

27. Babushkin I., Kuehn W., Kohler C. et al. Ultrafast Spetiotemporal Dynamics of Terahertz Generation by Ionizing Two-Color Femtosecond Pulses in Gases // Phys. Rev. Lett. 2010. T. 105. C. 053903.

28. Palfalvi L., Fulop J.A., Almasi G., Hebling J. Novel setups for extrem-ly high power single-cycle terahertz pulse generation by optical rectification // Appl. Phys. Lett. 2008. T. 92. C. 171107.

29. Bakunov I.M., Bodrov S.B., Tsarev M.V. Terahetz emission from a laser pulse with tilted front: Phase-matching versus Cherenkov effect //J. Appl. Phys. 2008. T. 104. C. 073105.

30. Lee Y.S., Meade Т., Perlin V. Generation of narrow-band terahertz radiation via optical rectification of femtosecond pulses in periodically poled lithium niobate // Appl. Phys. Lett. 2000. T. 76. C. 2505.

31. Missey M.J., Russell S., Dominic V. Real-time visualization of domain formation in periodically poled lithium niobate // Optics Express. 2000. T. 6, № 10. C. 186-195.

32. Kampfrath Т., Notzold J., Wolf M. Sampling of broadband terahertz pulses with thick electro-optic crystals // Appl. Phys. Lett. 2007. T. 90. C. 231113.

33. Wu Q., Zhang Xi-Cheng. 7 terahertz broadband GaP electro-optic sensor // Appl. Phys. Lett. 1997. T. 70, № 14. C. 1784-1786.

34. Kovalev S.P., Kitaeva G.Kh. Two alternative approaches to Electro-Optical Detection of Terahertz Pulses // JETP Letters. 2011. T. 94, № 2. C. 91-96.

35. Ковалев С.П., Китаева Г.Х., Ильин Н.А. et al. Нелинейно-оптическое детектирование терагерцового излучения в периодически поляризовапных кристаллах // ВМУ. Серия 3. Физика. Астрономия. 2011. Т. 1. С. 12-18.

36. Kitaeva G.Kh., Kovalev S.P., Naumova I.I. Akhmedzhanov R.A., Ilyakov I.E., Shishkin B.V., Suvorov E.V., Quasi-phase-matched probe-energy electro-optic sampling as a method of narrowband terahertz detection // Appl. Phys. Lett. 2010. T. 96. C. 071106.

37. Palfalvi L., Hebling J., Kuhl J. et al. Temperature dependence of the absorption and refraction of Mg-doped congruent and stoichiometric LiNbO% in the THz range // J. Appl. Phys. 2005. T. 97. C. 123505.

38. Sartorius B., Roehle H., Kunzel H. et al. All-fiber terahertz time-domain spectrometer operating at 1.5 /¿m telecom wavelengths // Optics Express. 2008. T. 16, № 13. C. 9565-9570.

39. Karpowicz N., Dai J., Lu X. et al. Coherent heterodyne time-domain spectrometry covering the entire terahertz gap // Appl. Phys. Lett. 2008. T. 92. C. 011131.

40. Yasui T., Takahashi H., Kawamoto K. et al. Widely and continuously tunable terahertz synthesizer traceable to micrwave frequency standard // Optics Express. 2011. T. 19, № 5. C. 4428-4437.

41. Qiu Tiequn, Maier Max. Long-distance propagation and damping of low-frequency phonon polaritons in LiNbO3 // Phys. Rev. B. 1997. T. 56, № 10. C. R5717-R5720.

42. Schwarz U.T., Maier M. Damping mechanisms of phonon polaritons, exploited by stimulated Raman gain measurements // Phys. Rev. B. 1998. T. 58, № 2. C. 766-775.

43. Burlakov A.V., Chekhova M.V., Klyshko D.N. et al. Interference effects in spontaneous two-photon parametric scattering from two macroscopic regions. // Phys. Rev. A. 1997. T. 56, № 4. C. 3214-3225.

44. Solntsev A.S., Kitaeva G.Kh., Naumova I.I., Penin A.N. Measurement of the extraordinary refractive index dispersion in the MIR for Mg : Nd : LiNbOs crystals by the use of quasi-phase-matching in random ID domain structure // Appl. Phys. B. 2010. T. 99. C. 197-201.

45. Kuznetsov K.A., Guo H.C., Kitaeva G.Kh. et al. Characterization of periodically poled LiTa03 crystals by means of spontaneous parametric down-conversion // Appl. Phys. B. 2006. T. 83. C. 273-278.

