Дряхлушін В. Ф., Гайкович К. П. Інститут фізики мікроструктур РАН ГСП-105, Нижній Новгород – 603950, Росія Тел.: (8312) 675535, e-mail: dvf@ipm.sci-nnov.ru

Анотація – Метою даної роботи є дослідження просторового розподілу мод випромінювання двоколірного напівпровідникового лазера в ближній зоні лазера. Даний лазер призначений для генерації тера-герцового випромінювання при змішанні двох близько лежачих мод інфрачервоного випромінювання, де нелінійним елементом є оптичний хвилевід, тому в ньому поряд з синхронізацією мод пред’являються строгі вимоги до просторового поєднання мод. Картина випромінювання лазера в ближній зоні була отримана методом ближньо-польний оптичної мікроскопії, в якому зонд був приймачем оптичного випромінювання. Для підвищення роздільної здатності отриманого зображення була проведена його деконволюції за допомогою рішення оберненої задачі Тихонова при обліку передавальної функції зонда, тобто обліку його розмірів і діаграми спрямованості випромінювання, що дозволило поліпшити дозвіл експериментально отриманого зображення в 2-3 рази. В роботі наведені карти випромінювання різних мод лазера в ближньому полі при різних токах накачування, що дозволяє вибрати оптимальні режими його роботи.

I. Вступ

Метою даної роботи є дослідження просторового розподілу мод випромінювання в двокольоровому напівпровідниковому ІК лазері. Привабливою особливістю цього лазера є можливість генерації терагерцового випромінювання в його оптичному хвилеводі при змішанні двох мод, різницева частота яких лежить у вказаному діапазоні. При цьому нелінійним елементом є сам оптичний хвилевід з арсеніду галію. Очевидно, що для ефективного перетворення випромінювання необхідна не тільки синхронізація мод, але і їх просторове поєднання. Картина випромінювання лазера в ближній зоні випромінювання (тобто фактично в самому хвилеводі) була отримана методом ближньо-польний оптичної мікроскопії, в якому зонд був крапковим приймачем оптичного випромінювання [1]. Для поліпшення вирішення даного зображення нами була вирішена зворотна задача Тихонова при обліку передавальної функції зонда, тобто кінцівки його розмірів і діаграми спрямованості, використовуючи розроблений нами раніше метод підвищення дозволу в бліжнепольной мікроскопії [2]. Це дозволило в 2 – 3 рази поліпшити дозвіл отриманого експериментально зображення.

II. Основна частина

При отриманні зображення в скануючої зон-довой мікроскопії передатна функція зонда згладжує реальну картину. Якщо передавальна функція відома (навіть приблизно) можна вирішити зворотну задачу з відновлення зображення. Як відомо з теорії некоректних задач, проблема зводиться до вирішення інтегрального рівняння Фредгольма 2-го роду. Якщо двовимірне (2D) розподіл сигналу відомо, тоді зв’язок між виміряним і дійсним зображенням може бути виражена як 2-D конволюция:

(х, у) = / / К (x-s, y-t) z (s, t) dsdt,

де ядро ​​є передавальної функцією, z (х, у) – вимірюваний сигнал, і дійсне розподіл може бути обчислено. Рішення цього рівняння дозволяє відновити зображення поверхні з високим дозволом.

Ключовим питанням методу, розвиненого в [2], є знаходження передаточної функції рівняння по найдрібніших деталей зображення. Передавальна функція зонда мікроскопа була знайдена з аналізу тестової структури в [2], і було показано, що відповідне ядро ​​може бути апроксимувати двовимірним гауссовским розподілом з параметрами напівширини <