נושא הפרוייקט
מספר פרוייקט
מחלקה
שמות סטודנטים
אימייל
שמות מנחים
התגובה התרמואופטית האולטרא-מהירה של מתכות דרודה
Ultrafast Thermo-optic response of Drude metals
תקציר בעיברית
בשנים האחרונות, ישנו מחקר נרחב בנושא התגובה של מתכות להארה אופטית חזקה. מחקר זה ייחס את התגובה למקורות פיסיקליים שונים ודווחו מגוון תוצאות שונות לגודל הלא לינאריות תלוית עוצמת השדה החשמלי. בפרויקט זה, חקרנו את התגובה הלא לינארית של מתכות דרודה (תיאור פשטני יחסית) להארה בפולסים שהולכים ומתקצרים. המודל כולל שני חלקים. ראשית, דינמיקת הטמפרטורה כתוצאה מבליעת פולס אור בעל עוצמה גבוהה, שנית, מודל לתלות המקדם הדיאלקטרי של מתכות דרודה בטמפרטורה. פתרנו נומרית את המודל (5 משוואות דיפרנצאליות, מצומדות, לא לינאריות), חישבנו את הפולרזיציה והשוונו אותה לקירוב אדיאבטי-חסר-דיספרסיה. מטרתנו הייתה להבין את התלות של התגובה הלא לינארית במשך הפולס ועוצמת ההארה, לפתח מודל פשוט של התגובה התרמו-אופטית ולהבין מתי קירוב זה אינו מתאר כראוי את התגובה. אף על פי שמדובר בפיסיקה מורכבת, הצלחנו למצוא קירוב פשוט לפולריזציה הלא לינארית. להפתעתנו הקירוב עבד היטב אף מעבר לתחום התקפות. תגלית זו, ללא ספק, תעודד מחקר עתידי בנושא.
תקציר באנגלית
Over the last few decades, extensive previous studies of the response of metals to intense optical illumination ascribe to it different physical origins and report wide variations of the magnitude of intensity-dependent nonlinearities. Here, we study the nonlinear response of (the relatively simple) Drude metals under ultrashort pulse illumination of gradually shorter durations. The model includes, first, the temperature dynamics induced by absorption of an intense pulse and second, the Drude metal permittivity dependence on the temperature. We numerically solved the model for the polarization, (five nonlinear coupled differential equations) and compared it to the adiabatic-dispersion-free approximation. Our purpose and objectives were to understand and to model the dependence on pulse duration and intensity using a simple thermo-optic model and explore deviations from the simplistic approximated model for very short pulses. Despite the complex physics, we managed to find a simple approximate expression for the nonlinear polarization that describes the response quite well. Surprisingly, the approximation performs quite well even beyond its regime of validity. This discovery will undoubtedly inspire further investigation.