46. Kitaeva G.Kh., Kuznetsov K.A., Shevlyuga A.V., Penin A.N. Infrared dispersion of dielectric function in Mg:doped LiNbOz crystals with pola-ronic-type conductivity //J. Raman Spectrosc. 2007. T. 38. C. 994-997.

47. Smith M.L., Mendis R.> Vichers R.E.M., Lewis R.A. Comparison of pho-toexited p-InAs Thz radiation source with conventional thermal radiation sourcec //J. Appl. Phys. 2009. T. 105. C. 063109.

48. Ueba Y., Takahara J., Nagatsuma T. thermal radiation control in the terahertz region using the spoof surface plasmon mode // Optics Letters. 2011. T. 36, № 6. C. 909-911.

49. Williams B.S., Kumar S., Hu Q., Reno J.L. Resonant-phonon terahertz quantum-cascade laser operating at 2.1 THz (A ~ 141//m) // Electronics Letters. 2004. T. 40, № 7. C. 431-433.

50. Williams B.S., Kumar S., Callebaut H. et al. Terahertz quantum-cascade laser operation up to 137 K // Appl. Phys. Lett. 2003. T. 83. C. 5142.

51. Adams R.W., Vizbaras A., Jang M. et al. Terahertz sources based on intracavity frequency mixing in mid-infrared quantum cascade lasers with passive nonlinear sections // Appl. Phys. Lett. 2011. T. 98. C. 151114.

52. Belov S.P., Winnewisser G., Herbst E. The High-Resolution Rotational-Torsional Spectrum of Methanol from 0.55 to 1.2 THz //J. Mol. Spectrosc. 1995. T. 174, № 1. C. 253-269.

53. Glyavin M.Yu., Luchinin A.G., Golubiatnikov G.Yu. Generation of 1.5 kW, 1 THz Coherent radiation from a gyrotron with a pulsed magnetic field // Phys. Rev. Lett. 2008. T. 100, № 1. C. 015101.

54. O'Shea Patrick G., Freund Henry P. Free-Electron Lasers: Status and Applications // Science. 2001. T. 292. C. 1853-1859.

55. Freund H.P., Miner W.H. Efficiency enhancement in seeded and self-amplified spontaneous emission free-electron lasers by means of a tapered wiggler // J. Appl. Phys. 2009. T. 105. C. 113106.

56. Asada M., Suzuki S., Kishimoto N. Resonant tunneling diodes for Sub-Terahertz and terahertz oscillators // Jpn. J. Appl. Phys. 2008. T. 47, № 6. C. 4375-4384.

57. Endres C.P., Lewen F., Giesen T.F. et al. Application of superlattice multipliers for high-resolution terahertz spectroscopy // Rev. Sci. Instrum. 2007. T. 78. C. 043106.

58. Shen Y.C., Upadhya P.C., Linfield E.H. et al. Ultrabroadband terahertz radiation from low-temperature-grown GaAs photoconductive emmiters // Appl. Phys. Lett. 2003. T. 83, № 15. C. 3117-3119.

59. Shen Y.C., Upadhya P.C., Beere H.E. et al. Generation and detection of ultrabroadband terahertz radiation using photoconductive emmiters and receivers // Appl. Phys. Lett. 2004. T. 85, № 2. C. 164-166.

60. Preu S., Dohler G.H., Malzer S. et al. Tunable, continuos-wave Terahertz photomixer sources and applications //J. Appl. Phys. 2011. T. 109. C. 061301.

61. Reklaitis A. Crossover between surface field and photo-Dember effect induced terahertz emission //J. Appl. Phys. 2011. T. 109. C. 083108.

62. Mendis R., Smith M.L., Bignell L.J. et al. Strong terahertz emission from (110) p-type InAs // J. Appl. Phys. 2005. T. 98. C. 126104.

63. Loffler Т., Jacob F.; Roskos H.G. Generation of terahertz pulses by pho-toionization of electrically biased air // Appl. Phys. Lett. 2000. T. 77, № 3. C. 453-455.

64. Cook D.J., Hochstrasser R.M. Intense terahertz pulses by four-wave rectification in air // Optics Letters. 2000. T. 25, № 16. C. 1210-1212.

65. Ахмеджанов P.A., Иляков И.Е., Миронов В.А., Суворов Е.В., Фадеев Д.А., Шишкин Б.В. Генерация терагерцового излучения при аксиконной фокусировке ионизующих лазерных импульсов // Письма в ЖЭТФ. 2008. Т. 88 С. 659-663.

