Универсальный характер разрушения конденсированных сред мощным терагерцовым излучением и критерий аббе

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Макин В.С., Макин Р.С. Универсальный характер разрушения конденсированных сред мощным терагерцовым излучением и критерий аббе // Оптический журнал. 2020. Т. 87. № 1. С. 3–11. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2020-87-01-03-11

Makin V.S., Makin R.S. The universal character of the breakdown of condensed media by powerful terahertz radiation and the Abbe criterion [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2020. V. 87. № 1. P. 3–11. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2020-87-01-03-11

Ссылка на англоязычную версию:

V. S. Makin and R. S. Makin, "The universal character of the breakdown of condensed media by powerful terahertz radiation and the Abbe criterion," Journal of Optical Technology. 87(1), 1-7 (2020). https://doi.org/10.1364/JOT.87.000001

Аннотация:

Проведен анализ новых экспериментальных результатов по разрушению поверхностей полупроводников и тонких металлических пленок ультракороткими импульсами линейно поляризованного излучения терагерцового диапазона. Показано, что характер наблюдающегося разрушения хорошо объясняется в рамках универсальной поляритонной модели, апробированной для взаимодействия ультракороткоимпульсного излучения видимого и ближнего инфракрасного спектральных диапазонов с конденсированными средами. С использованием нелинейной математической модели формирования кратных длине волны воздействующего излучения пространственных периодов нанорешеток показано, что в оптическом и терагерцовом диапазонах периоды образующихся решеток существенно меньше линейного дифракционного предела. Продемонстрировано преодоление дифракционного предела в нелинейных процессах формирования интерференционных нанорешеток нормальной и аномальной ориентаций.

Ключевые слова:

ультракороткоимпульсное терагерцовое излучение, взаимодействие, металлы и полупроводники, поверхностные поляритоны, самоорганизационные микрорешетки, универсальная поляритонная модель, дифракционный предел

Коды OCIS: 190.3270, 260.3230, 160.6030

Список источников:

1. Макин В.С., Макин Р.С. Нелинейное взаимодействие линейно поляризованного лазерного излучения с конденсированными средами и преодоление дифракционного предела // Опт. спектр. 2012. Т. 112. № 2. С. 193–198.
2. Макин В.С., Макин Р.С., Воробьев А.Я., Гуо Ч. В сб. «Нелинейность в современном естествознании» / под ред. Малинецкого Г.Г. М.: изд. ЛКИ, 2009. C. 303–322.
3. Irizawa A., Suga S., Nagashima T., et al. Laser-induced fine structures of silicon exposed to THz-FEL // Appl. Phys. Lett. 2017. V. 111. P. 251602.
4. Agranat M.B., Chefonov O.V., Ovchinnikov A.V., et al. Damage in thin film by high power terahertz radiation // Phys. Rev. Lett. 2018. V. 120. P. 085704.
5. Chefonov O.V.,·Ovchinnikov A.V., Evlashin S.A., et al. Damage threshold of Ni thin film by terahertz pulses // J. Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. 2018. V. 39. № 11. P. 1047–1054. DOI: 10.1007/s10762-018-0537-8.
6. Чефонов О.В., Овчинников А.В., Евлашин С.А. и др. Деградация и разрушение тонких стальных пленок при многократном воздействии сверхкоротких импульсов THz-излучения // Письма в ЖТФ. 2019. Т. 45. Вып. 11. С. 41–43.
7. Barsi C., Fleischer J.W. Nonlinear Abbe theory // Nature Photonics. 2013. V. 7. P. 639–643.
8. Макин В.С., Логачева Е.И., Макин Р.С. Локализованные поверхностные плазмон поляритоны и нелинейное преодоление дифракционного оптического предела // Опт. спектр. 2016. Т. 120. № 4. P. 641–646.
9. Saleu P., Basini M., Bonoti S., Hembling J., Krasilnikov M., Nikitin A.Y., Samuilov G., Tibai Z., Zhaunerchuk V., Goryashko V. Matter manipulation with extreme terahertz light: Progress in the enabling THz technology // Physics Reports. September 26, 2019.
10. Hirori H., Shinokita K., Shirai M., et al. Extraordinary carrier multiplication gated by a picoseconds electric field pulse // Nature Commun. 2011. V. 2. Article 594.
11. Hebling J., Hoffmann M.C., Hwang H.Y., Yeh K.-L., Nelson K.A. Observation of nonequilibrium carriers distribution in Ge, Si and GaAs by terahertz pump-terahertz probe measurements // Phys. Rev. B. 2010. V. 81. P. 035201.

