авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Аномальная оптическая нелинейность жидких диэлектрических нано-систем в полях лазерного излучения

на правах рукописи

Миличко Валентин Андреевич

АНОМАЛЬНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ НЕЛИНЕЙНОСТЬ ЖИДКИХ

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАНО-СИСТЕМ В ПОЛЯХ ЛАЗЕРНОГО

ИЗЛУЧЕНИЯ

01.04.21 – Лазерная физика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Владивосток, 2013

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, Дзюба Владимир Пименович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, Белов Павел Александрович (Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, ИТМО) доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН, профессор, Долгих Григорий Иванович (Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева, ТОИ ДВО РАН)

Ведущая организация: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Защита диссертации состоится «20» декабря 2013г. в 14 час. на заседании диссертационного совета Д005.007.02 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук по адресу: 690041, Владивосток, ул. Радио, дом 5, ауд. 510.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИАПУ ДВО РАН.

Автореферат разослан «15» ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, Гамаюнов Е.Л.

доцент I.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы Развитие современной оптики сопровождается и во многом определяется созданием уникальных материалов, в которых возможны нелинейные процессы передачи, обработки, а так же генерации оптического излучения различных параметров. При этом принципиальными являются возможности управления нелинейно-оптическими свойствами таких материалов как внешними электромагнитными полями широкого спектрального и энергетического диапазонов, так и их конструктивными особенностями.

На сегодняшний день среди таких материалов актуальны материалы, созданные с использование диэлектрических нано-объектов. Причина использования, во-первых, нано-объектов при создании нелинейно-оптических материалов состоит в том, что в масштабе от единиц до сотен нанометров объекты проявляют огромный спектр уникальных оптических свойств, не возникающих в обычном масштабе. Во-вторых, использование именно диэлектрических, а не металлических или полупроводниковых нано-объектов, обусловлено низкими коэффициентами экстинкции оптического излучения, относительно малыми значениями интенсивности излучения (менее кВт/см2), вызывающего изменения в оптических свойствах материалов на их основе, а так же возможностью использования нано-объектов с существенно большими размерами (сотни нм), что упрощает их изготовление.

Одними из наиболее изученных диэлектрических нано-объектов в оптике являются объекты следующих оксидов и нитридов SiO2, Al2O3, MgO, BN и AlN.

Большое значение ширины запрещенной зоны объемных материалов (более 6 эВ), а так же особенности энергетической структуры оптических электронов этих нано объектов является принципиальным для наблюдения люминесценции как некогерентного (J Phys Chem C 116, 15747-15755, 2012), так и практически когерентного (Nature 441, 325-328, 2006) видимого и УФ излучений.

В настоящее время, наиболее полно изученной областью оптики диэлектрических нано-объектов является именно люминесценция, которая уже нашла своё практическое применение. При этом, наряду с уже имеющимися экспериментальными и фундаментальными знаниями об излучательных свойствах, в области нелинейной оптики диэлектрических нано-объектов встречаются лишь отдельные экспериментальные исследования (Квант Электрон 38, 154-158, 2008) таких явлений как ограничение пропускания и самофокусировка лазерного излучения в жидких материалах с низкой объемной концентрацией (менее 0.1%) диэлектрических нано-объектов Al2O3 (нано-системы). Однако эти исследования ограничивались лишь наблюдением явлений как таковых и не содержали как количественных данных (к примеру, оценки изменения показателей преломления и поглощения), так и предположений об их фундаментальной природе.

Попытки теоретического описания наблюдаемых нелинейно-оптических явлений были сделаны в ряде работ менее 5 лет назад (ФТП 45, 306-311, 2011). В этих работах было выдвинуто предположение о едином механизме формирования нелинейно-оптических свойств жидких, твердых и газообразных диэлектрических нано-систем и построена полуфеноменологическая теория, выводы которой экспериментально не проверялись, однако использовались лишь для качественного описания нелинейных зависимостей спектра поглощения и показателя преломления от частоты и интенсивности оптического излучения.

В то же время, в силу особенности энергетической структуры электронов диэлектрических нано-объектов, их нелинейно-оптические и излучательные свойства тесно связаны. Поэтому, знания в области нелинейной оптики диэлектрических нано объектов позволят значительно улучшить физические представления о механизмах взаимодействии лазерного изучения оптического диапазона с такими нано-объектами и разработать новый класс материалов с уникальными, управляемыми оптическим излучением, нелинейно-оптическими и излучательными свойствами.