66. Fadeev D.A., Mironov V.A. On the theory of the generation of terahertz radiation accompanying the optical breakdown of air by femtosecond laser pulses containing the second harmonic // J. Opt. Technol. 2010. T. 77, № 10. C. 615-616.

67. Tanabe Т., Nishizawa J., Suto K. et al. Terahertz wave generation from GaP with continuous wave and pulse pumping in the 1-1.1 ¿¿m Rigion // Materials Transactions. 2007. T. 48, № 5. C. 980-983.

68. Shi W., Ding Y.J. Tunable terahertz waves generation by mixing two copropagating infrared beams in GaP // Optics Letters. 2005. T. 30, № 9. C. 1030-1032.

69. Shi W., Ding Y.J., Fernelius N., Vodopyanov Konstantin. Efficient, tunable, and coherent 0.18 - 5.27 THz source based on GaSe crystal // Optics Letters. 2002. T. 27, № 16. C. 1454-1456.

70. Creeden D., McCarthy J.C., Ketteridge P.A. et al. Compact, high average power, fiber-pumped terahertz source for active real-time imaging of concealed object // Optics Express. 2007. T. 15, № 10. C. 6478.

71. Kawase К., Sato M., Taniuchi Т., Ito H. Coherent tunable THz wave generation from LiNbO% with monolithic grating // Appl. Phys. Lett. 1996. T. 68, № 18. C. 2483-2485.

72. Staus C., Kuech Т., McCaughan L. Continuously phase-matched terahertz difference frequency generation in an embedded-waveguide structure supporting only fundamental modes // Optics Express. 2008. T. 6, № 17. C. 13296.

73. Tomita I., Suzuki H., Ito H. et al. Terahertz-wave generation from quasi-phase-matched GaP from 1.55 /Ш1 pumping // Appl. Phys. Lett. 2006. T. 88. C. 071118.

74. Vodopyanov K.L., Fejer M.M., Yu X. et al. Terahertz wave generation in quasi-phase-matched GaAs // Appl. Phys. Lett. 2006. T. 89. C. 141119.

75. Wang T.D., Lin S.T., Lin Y.Y. et al. Forward and backward Terahertz-wave difference-frequency generations from periodically poled lithium niobate // Optics Express. 2008. T. 16, № 9. C. 6471-6478.

76. Petersen E.B., Shi W., Chavez-Pirson A. et al. Efficient parametric terahertz generation in quasi-phase-matched GaP through cavity enhanced difference-frequency generation // Appl. Phys. Lett. 2011. T. 98. C. 121119.

77. Schaar J.E., Pelc J.S., Vodopyanov K.L., Fejer M.M. Near-degenerate doubly resonant synchronously pumped OPO for intracavity THz generation // Proc. of SPIE. 2008. T. 6875. С. 68750B.

78. Thilmann N., Jacobsson В., Canalias C. et al. A narrowband optical parametric oscillator tunable over 6.7 THz trough degeneracy with a transversely-chirped volume Bragg // Appl. Phys. B. 2011. T. 105, № 2.

79. Китаева Г.Х., Пенин A.H., Тучак A.H. Генерация и детектирование излучения терагерцового диапазона с помощью периодически поляризовапных кристаллов // Оптика и спектроскопия. 2009. Т. 107, № 4. С. 553-560.

80. Bodrov S.B., Bakunov I.M., Hangyo М. Efficient Cherenkov emission of broadband terahertz radiation from an ultrashort laser pulse in sandwich structure //J. Appl. Phys. 2008. T. 104. C. 093105.

81. Shuraev A.V., Nazarov M.M., Shkurinov A.P., Chirkin A.S. Cerenkov radiation exited by an ultrashort pulse with oblique amplitude front // Ra-dioph. Quantum. Electron. 2007. T. 50, № 10. C. 922-928.

82. Bakunov I.M., Bodrov S.B., Mashkovich E.A. Terahertz generation with tilted-front laser pulses: dynamic theory for low-absorbing crystals //J. Opt. Soc. Am. B. 2011. T. 28, № 7. C. 1724-1734.

83. Kitaeva G.Kh. Frequency conversion in aperiodic quasi-phase-matched structures // Phys. Rev. A. 2007. T. 76. C. 043841.

