Жарқырауға қанағаттандыру эффектісі және оның қолданылуы
Saturable absorption
Жарық қарқындылығы артқан сайын жарық сіңірілуі төмендейтін қасиет – қанықтырылған сіңіру. Лазерлерде қолданылады, толқын ұзындығы, динамикалық жауабы маңызды.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Сызықтық емес оптикалық эффект
Nonlinear optical effect
Толығу сіңіруі – материалдың жарық сіңіру қабілеті жарық интенсивтігінің артуымен төмендеуімен сипатталатын қасиет. Көптеген материалдар белгілі бір дәрежеде толығу сіңіруін көрсетеді, бірақ көбінесе бұл тек өте жоғары оптикалық интенсивтіліктерде (оптикалық зақымдануға жақын) байқалады. Жеткілікті жоғары жарық интенсивтігінде толығу сіңіруші материалдың негізгі күйі жоғары энергиялық күйге соншалықты жылдамдықпен өтеді, оның негізгі күйге қайта оралуына, сіңірудің толуына дейін жеткілікті уақыт болмайды. Толығу сіңірушінің негізгі параметрлері – оның толқын ұзындығы диапазоны (электромагниттік спектрде жарықты қайда сіңіреді), динамикалық жауабы (қаншалықты жылдам қалпына келеді) және толығу интенсивтігі мен флюенсі (қандай интенсивтілікте немесе импульстік энергияда толады). Толығу сіңіруші материалдар лазерлік резонаторларда пайдалы. Мысалы, олар жиі пассивті Q-переключательдер үшін қолданылады.
Saturable absorption is a property of materials where the absorption of light decreases with increasing light intensity. Most materials show some saturable absorption, but often only at very high optical intensities (close to the optical damage). At sufficiently high incident light intensity, the ground state of a saturable absorber material is excited into an upper energy state at such a rate that there is insufficient time for it to decay back to the ground state before the ground state becomes depleted, causing the absorption to saturate. The key parameters for a saturable absorber are its wavelength range (where in the electromagnetic spectrum it absorbs), its dynamic response (how fast it recovers), and its saturation intensity and fluence (at what intensity or pulse energy it saturates). Saturable absorber materials are useful in laser cavities. For instance, they are commonly used for passive Q switching.
Механизмдер мен мысалдар
Абсорбция қанықтығы, жоғары жарық интенсивтілігінде сіңірудің азаюына себеп болады, басқа механизмдермен (мысалы, температураның көтерілуі, түс орталықтарының пайда болуы сияқты) бәсекелеседі, олар сіңіруді арттырады. Атап айтқанда, қанықтырылатын сіңіру – лазерлерде, әсіресе жартылай өткізгіш лазерлерде өзіндік пульсацияны тудыратын көптеген механизмдердің бірі ғана. Көміртектің бір атомдық қалыңдықтағы қабаты – графен, жалаң көзбен көруге болады, себебі ол ақ жарықтың шамамен 2,3%-ын сіңіреді, бұл π есе ұсақ құрылым тұрақтысына тең. Графеннің қанықтырылатын сіңіру жауабы, ультракөк түстен инфрақызылға, орташа инфрақызылға және тіпті ТГц жиіліктеріне дейін толқын ұзындығына тәуелсіз. Оралған графен парақтарында (көміртек нанотүтікшелерде) қанықтырылатын сіңіру диаметрі мен хиралдығына байланысты.
Absorption saturation, which results in decreased absorption at high incident light intensity, competes with other mechanisms (for example, increase in temperature, formation of color centers, etc. ), which result in increased absorption. In particular, saturable absorption is only one of several mechanisms that produce self pulsation in lasers, especially in semiconductor lasers. One atom thick layer of carbon, graphene, can be seen with the naked eye because it absorbs approximately 2.3% of white light, which is π times fine structure constant. The saturable absorption response of graphene is wavelength independent from UV to IR, mid IR and even to THz frequencies. In rolled up graphene sheets (carbon nanotubes), saturable absorption is dependent on diameter and chirality.
Микротолқынды және терагерцтік қанықтыратын сіңіру
Толығуды сіңіру микротолқындық және терагерцтік диапазонда да (толқын ұзындығы 30 мкм-ден 300 мкм-ге дейін) жүзеге асуы мүмкін. Мысалы, графен сияқты, өте әлсіз энергиялық аймақ шегі бар (бірнеше меВ) материалдар, интербірлік сіңіру арқасында микротолқындық және терагерцтік диапазонда фотондарды сіңіре алады. Бір есепте көрсетілгендей, графеннің микротолқынды сіңіру қабілеті қуаттың артуымен азаяды және белгілі бір шекті мәннен жоғары қуатта тұрақты деңгейге жетеді. Графендегі микротолқынды қанықтыратын сіңіру, түсетін жиілікке дерлік тәуелді емес, бұл графеннің микротолқындық фотоника құрылғыларында маңызды қолданылуы мүмкін екенін көрсетеді, мысалы: микротолқынды қанықтыратын сіңіруші, модулятор, поляризатор, микротолқынды сигналдарды өңдеу, кең жолақты сымсыз желілер, сенсорлық желілер, радар, спутниктік байланыс және тағы да басқалар.
Saturable absorption can even take place at the microwave and terahertz band (corresponding to a wavelength from 30 μm to 300 μm). Some materials, for example graphene, with very weak energy band gap (several meV), could absorb photons at Microwave and Terahertz band due to its interband absorption. In one report, microwave absorbance of graphene always decreases with increasing the power and reaches at a constant level for power larger than a threshold value. The microwave saturable absorption in graphene is almost independent of the incident frequency, which demonstrates that graphene may have important applications in graphene microwave photonics devices such as: microwave saturable absorber, modulator, polarizer, microwave signal processing, broad band wireless access networks, sensor networks, radar, satellite communications, and so on.
Толыққан рентген сәулелерін сіңіру
Рентген сәулелері үшін қанықтыратын сіңіру анықталды. Бір зерттеуде алюминийдің жұқа қабаты жұмсақ рентгендік лазер сәулесімен (толқын ұзындығы 13,5 нм) сәулелендірілді. Ұзын лазерлік импульс металлдың кристалдық құрылымын бұзбай, ядролық L қабығындағы электрондарды шығарып, оны сол толқын ұзындығындағы жұмсақ рентген сәулелеріне шамамен 40 фемтосекундқа мөлдір етті.
Saturable absorption has been demonstrated for X rays. In one study, a thin foil of aluminium was irradiated with soft X ray laser radiation (wavelength 13.5 nm). The short laser pulse knocked out core L shell electrons without breaking the crystalline structure of the metal, making it transparent to soft X rays of the same wavelength for about 40 femtoseconds.