Цель и задачи работы Областью исследования настоящей диссертационной работы являются физика взаимодействия когерентного оптического излучения с веществом и исследование фундаментальных свойств вещества с помощью когерентного излучения методами нелинейной оптики и лазерной спектроскопии (ВАК 01.04.21).

Целью работы являлось исследование условий и физической природы формирования аномальных нелинейно-оптических свойств жидких диэлектрических нано-систем с низкой объемной концентрацией (менее 0.1%) диэлектрических нано объектов в полях слабого лазерного излучения. Для достижения поставленной цели, необходимо было решить следующие задачи:

1. Получить жидкие диэлектрические нано-системы на основе оптически прозрачных диэлектрических жидкостей (вода, изопропанол, полиметилсилоксан и иммерсионное масло) и нано-порошков широкозонных полупроводников (TiO2 и ZnO) и диэлектриков (Al2O3 и SiO2) различной формы (от сферической до чешуйчатой) и размера (от 10 до 100 нм).

2. Качественно и количественно исследовать изменения оптических параметров (показателей поглощения и преломления) жидких диэлектрических нано-систем в поле видимого лазерного излучения с длинами волн 442 нм, 532 нм и интенсивностью не более 1 кВт/см2.

3. Исследовать спектры поглощения фотонов с энергиями (0.6;

6.2) эВ в жидких диэлектрических нано-системах. Построить модели энергетического спектра оптических электронов в массивах невзаимодействующих диэлектрических нано-объектов и сделать заключение об условиях формирования аномальных нелинейно-оптических свойств жидких диэлектрических нано-систем в полях низкоинтенсивного видимого лазерного излучения.

4. Провести сравнение экспериментальных и теоретических результатов и определить адекватность теории нелинейно-оптических свойств диэлектрических нано-систем в слабых оптических полях.

Положения, выносимые на защиту 1. Аномальность оптических свойств жидких диэлектрических нано-систем, проявляемая в нелинейных зависимостях показателей преломления и поглощения от интенсивности и частоты низкоинтенсивного (менее 1 кВт/см2) видимого лазерного излучения, формы нано-объектов и химического состава матриц.





2. Модель энергетического спектра оптических электронов невзаимодействующих диэлектрических нано-объектов, объясняющая наблюдаемые экспериментальные результаты.

3. Условия формирования аномальных нелинейно-оптических свойств диэлектрических нано-систем в полях низкоинтенсивного видимого лазерного излучения.

4. Фотоиндуцированная природа аномальности оптических свойств диэлектрических нано-систем, объясняемая оптическими переходами электронов в связанные состояния в запрещенной зоне диэлектрического нано объекта и его ориентацией во внешнем поле.

Научная новизна работы 1. Впервые количественно измерены нелинейные зависимости показателей поглощения и преломления жидких диэлектрических нано-систем на основе оптически прозрачных диэлектрических матриц с низкой объёмной концентрацией (менее 0.1%) диэлектрических нано-объектов от интенсивности и длины волны (442 и 532 нм) низкоинтенсивного (менее 1 кВт/см2) видимого лазерного излучения, формы наночастиц и химического состава матриц.

2. Впервые обоснована принципиальная роль химического состава матрицы и формы нано-объектов в формировании аномальных нелинейно-оптических свойств жидких диэлектрических нано-систем в полях низкоинтенсивного видимого лазерного излучения.

3. Впервые измерены зависимости спектров поглощения оптического излучения в массивах невзаимодействующих диэлектрических нано-объектов от химического состава матрицы и формы нано-объектов.

4. Впервые предложена модель энергетического спектра оптических электронов невзаимодействующих диэлектрических нано-объектов, объясняющая аномальные процессы рефракции и поглощения низкоинтенсивного видимого лазерного излучения в жидких диэлектрических нано-системах.

5. Экспериментально обоснована фотоиндуцированная природа аномальных нелинейно-оптических свойств жидких диэлектрических нано-систем в полях низкоинтенсивного видимого лазерного излучения.

6. Впервые проведена экспериментальная проверка теории нелинейно-оптических свойств диэлектрических нано-объектов в слабых оптических полях и получено согласие между экспериментальными и теоретическими зависимостями.

