Наносекундный - пикосекундный диапазон длительностей

Наносекундный – микросекундный диапазон длительностей.

Эффективность нелинейно-оптического ограничения в CBS в видимом и ближнем ИК диапазоне при различных длительностях импульсов.

В [14] исследования проводились в широком временном (10 нс- 100 mс) и спектральном диапазоне (532 нм, 1064 нм, 751 нм). Исследованы суспензии углеродных наночастиц со средним диаметром частиц 60 нм. Измерения проводились в сфокусированных пучках. Использовался лазер на Nd:YAG (импульс длительностью 8 нс на длине волны 532 нм, импульс длительностью 10 нс на длине волны 1064 нм) и александритовый лазер генерирующий импульсы 100 нс, 1mс и 100 mс на длине волны 751 нм. Импульс длительностью 100 mс представлял собой набор импульсов 1 mс, и эти результаты в данном обзоре не приводятся.

Показано, что для импульсов длительностью в диапазоне 10 нс - 1 mс ограничение приблизительно одинаково в видимом и ближнем ИК диапазоне (использовалась f/5 фокусирующая система). Результаты измерений представлены в таблице 3.

Таблица 3.Эффективность нелинейно-оптического ограничения суспензиями углеродных наночастиц в наносекундном-микросекундном диапазоне длительностей (8 нс - 1mс).

Длина волны	532 нм	1064 нм	751 нм	751 нм
Длительность	8 нс	10 нс	100 нс	1 mс
Входная энергия, при которой пропускание падает в 10 раз, Дж	10^-^5	6´10^-5	2´10^-5	3´10^-5

В [7] исследования проводились для длительностей импульсов 20 нс, 14 нс, 42 пс, для длин волн 532 нм и 1064 нм. Облучение проводилось лазером на Nd:YAG. Исследовались суспензии углеродных наночастиц в CS₂ (средний размер углеродных частиц 0.14 mм). Измерения проводились в сфокусированных пучках. Результаты измерений представлены в таблице 4. Параметр w₀ - расстояние, на котором интенсивность падает в 1/e^2.. Были измерены пороги оптического ограничения. Под порогом оптического ограничения авторы [7] определяют значение мощности (энергии, плотности энергии), которое соответствует точке пересечения линий, соответствующих продолжениям линейного и нелинейного участков). На рисунке 4 приведены кривые оптического ограничения суспензией CBS в CS₂ и в чистом CS₂.

Рис. 4. Нелинейное оптическое ограничение в суспензиях CBS в CS₂ и в чистом CS₂. Длительность импульса 14 нс, длина волны 532 нм, размер перетяжки 3.5 мкм.

В таблице 4 приведены также соответствующие этим мощностям энергии и плотности энергии. Для сравнения измерения были проведены также для чистого CS₂ без наночастиц (нелинейные эффекты в чистом CS₂ наблюдаются только при достаточно больших энергиях и вызваны электрострикцией).

Таблица 4. Эффективность нелинейно-оптического ограничения суспензиями углеродных наночастиц в наносекундном-пикосекундном диапазоне длительностей (14 нс – 42 пс).

Материал	l, нм	w0, mм	Длительность импульса, нс	Порог ограничения
Мощность, кВт	Энергия mДж	Плотность энергии Дж/см^2
CS2		3.5		3.8
CS2		3.5	0.042		0.36	1.9
CS2		5.1		13.5
CBS		3.5		0.16	2.4
CBS		3.5	0.042		1.3	6.8
CBS		5.1		0.40	8.5

Для наносекундных импульсов пороги суспензий CBS значительно ниже порогов для чистого CS₂ при тех же экспериментальных условиях. Так, для l=1064 нм при длительности импульса 20 нс пороговое значение для суспензии составляет 400 Вт, что приблизительно в 34 раза меньше соответствующего значения для чистого CS₂. Для l=532 нм при длительности импульса 14 нс соответствующее отношение составляет 23. Однако, при длительности импульса 42 пс (длина волны 532 нм) наблюдается обратная ситуация – пороговая мощность и энергия в чистом CS₂ приблизительно в 4 раза ниже чем в суспензии CBS. В [6] пикосекундные измерения проводились для этанола. В этом случае пропускание не меняется до входных энергий 100 Дж/см². Это подтверждает тот факт, что в пикосекундном случае работает растворитель.

В [15] сравнивалось оптическое ограничение в трех временных диапазонах – 10 нс (длина волны 1064 нм), 0.2 нс (длина волны 800 нм) и 0.3 пс (длина волны 800 нм). Исследования проводились в сфокусированных пучках. Диаметр частиц составлял около 50 нм. Порог ограничения для длительностей 10 нс и 0.2 нс приблизительно одинаков (пропускание начинает уменьшаться при энергии 1 mДж), однако ограничение на 0.2 нс значительно менее эффективное (см. таблица 5).

Таблица 5. Эффективность нелинейно-оптического ограничения суспензиями углеродных наночастиц в наносекундном-пикосекундном-субпикосекундном диапазоне длительностей (10 нс – 0.3 пс).

Длина волны, нм
Длительность импульса	10 нс	0.2 нс	0.3 пс
Входная энергия, Дж	6·10^-5	>10^-4	-

Это говорит о том, что требуется больше чем 0.2 нс для развития нелинейных процессов, ответственных за нелинейное ограничение. В субпикосекундном режиме (0.3 пс) картина приблизительно одинакова для CBS и чистого растворителя, т.е. наблюдаемое оптическое ограничение, вызвано не углеродными наночастицами, а изменением показателя преломления растворителя, не связанным с нагревом углеродной наночастицы.

Таким образом, ограничение одиночных импульсов суспензиями углеродных наночастиц возможно в наносекундном и субнаносекундном диапазонах в видимом и ближнем ИК-диапазонах. Порог ограничения при этом приблизительно одинаков, однако ограничение в субнаносекундном диапазоне значительно менее эффективно, поскольку в этом случае время отклика среды больше чем время импульса. В субпикосекундном диапазоне работает сам растворитель, и наличие или отсутствие в нем углеродных наночастиц не влияет на результат ограничения (в [7] наличие углеродных частиц даже увеличивает порог).

Дата добавления: 2015-06-28