Введение
Нелинейный оптический эффект
Насыщенное поглощение – это свойство материалов, при котором поглощение света уменьшается с ростом интенсивности света. Большинство материалов проявляют некоторое насыщенное поглощение, но зачастую только при очень высоких оптических интенсивностях (вблизи порога оптического повреждения). При достаточно высокой интенсивности падающего света основное состояние материала с насыщенным поглощением возбуждается в более высокое энергетическое состояние с такой скоростью, что времени на возврат в основное состояние до его истощения не остается, что и приводит к насыщению поглощения. Ключевыми параметрами насыщенного поглотителя являются его диапазон рабочих длин волн (область электромагнитного спектра, в которой происходит поглощение), скорость восстановления и интенсивность и флюенция насыщения (интенсивность или энергия импульса, при которых насыщение происходит). Материалы с насыщенным поглощением полезны в лазерных резонаторах. Например, они широко используются для пассивного Q-переключения.
Механизмы и примеры
Насыщение поглощения, приводящее к уменьшению поглощения при высокой интенсивности падающего света, конкурирует с другими механизмами (например, повышением температуры, образованием окрасочных центров и т.д.), которые, напротив, увеличивают поглощение. В частности, насыщаемое поглощение – лишь один из нескольких механизмов, вызывающих самопульсации в лазерах, особенно в полупроводниковых. Одноатомный слой углерода, графен, можно увидеть невооружённым глазом, поскольку он поглощает около 2,3% белого света, что соответствует π, умноженному на постоянную тонкой структуры. Насыщаемый отклик поглощения графена не зависит от длины волны в диапазоне от УФ до ИК, среднего ИК и даже до ТГц частот. В свёрнутых графеновых листах (углеродных нанотрубках) насыщаемое поглощение зависит от диаметра и хиральности.
Микроволновое и терагерцовое насыщенное поглощение
Насыщаемое поглощение может происходить даже в микроволновом и терагерцевом диапазонах (соответствующих длине волны от 30 мкм до 300 мкм). Некоторые материалы, например графен, с очень узкой запрещенной зоной (несколько меВ), способны поглощать фотоны в микроволновом и терагерцевом диапазонах благодаря межзонному поглощению. В одном из отчетов сообщается, что микроволновое поглощение графена всегда уменьшается с увеличением мощности и достигает постоянного уровня при мощности, превышающей пороговое значение. Насыщаемое поглощение в графене в микроволновом диапазоне практически не зависит от частоты падающего излучения, что указывает на возможность его важного применения в графеновых микроволновых фотонных устройствах, таких как: насыщенный микроволновый поглотитель, модулятор, поляризатор, обработка микроволнового сигнала, широкополосные беспроводные сети, сенсорные сети, радиолокация, спутниковая связь и так далее.
Насыщенная поглощение рентгеновских лучей
Насыщаемая абсорбция была продемонстрирована для рентгеновского излучения. В одном исследовании тонкая алюминиевая фольга облучалась излучением лазера на мягких рентгеновских лучах (длина волны 13,5 нм). Короткий лазерный импульс выбивал электроны из L-оболочки, не разрушая кристаллическую структуру металла, что делало его прозрачным для мягких рентгеновских лучей той же длины волны примерно в течение 40 фемтосекунд.