Практическая значимость диссертационной работы Практическая значимость работы заключается в том, что представленные экспериментальные и теоретические исследования позволят на более глубоком фундаментальном уровне понять природу взаимодействия лазерного излучения с диэлектрическими нано-объектами и усовершенствовать активные материалы на их основе для источников когерентного и некогерентного видимого и УФ излучений, а так же откроют в дальнейшем возможность создания новых материалов, в которых будут возможны нелинейно-оптические процессы передачи (оптическое ограничение и переключение, солитоны) и обработки оптических сигналов различного спектрального и энергетического диапазонов.

Апробация результатов работы Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих российских и международных конференциях и семинарах:

1. Asia-Pacific Conference on Fundamental Problems of Opto- and Microelectronics APCOM. Seoul, Korea, 2010.

5th Finnish-Russian photonics and laser symposium PALS. Saint Peterburg, Russia, 2.

2011.

Nanostructures: physics and technology. 19th International Symposium. Ekaterinburg, 3.

Russia, 2011.

4. Asia-Pacific Conference on Fundamental Problems of Opto- and Microelectronics APCOM. Dalian, China, 2012.

5. 3й Симпозиум «Полупроводниковые лазеры: физика и технология». Санкт Петербург, Россия, 2012.

6. Days on Diffraction. The Workshop on Metamaterials. Saint Petersburg, Russia, 2013.

7. Second Asian School-Conference on Physics and Technology of Nanostructured Materials ASCO-NANOMAT. Vladivostok, Russia, 2013.

8. Seminar in Department of Chemical Physics, Lund University. Lund, Sweden, 2013.

Достоверность полученных результатов Достоверность результатов работы обусловлена: использованием современных высокоточных экспериментальных методов нелинейной оптики (Z сканирование) и спектроскопии;

высокой степенью повторяемости результатов;

адекватных поставленным задачам современных методов физики твердого тела, квантовой и нелинейной оптики, квантовой механики и математической физики;

согласием экспериментальных и теоретических результатов с результатами других авторов, полученных в области пересечения объектов и задач исследования.

Публикации результатов работы Результаты работы были опубликованы в 23 статьях, из них 8 статей в ведущих рецензируемых журналах из перечня ВАК и 1 коллективная монография.

Личный вклад автора Все экспериментальные результаты получены автором лично;

все теоретические результаты и обоснования получены лично, либо при непосредственном участии автора.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения и списка литературы.

Работа написана на 120 страницах, содержит 31 рисунок, 4 таблицы и 234 источника литературы, включая публикации автора по теме диссертации.

II. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано общее описание конкретной фундаментальной проблемы физики и на этом фоне обоснована актуальность работы;

сформулированы цели и задачи, показана научная новизна работы и ценность полученных результатов.

В первой главе приводятся описания нано-объектов широкозонных полупроводников TiO2, ZnO и диэлектриков Al2O3, SiO2 (рис. 1), используемых для получения жидких диэлектрических нано-систем на основе оптически прозрачных полярных (вода, изопропанол) и неполярных (полиметилсилоксан ПМС и иммерсионное масло ИМ) диэлектрических матриц с низкой объемной концентрацией (0.1%) нано-объектов.

Рис. 1. Форма (от сферической до чешуйчатой) и размеры (от 10 до 100 нм) диэлектрических нано-объектов Al2O3, SiO2, TiO2 и ZnO, установленные при помощи атомно-силового микроскопа, а так же их растворы в изопропаноле и воде в процессе пробоподготовки нано-систем.

Описан используемый в работе метод Z-сканирования для качественного и количественного исследования процессов нелинейной рефракции и поглощения оптического излучения в прозрачных жидких диэлектрических нано-системах, который показал, что низкоинтенсивное (I 1 кВт/см2) лазерное излучение видимого диапазона (442 и 532 нм) индуцирует нелинейные изменения в показателях поглощения и преломления n оптического излучения в нано-системах (рис. 2) на основе только чешуйчатых наночастиц Al2O3 и SiO2 (рис.1), взвешенных в неполярных матрицах ИМ и ПМС, соответственно. При этом возникновение этих изменений напрямую связано с наличием в нано-системах диэлектрических наночастиц, поскольку оптические свойства матриц являются линейными в исследуемом спектральном и энергетическом диапазонах излучения.