84. Степанов A.RG., Мельников A.A., Компанец В.О., Чекалин С.В. Модификациуа спектра фемтосекундного лазерного импульса при высокоэффективной генерации терагерцового излучения методом оптического выпрямлени% сугуа // Письма ЖЭТФ. 2007. Т. 85, № 5. С. 279-282.

85. Guo Q., Kume Y., Fukuhara Y. et al. Observation of ultra-broadband terahertz emission from ZnTe films grown by metaloganic vapor epitaxy // Solid State Commun. 2007. T. 141. C. 188-191.

86. McLaughlin C.V., Hayden L.M., Polishak B. et al. Wideband 15 THz response using organic electro-optic polymer emitter-sensor pairs at telecommunication wavelength // Appl. Phys. Lett. 2010. T. 92. C. 151107.

87. Kubler C., Huber R., Leitenstorfer A. Ultrabroadband terahertz pulses: generation and field-resolved detection // Semicond. Sci. Technol. 2005. T. 20. C. S128-S133.

88. Лаптев Г.Д., Новиков А.А., Чиркин А.С. Взаимодействие световых волн в активно-нелинейных и нелинейных кристаллах с регулярной доменной структурой // Письма в ЖЭТФ 2003. Т. 78. С. 45-58.

89. Liu W.M., Tuchak A.N., Yan Y.H. et al. Characterization of domain structure of periodically poled Mg : LiNbOz through multifrequency terahertz generation // Optics Letters. 2009. T. 34, № 13. C. 2027.

90. Ma G.H., Tang S.H., Kitaeva G.Kh., Naumova I.I. Terahertz generation in Czochralski-grown periodically poled Mg : Y : LiNbO% by optical rectification // J. Opt. Soc. Am. B. 2006. T. 23, № 1. C. 81-89.

91. Evlanova N.F., Naumova I.I., Chaplina Т.О. et al. Periodically poled Y : LiNbOs single crystal: impurity distribution and domain wall location // Journal of Crystal Growth. 2001. T. 223. C. 156-160.

92. Evlanova N.F., Naumova I.I., Blokhin S.A. et al. Grown periodically poled lithium niobate crystal: period stabilization //J. Optoelectronics and advanced materials. 2003. T. 5, № 1. C. 127-130.

93. Frenandes L.O.T., Kaufmann P., Marcon R. et al. Photometry of THz radiation using Golay cell detector // General Assembly and Scientific Symposium, 2011 URSI. 2011. C. 1-4.

94. Knaufmann P., Marcon R., Kudaka A.S. et al. Uncooled Detectors of Continuum Terahertz Radiation //J. Microwaves, Optoelectronics and Electromagnetic Applications. 2011. T. 10, № 1. C. 288-295.

95. Yang J., Gong X., Zhang Y., Jin L. Research of an infrared pyroelectric sensor based THz detector and its application in CW THz imaging // Proc. of SPIE. T. 7385. C. 738521.

96. Richards P.L. Bolometers for infrared and millimeter waves //J. Appl. Phys. 1994. T. 76, № 1. C. 1-24.

97. Gildemeister J.M., Lee Adrian T., Richards P.L. Monolithic arrays of absorber-coupled voltage-biased superconducting bolometers // Appl. Phys. Lett. 2000. T. 77, № 24. C. 4040-4042.

98. Ito H., Nakajima F., Ohno T. et al. InP-based planar-antenna-integrated Schottky-barrier diode for millimeter- and sub-millimeter-wave detection // Jpn. J. Appl. Phys. 2008. T. 47. C. 6256-6261.

99. Matsuo H., Nagata H., Mori Y. et al. Performance of SIS photon detectors for superconductive imaging submillimeter-wave camera (SISCAM) // Proc. of SPIE. 2006. T. 6275, №62754.

100. Sizov F. THz radiation sensors // Opto-Electronics Review. 2010. T. 18, № 1. C. 10-36.

101. Hussain A., Andrews S.R. Ultrabroadband polarization analisis of terahertz pulses // Optics Express. 2008. T. 16, № 10. C. 7251-7257.

102. Cai Y., Brener I., Lopata J. et al. Coherent terahertz radiation detection: Direct comparison between free-space electro-optic sampling and antenna detection // Appl. Phys. Lett. 1998. T. 73, №4. C. 444-446.

103. Kono Shunsuke, Tani Masahiko, Sakai Kiyomi. Ultrabroadband photocon-ductive detection:Comparison with free-space electro-optic sampling // Appl. Phys. Lett. 2001. T. 79, № 7. C. 898-890.

