Оптическая установка «накачка-зондирование»
Для исследований повторяющихся процессов, временами порядка 10^(-9)-10^(-11) секунды, используется метод «накачка-зондирование», в котором два синхронизированных импульсных лазерных пучка приходят на образец. Первый из них, накачка, возбуждает процесс, а второй, зондирование соответственно, детектирует наведённые изменения в образце. Меняя относительное время прихода лазерных импульсов накачки и зондирования на образец, мы можем измерять процессы во временном разрешении, причём чем короче длительность лазерных импульсов, тем меньше временного разрешения можно добиться.
Данная экспериментальная установка позволяет проводить измерения множества процессов во временном разрешении. Основным направлением исследования на данный момент являются исследования динамики намагниченности, возбуждаемые с помощью различных магнитооптических эффектов, таких как обратный эффект Фарадея (ОЭФ), обратный эффект Коттона-Мутона (ОЭКМ) и так далее. При этом детектирование производится с помощью прямого эффекта Фарадея, то есть детектируется поворот поляризации. Кроме этого, проводятся эксперименты на различных двумерных материалах (например углеродные нанотрубки) по измерению изменения коэффициента пропускания.
Область исследований данной техники довольно широка. Для каждого эксперимента возможна индивидуальная настройка и перестройка оптической схемы.Технические характеристики
В нашей установке используется импульсный лазер «ТЕТА» от компании «Авеста», который работает на частоте 1кГц (то есть генерирует 1000 импульсов в секунду) длиной волны 1030 нм. Максимальная выходная мощность - 2 Вт. Длительной импульсов составляет 280 фемтосекунд. Излучение из лазера попадает на кристалл второй гармоники (ГВГ, или SHG – second harmonic generation), а после него делится на две части. Первая часть попадает прямиком на образец и служит зондирующим лучом длиной волны 516 нм. Вторая часть вместе с изначальным лучом 1030 нм, попадает в оптический параметрический усилитель (ОПУ, или OPA – optical parametric amplifier), который позволяет перестраивать длину волны излучения в диапазоне от 500 до 2500 нм. Пройдя через ОПУ, излучение накачки проходит через колесо чоппера, и попадает на пространственный модулятор света (ПМС или SLM – spatial light modulator, или также фазовый модуляторо света). Данное устройство представляет собой жидкокристаллический экран, который позволяет контролировать фазу падающего на него пучка. После этого, луч накачки попадает на линию задержки, с помощью которой мы можем контролировать время прихода импульса на образец. Затем, пройдя некоторые оптические элементы, лазерный импульс попадает на образец, после чего поглощается в заглушке. Луч зондирования, в свою очередь, после образца попадает на призму Волластона, где делится на два луча с ортогональными поляризациями. Эти лучи попадают на балансный фотодетектор. Мощность луча зондирования выбирается в несколько порядков меньше мощности луча накачки, для того чтобы избежать возбуждения эффектов зондированием. Более того, луч пробирования обычно линейно поляризован, а поляризация луча накачки зависит от возбуждаемого эффекта. Для повышения чувствительности установки, и уменьшения шумов, используется метод синхронного детектирования или lock-in. Для этого, амплитуда луча накачки модулируется с помощью чоппера на частоте равно половине частоты лазера. Сигнал с балансного фотодетектора поступает в синхронный детектор, где перемножается с референсным сигналом чоппера.