Установлено, что особенности наблюдаемых изменений оптических параметров не характерны для теплового эффекта и не типичны для ранее известных нелинейно оптических материалов: низкая интенсивность возбуждения (менее 1 кВт/см2);

амплитуды и n быстро нарастают с ростом интенсивности света, достигая максимума (для не более 30 м-1, для n не более 1.5*10-4), а затем спадают до величин близких к нулю (рис. 2).

Экспериментально показано, что нано-системы на основе широкозонных полупроводниковых нано-объектов TiO2 и ZnO различной формы и размера (рис. 1), а так же диэлектрических нано-объектов Al2O3 и SiO2 сфероидной формы, взвешенные в полярных и неполярных матрицах, не изменяют своих оптических параметров под действием низкоинтенсивного (I 1 кВт/см2) лазерного излучения видимого диапазона (442 и 532 нм).

Рис. 2. Нелинейные зависимости изменений показателей поглощения и преломления n оптического излучения в массивах чешуйчатых наночастиц Al2O3 и SiO2 в ИМ и ПМС, соответственно, от интенсивности видимого лазерного излучения (точки – экспериментальные данные, пунктирные линии – теоретические зависимости).

Во второй главе приводятся результаты исследования методом оптической спектроскопии зависимостей спектров поглощения излучения с энергией фотонов от 0.6 до 6.2 эВ массивами невзаимодействующих нано-объектов TiO2, ZnO, Al2O3 и SiO от формы (рис. 3) и химического состава матрицы (рис. 3 и 4).

Установлено, что процессы нелинейной рефракции и поглощения низкоинтенсивного видимого лазерного излучения возникают в диэлектрических нано-системах на основе нано-объектов, массивы которых обладают полосой поглощения фотонов видимого излучения с энергией (~3 эВ), меньшей ширины запрещённой зоны объёмного материала нано-объектов (~8 эВ), и включающей в себя частоты лазерного излучения.

Показано, что условиями возникновения такой полосы являются:

1. Статическая диэлектрическая проницаемость матрицы должна быть меньше, чем у материала наночастиц.

2. Наличие донорных дефектных и полосы экситонных состояний в запрещенной зоне энергий оптических электронов диэлектрических нано-объектов.

3. Форма нано-объекта должна быть деформированной, что приводит к уширению дефектных и экситонных состояний и, соответственно, возникновению электронных переходов между ними под действием фотонов видимого света.

Рис. 3. Спектры поглощения оптического излучения массивом невзаимодействующих нано-объектов Al2O3 сферической (а), эллипсоидной (б) и чешуйчатой (в) форм в окружении диэлектрических матриц;

пунктирная линия (в) – теоретическая зависимость спектра поглощения изучения от его длины волны.

Теоретически исследовано влияние формы нано-объектов на спектр энергии их электронов, возбуждённых высокоэнергетическими (УФ) фотонами. На примере двух нано-объектов различной формы (рис. 5) показывается, что:

1. В нано-объекте деформированной формы в спектре энергии зарядов снимается вырождение по квантовому числу m, что приводит к сильному расщеплению энергетических уровней, величина которого растет с увеличением квантовых чисел l и m, а его характер зависит от величины р2 и вида деформации формы m 2 3 2 m 1 p 4 (рис.

R() следующим образом E n,l,m E 0 l l 1 l l n,l 2m 2 1 p 1 (рис. 5б).

5а) и E n,l,m E 0 l l n,l 2. Волновая функция, а, следовательно, и вероятность местонахождения заряда внутри нано-объекта более чувствительна к возмущению его формы, чем энергетический спектр и плотность состояний.

3. Деформация сферической формы нано-объекта приводит к увеличению вероятности местонахождения зарядов в тех местах объекта, где вероятность их нахождения в объекте недеформированной формы минимальна.

4. Нарушение сферичности формы нано-объекта приводит к перемешиванию чистых состояний, соответствующих сферическому объекту.

Рис. 4. Размытие края фундаментальной полосы поглощения фотонов с энергией Еф в массивах нано-объектов TiO2 (а) и ZnO (б), взвешенных в диэлектрических матрицах;

зависимости спектров поглощения видимого и УФ излучений в массивах диэлектрических нано-объектов Al2O3 (в) и SiO2 (г) чешуйчатой формы, взвешенных в ПМС (ИМ), изопропаноле и воде;

пунктирная линия – теоретическая зависимость спектра поглощения изучения от энергии фотонов.