104. Chen Q., Zhang Xi-Cheng. Polarization modulation in optoelectronic generation and detection of terahertz beams // Appl. Phys. Lett. 1999. T. 74, № 23. C. 3435-3437.

105. Wu Q., Zhang X.-C. Ultrafast electro-optic field sensors // Appl. Phys. Lett. 1996. T. 68, № 12. C. 1604-1606.

106. Wu Q., Zhang X.-C. Free-space electro-optics sampling of mid-infrared pulses // Appl. Phys. Lett. 1997. T. 71, № 10. C. 1285-1287.

107. Darmo J., Marti M., Unterrainer K. Quasi phase-matched terahertz detector // Electronics Letters. 2010. T. 46, № 11.

108. Riordan J.A., Sun F.G., Lu Z.G., Zhang X.C. Free-space transien magneto-optic sampling // Appl. Phys. Lett. 1997. T. 71, № 11. C. 1452-1454.

109. Riordan J.A., Zhang X.C. Sampling of free-space magnetic pulses // Optical and Quantum Electronics. 2000. T. 32. C. 489-502.

110. Schneider A., Biaggio I., Gunter P. Terahertz-induced lensing and its use for the detection of terahertz pulses in birefringent crystal // Appl. Phys. Lett. 2004. T. 84, № 13. C. 2229-2231.

111. Dai Jianming, Xie Xu, Zhang X.-C. Detection of Broadband Terahertz Waves with a Laser-Induced Plasma in Gases // Phys. Rev. Lett. 2006. T. 97. C. 103903.

112. Lu Xiaofei, Karpowicz Nicholas, Zhang X.-C. Broadband terahertz detection with selected gases //J. Opt. Soc. Am. B. 2009. T. 26, № 9. C. A66-A73.

113. Chen Jian, Han Pengyu, Zhang X.-C. Terahertz-field-induced second-harmonic generation in beta barium borate crystal and its application in terahertz detection // Appl. Phys. Lett. 2009. T. 95. C. 011118.

114. Liu Jingle, Dai Jianming, Chin See Leang, Zhang X.-C. Broadband terahertz wave remote sensing using coherent manipulation of fluorescence from asymmetrically ionized gases // Nature Photonics. 2010. T. 4. C. 627-631.

115. Jiang C.Y., Liu J.S., Sun B. et al. Time-dependent theoretical model for terahertz wave detector using a parametric process // Optics Express. 2010. T. 18, № 17. C. 18180-18189.

116. Jiang C.Y., Liu J.S., Sun B. et al. Characteristics of highly sensitive terahertz wave detector based on lithium niobate //J. Modern Optics. 2010. T. 57, № 21. C. 1-7.

117. Khan M. Jamal, Chen Jerry C., Liau Zong-Long. Ultra-sensitive, room-temperature THz detection based on parametric upconversion by using a pulsed 1550 nm optical source // Proc. of SPIE. 2011. T. 7917, №791711.

118. Gallot G., Grischkowsky D. Electro-optic detection of terahertz radiation //J. Opt. Soc. Am. B. 1999. T. 16, № 8. C. 1204-1212.

119. Jiang Zhiping, Sun F.G., Chen Q., Zhang X.-C. Electro-optic sampling near zero optical transmission point // Appl. Phys. Lett. 1999. T. 74, № 9. C. 1191-1193.

120. Li Yuelin. Electro-optical sampling at near-zero optical bias // Appl. Phys. Lett. 2006. T. 88. C. 251108.

121. Han P.Y., Tani M., Usami M. et al. A direct comparison between terahertz time-domain spectroscopy and far-infrared Fourier transform spectroscopy // J. Appl. Phys. 2001. T. 89, № 4. C. 2357-2359.

122. Parker T.J. Fourier Transform Spectroscopy of Solids at Terahertz Frequencies // Terahertz Science and Technology. 2009. T. 2, № 3. C. 75-89.

123. Hindle F., Mouret G., Eliet S. et al. Widely tunable THz synthesizer // Appl. Phys. B. 2011. T. 19, № 5. C. 4428-4437.

124. Kovalev S.P., Kitaeva G.Kh., Ilyin N.A. et al. Nonlinear Optical Detection of Terahertz-Frequency Radiation in Crystals with Periodic Domain Structure // Moscow University Physics Bulletin. 2011. T. 66, № 1. C. 12-18.