12. O’Shea B.D., Andonian G., Barber S.K., Clarke C.I., Hoang P.D., Hogan M.J., Naranjo B., Williams O.B., Yakimenko Y., Rosenzweig J.B. Conductivity induced by high-field terahertz waves in dielectric materials // Phys. Rev. Lett. 2019. V. 123. P. 134801.
13. Fauchet P.M., Siegman A.E. Observation of higher-order laser-induced surface ripples on (111) germanium // Appl. Phys. A. 1983. V. 32. № 3. P. 135–140.
14. Либенсон М.Н., Макин В.С., Трубаев В.В. Лазерно-индуцированный рельеф гексагональной симметрии на поверхности (111) германия // Письма в ЖТФ. 1995. Т. 21. № 4. С. 44–50.
15. Williams C.R., Andrews S.R., Maier S., et al. Highly confined guiding of terahertz surface plasmon polaritons on structured metal surfaces // Nature Photonics. 2008. V. 2. P. 175–179.
16. Макин В.С., Макин Р.С., Воробьев А.Я. и др. Диссипативные наноструктуры и универсальность Фейгенбаума в неравновесной нелинейной системе металл — мощное поляризованное УКИ излучение // Письма в ЖТФ. 2008. Т. 34. № 9. С. 55–64.
17. Овчинников А.В., Чефонов О.В., Ситников Д.С. и др. Источник терагерцового излучения с напряженностью электрического поля свыше 1 МВ/см на основе фемтосекундного хром-форстеритового лазера с частотой следования импульсов 100 Гц // Квант. электрон. 2018. Т. 48. № 6. С. 554–558.
18. Abbe E. Beiträge zur Theorie des Mikroskops und der Mikroskopischen Wahrnehmung // Archiv Mikroskop. Anatomie. 1873. Bd. 9. S. 413–468.
19. Kudryashov S.I., Seleznev L.V., Rudenko A.A., Ionin A.A. In situ supercontinuum nanopatterning of silicon surface by femtosecond laser super-filaments // Pis’ma v ZhETF. 2019. V. 109. P. 160–161.
20. Kudryashov S.I., Seleznev L.V., Rudenko A.A., Ionin A.A. In situ supercontinuum nanopatterning of silicon surface by femtosecond laser super-filaments // JETP Lett. 2019. V. 109. P. 157–162.
21. He X., Datta A., Nam W., et al. Sub-diffraction limited writing based on laser induced periodic surface structures (LIPSS) // Scientific Reports. 2016. V. 6. Article 35035. DOI: 10.1038/srep35035.
22. Dar M.H., Saad N.A., Sahoo C., et al. Ultrashot laser-induced reproducible nano-gratings on a molibdenum surface // Laser Phys. Lett. 2017. V. 14. № 5. P. 026181.
23. Klar T.A., Wollhofen R., Jacak J. Sub-Abbe resolution: From STED microscopy to STED lithography // Phys. Scripta. 2014. V. T162. P. 014049.
24. Wang S., Subhankar S., Bienias P., et al. Dark state optical lattice with a subwavelength spatial structure // Phys. Rev. Lett. 2018. V. 120. P. 083601.
25. McDonald M., Trisnadi J., Yao K.-X., et al. Superresolution microscopy of cold atoms in an optical lattice // Phys. Rev. X. 2019. V. 9. P. 021001.
26. Huang F.M., Zheludev N.I. Supper-resolution without evanescent waves // Nano Lett. 2009. V. 9. P. 1249–1254.