Р Рис. 5. Влияние деформации нано-сферы радиуса R на энергетический спектр Еn,l,m её электронов, возбуждённых высокоэнергетическими фотонами.

Приводятся модели энергетических спектров оптических электронов массивов невзаимодействующих диэлектрических нано-объектов TiO2, ZnO, Al2O3 и SiO2, находящихся в различном химическом окружении (рис. 6), позволяющие обосновать физический механизм формирования аномальных нелинейно-оптических свойств диэлектрических нано-систем в полях низкоинтенсивного видимого лазерного излучения. Эти модели построены на следующих положениях:

1. Запрещенная зона содержит полосы разрешенных (дефектных и экситонных) энергетических состояний.

2. Дефектные поверхностные состояния диэлектрических нано-объектов Al2O3 и SiO2 являются донорными, однако для широкозонных полупроводниковых объектов такие состояния являются акцепторными.

3. Край фундаментальной полосы поглощения излучения в массивах диэлектрических нано-объектов размыт экситонными состояниями с различной энергией связи Есв;

4. Ширина полосы Есв экситонных состояний увеличивается с уменьшением размера нано-объекта и деформированием его формы;

5. Уширение экситонной полосы внутри запрещенной зоны обусловлено скачком статической диэлектрической проницаемости м н.о. на границе раздела нано объект – матрица. Однако скачек статической диэлектрической проницаемости на границе раздела м н.о. приводит к увеличению потенциального барьера для электронов, возбуждаемых в экситонные состояния, и уменьшению энергии связи экситонов.

Рис. 6. Модели энергетического спектра оптических электронов широкозонных полупроводниковых (TiO2, ZnO) и диэлектрических (чешуйчатые Al2O3 и SiO2) нано объектов в окружении полярных (вода, изопропанол) и неполярных (ПМС и ИМ) оптически прозрачных матриц Третья глава посвящена анализу теории нелинейно-оптических свойств нано объектов в слабых оптических полях, а так же количественному и качественному сравнению экспериментально полученных для диэлектрических нано-систем зависимостей спектров поглощения Abs. (рис. 3в, 4г), изменения показателей преломления n и поглощения (рис. 2) от интенсивности I и частоты низкоинтенсивного видимого лазерного излучения с теоретическими зависимостями:

n F I Abs F I arctg 2, n F2 I n n 2 1 I n n IS n I, 1 e I ln, n 2 1 I I n S где F I Is I Is, Is – интенсивность насыщения поглощения, n – центральная частота полосы поглощения, – ширина экситонных состояний, Гn – полуширина полосы поглощения. Параметры А и В определяются размером и концентрацией нано-объектов.

Показано, что результаты теории, построенной на предположении о фотоиндуцированной природе нелинейно-оптических свойств диэлектрических нано систем, объясняемой оптическими переходами электронов в связанные состояния в запрещенной зоне диэлектрического нано-объекта и его ориентацией во внешнем поле, находятся в согласии с экспериментальными данными.

В заключении приводятся важнейшие результаты диссертационной работы, обосновывается их значимость, и обрисовываются перспективы дальнейших исследований.

III. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ Основными результатами диссертационной работы являются:

Методом Z – сканирования показано, что низкоинтенсивное (I 1 кВт/см2) 1.

лазерное излучения видимого диапазона (442 и 532 нм) индуцирует аномальные изменения в показателях поглощения и преломления n нано-систем на основе чешуйчатых наночастиц Al2O3 и SiO2, взвешенных в неполярных матрицах ИМ и ПМС, соответственно. Возникновение этих изменений напрямую связано с наличием в нано-системах диэлектрических наночастиц, при этом особенности наблюдаемых изменений не характерны для теплового эффекта и не типичны для ранее известных нелинейно-оптических материалов:

низкая интенсивность возбуждения (I 1 кВт/см2);

амплитуды и n быстро нарастают с ростом интенсивности света, достигая максимума (для не более 30 м-1, для n не более 1.5*10-4), а затем спадают до величин близких к нулю.

2. Экспериментально было установлено, что необходимым условием проявления аномальных нелинейно-оптических свойств диэлектрических нано-систем в поле низкоинтенсивного видимого лазерного излучения является наличие в спектре пропускания нано-объектов полос поглощения этого излучения. Для возникновения полосы необходимо следующее: статическая диэлектрическая проницаемость матрицы (полярность молекул) была меньше, чем у материала наночастиц;

наличие донорных дефектных состояний и полосы экситонных состояний в запрещенной зоне энергий электронов нано-объекта;

форма нано объекта должна быть отлична от сферической.