125. Schiwon Robert, Schwaab Gerhald, Brundermann Erik, Havenith Martina. Terahertz cavity-enhanced attenuated total reflection spectroscopy // Appl. Phys. Lett. 2005. T. 86. C. 201116.

126. Yada Hiroyuki, Nagai Masaya, Tanaka Koichiro. The intermolecular stretching vibration mode in water isotopes investigated with broadband terahertz time-domain spectroscopy // Chem. Phys. Lett. 2009. T. 473. C. 279-283.

127. Klyshko D.N. Coherent photon decay in a nonlinear medium // JETP Letters. 490-492. T. 6, № 1.

128. Ахманов С.А., Фадеев В.В., Хохлов Р.В., Чунаев О.Н. Квантовые шумы в параметрических усилителях света // Письма ЖЭТФ. 1967. Т. 6, № 4. С. 575-578.

129. Harris S.E., Oshman М.К., Byer R.L. Observation of Tunable Optical Parametric Fluorescence // Phys. Rev. Lett. 1967. T. 18, № 18. C. 732-734.

130. Magde Douglas, Mahr Herbert. Study in ammonium dihydrogen phosphate of spontaneous parametric interaction tunable from 4400 to 16000 A // Phys. Rev. Lett. 1967. T. 18, № 21. C. 905-907.

131. Белинский А.В., Клышко Д.Н. Интерференция света и теорема Белла // Успехи Физических Наук. 1993. Т. 163, № 8. С. 1-45.

132. Клышко Д.Н. Парадокс Эйнштейна-Подольскогго-Розена для наблюдаемых Энергия-Время // Успехи Физических Наук. 1989. Т. 158, № 2. С. 327-341.

133. Chirkin A.S. Entangled and squeezed photon states at consecutive and simultaneous quasi-phase-matched wave interactions //J. Opt. B: Quantum Semiclass. Opt.. 2002. T. 4. C. 361.

134. Kitaeva G.Kh., Kovalev S.P., Kuznetsov K.A. Biphoton wave packets generated in aperiodically poled crystals // International Journal of Quantum Information. 2009. T. 7. C. 63-69.

135. Rarity J.G., Tapster P.R., Jakeman E. Observation of sub-poissonian light in parametric downconversion // Optics Communication. 1987. T. 62, № 3. C. 201-206.

136. Ou Z.Y., Mandel L. Further Evidence of Nonclassical Behavior in Optical Interference // Phys. Rev. Lett. 1989. T. 62, № 25. C. 2941-2944.

137. Ekert Artur K., Rarity John G., Tapster Paul R., Palma G. Massimo. Practical Quantum Cryptography Based on Two-Photon Interferometry // Phys. Rev. Lett. 1992. T. 69, № 9. C. 1293-1295.

138. Kitaeva G.Kh., Naumova I.I., Mikhailovsky A.A. et al. Visible and infrared dispersion of the refractive indices in periodically poled and single domain Nd • Mg: LiNbOz crystals // Appl. Phys. B. 1998. T. 66. C. 201-2-5.

139. Kitaeva G.Kh., Tishkova V.V., Penin A.N. Characterization of nonlinear optical superlattices by means of w-k spectroscopy //J. Raman Spectrosc. 2005. T. 36. C. 116-122.

140. Kitaeva G.Kh., Penin A.N. Diagnostics of the inhomogeneous distribution of the quadratic optical susceptibility over parametric scattering spectra // Quantum Electronics. 2004. T. 34, № 7. C. 597-611.

141. Клышко Д.Н. Фотоны и нелинейная оптика. -М., 1980.

142. Бурлаков А.В. Интерференция бифотонных полей // Диссертация на соискание учёной степени канд. физ.-мат. наук. -М., 2000.

143. Diche R.H. Coherence in spontaneous radiation processes // Phys. Rev. 1954. T. 93, № 1. C. 99-100.

144. Forrester A.T., Gudmundsen R.A., Johnson F.O. Photoelectric mixing of incoherent light // Phys. Rev. 1955. T. 99, № 6. C. 1691-1700.

145. Zou X.Y., Wang L.J., Mandel L. Induced coherence and indistinguishabili-ty in optical interference // Phys. Rev. Lett. 1991. T. 67, № 3. C. 318-321.

146. Kitaeva G.Kh., Kuznetsov K.A., Naumova I.I., Penin A.N. Influence of structural defects on the optical properties of Mg : LiNbOz single crystals // Quantum Electronics. 2000. T. 30, № 8. C. 726-732.