3. На основе экспериментально полученных зависимостей спектров поглощения фотонов с энергиями от 0.6 до 6.2 эВ массивами невзаимодействующих диэлектрических нано-объектов TiO2, ZnO, SiO2 и Al2O3 от формы объектов и химического состава их окружения, построена модель энергетического спектра оптических электронов невзаимодействующих диэлектрических нано-объектов.

4. Проведенный теоретический анализ влияния формы нано-объектов на спектр энергии их электронов, возбужденных высокоэнергетическими фотонами, показал следующее. Деформация сферической формы нано-объекта приводит к увеличению вероятности местонахождения зарядов в тех местах объекта, где вероятность их нахождения в объекте недеформированной формы минимальна.

Нарушение сферичности формы нано-объекта приводит к перемешиванию чистых состояний, соответствующих сферическому объекту. В нано-объектах деформированной формы в спектре энергии электронов снимается вырождение по квантовому числу m, что приводит к сильному расщеплению энергетических уровней, величина которого растет с увеличением квантовых чисел l и m, а его характер зависит от величины и вида деформации формы.

5. Экспериментально обосновано предположение о фотоиндуцированном механизме формирования аномальных нелинейно-оптических свойств диэлектрических нано-систем в поле низкоинтенсивного видимого лазерного излучения из которого следует, что эти свойства должны проявляться на частотах излучения, лежащих в полосе поглощения. При этом в пользу теории свидетельствует согласие теоретических и экспериментальных зависимостей спектров поглощения оптического излучения диэлектрическими нано системами, а так же изменения их показателей преломления и поглощения от интенсивности и длины волны низкоинтенсивного видимого лазерного излучения.

6. В случае диэлектрических нано-систем на основе вязких и твердых диэлектрических матриц, механизм формирования их аномальных нелинейно оптических свойств остается прежним, однако существенно уменьшается роль ориентации нано-объектов вдоль направления поляризации внешнего оптического поля.

Научная значимость работы заключается в том, что полученные результаты позволяют на фундаментальном уровне глубже понять природу взаимодействия лазерного излучения с диэлектрическими нано-объектами, а так же указать пути использования таких объектов при создании активных материалов для источников когерентного и некогерентного видимого и УФ излучения.

Материалы диссертационной работы полностью отражены в следующих публикациях в журналах из перечня ВАК:

1. Dzyuba V.P., Milichko V.A., Kulchin Yu.N., Nontypical photoinduced optical nonlinearity of dielectric nanostructures. Journal of Nanophotonics 5, 053528, 2011.

2. Dzyuba V.P., Kulchin Yu.N., Milichko V.A., Effect of the shape of a nano-object on quantum-size states. Journal of Nanoparticle Research 14:1208, 2012.

3. Kulchin Yu.N., Dzyuba V.P., Milichko V.A., Dielectric nano-systems with unique optical properties. Advanced Material Research 677, pp. 36-41, 2013.

4. Dzyuba V.P., Kulchin Yu.N., Milichko V.A., Quantum-size states of a particle inside the deformed nanospheres. Advanced Material Research A 677, pp. 42-48, 2013.

5. Milichko V.A., Dzyuba V.P., Kulchin Yu.N., Unusual nonlinear optical properties of SiO2 nanocomposite in weak optical fields. Applied Physics A 11(1), pp. 319-322, 2013.

6. Valentin A Milichko, Anton I Nechaev, Viktor A Valtsifer, Vladimir N Strelnikov, Yurii N Kulchin, Vladimir P Dzyuba, Photo-induced electric polarizability of Fe3O nanoparticles in weak optical fields. Nanoscale Research Letters 8:317, 2013.

7. В.А. Миличко, В.П. Дзюба, Ю.Н. Кульчин, Аномальная оптическая нелинейность диэлектрических нанодисперсий. Квантовая Электроника, 43(6), 567-573, 2013.

8. В.П. Дзюба, Ю.Н. Кульчин, В.А. Миличко, Квантово-размерные состояния деформированной наносферы. ФТТ, 56(2), 2014.

В монографиях:

1. Dzyuba V.P., Kulchin Yu.N., Milichko V.A., Photonics of heterogeneous dielectric nanostructures in Nanocomposites – New Trends and Developments (edited by Farzad Ebrahimi, InTech, Rijeka, Croatia), Chapter 15, pp. 393-420, 2012.

В других журналах и сборниках:

1. Kulchin Yu.N., Dzyuba V.P., Milichko V.A., Optical nonlinearity of a biological liquid nanocomposite. Pacific Science Review 12(1), 4-7, 2010.

2. Dzyuba V.P., Kulchin Yu.N., Krasnok A.E., Milichko V.A., Dzyuba I.V., Nonlinear refractive index of dielectric nanocomposites as a function of intensity of radiation.

Pacific Science Review 12(2), 243-249, 2010.

3. Дзюба В.П., Миличко В.А., Кульчин Ю.Н., Нелинейно-оптические свойства взвеси наночастиц а-Al2O3 в иммерсионном масле в поле слабого непрерывного лазерного излучения. Перспективные направления развития нанотехнологий в ДВО РАН (Владивосток, Дальнаука) Том 4, стр. 39-60, 2011.

4. Kulchin Yu.N., Dzyuba V.P., Milichko V.A., The low-threshold photoinduced optical nonlinearity of liquid dielectric nanosystem. 5th Finnish-Russian photonics and laser symposium PALS, pp. 35-36, 2011.

5. Kulchin Yu.N., Dzyuba V.P., Milichko V.A., The nonlinear optical properties of suspensions of dielectric a-Al2O3 nanoparticles. Theory and experiment.

Nanostructures: physics and technology. 19th International Symposium, pp. 227-228, 6. Milichko V.A., Dzyuba V.P., Kulchin Yu.N., Nonlinear refraction and absorption of low-intensity radiation in the SiO2 nanosystem. Proceedings of the APCOM, pp.137 142, 2012.

7. Kulchin Yu.N., Dzyuba V.P., Milichko V.A., Photonics of dielectric nanosystem.

Proceedings of the APCOM, pp.142-149, 2012.

8. Dzyuba V.P., Kulchin Yu.N., Milichko V.A., Effect of nano-object shape on quantum-size states. Proceedings of the APCOM, pp.153-161, 2012.

9. Дзюба В.П., Кульчин Ю.Н., Миличко В.А., Аномальная оптическая нелинейность диэлектрических наноструктур. Материалы 3го симпозиума «Полупроводниковые лазеры: физика и технология», стр. 44, 10. Дзюба В.П., Кульчин Ю.Н., Миличко В.А., Деформирование формы наносферы и квантово-размерные состояния частицы в ней. Материалы 3го симпозиума «Полупроводниковые лазеры: физика и технология», стр. 45, 11. Нечаев А.И., Вальцифер В.Н., Стрельников В.А., Миличко В.А., Дзюба В.П., Кульчин Ю.Н., Синтез нанокомпозитов на основе полибутилметакрилата, проявляющих нелинейно-оптические свойства. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета.

Химическая технология и биотехнология, стр. 70-76, 2012.

12. Дзюба В.П., Кульчин Ю.Н., Миличко В.А., Форма и квантово-размерные состояния нано-объекта. Перспективные направления развития нанотехнологий в ДВО РАН (Владивосток, Дальнаука) Том 5, стр. 25-39, 2012.

13. Vladimir P. Dzyuba, Valentin A. Milichko, Yurii N. Kulchin, Photo-induced nonlinear optical response of dielectric nanoparticles. Days on diffraction. Workshop on meta-materials, p.108, 2013.

14. V.A. Milichko, V.P. Dzyuba, Yu.N. Kulchin, Dielectric nanoparticles with novel nonlinear optical properties. Second Asian School-Conference on Physics and Technology of Nanostructured Materials, pp. 175-176, Миличко Валентин Андреевич Аномальная оптическая нелинейность жидких диэлектрических нано-систем в полях лазерного излучения Автореферат Подписано к печати 11.11.2013г. Усл.п.л. 1.0 Уч.-изд. л. 0. Формат 6084/16. Тираж 100 экз. Заказ № Издано ИАПУ ДВО РАН. 690041, г. Владивосток, ул. Радио, дом Отпечатано участком оперативной печати ИАПУ ДВО РАН.

690041, г. Владивосток, ул. Радио, дом

 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.