la revue de physique appliquee

LA R E V U E D E PHYSIQUE APPLIQUEE Publiee sous la responsabilite de la Commission des Publications Frangaises de Physique Editeur

President : F. L A L O E ( E . N . S . , Paris) Scientifique : G. FOURN1ER (O.N.E.R.A.) Co-Editcurs

C. J. G. J. C. A.

Seientific/ues

:

A. F R O V A (Rome, Italie) M . I L E G E M S (Lausanne, Suisse) J. J E R P H A G N O N . (Conflans-Ste-Honorine) L . P. K U B I N (Poitiers) Η. M U G H R A B I (Erlangen, R . F . A . )

C A M Y - P E Y R E T (Paris) C A S T A 1 N G (Meudon) C H A R P A K (Geneve, Suisse) C H A U V I N (Paris) D E U T S C H (Orsay) F A Y T (Louvain, Suisse)

Redacteur

en chef

:

V.M. O R E R A (Saragosse, Espagne) V. S A F A R O V (Leningrad, U . R . S . S . ) M . S O U T I F (Grenoble) J . Τ ΑΙΝΕ (Chätenay-Malabry) P. V E Y S S I E R E (Poitiers) C . W E I S B U C H (Orsay) W. Z A W A D S K I (Varsovie, Pologne)

Jeanne B E R G E R

L a Revue de Physique Appliquee parait ä raison de douze numeros par an. Les domaines couverts sont : sciences des materiaux, physique des dispositifs electroniques, physique des fluides et mecanique, physique des transferts d'energie, physique des particules dans le vide et les plasmas, optique et lasers et instrumentation. Les manuscrits proposes doivent etre inedits, et rendre compte, soit de mesures originales relatives ä des phenomenes ou des materiaux connus, soit de met nodes experimentales ou d'appareillages nouveaux. L a Revue publie egalement des notes breves presentant des resultats ou des dispositifs experimentaux originaux en deux pages de revue maximum, y compris resumes frangais, anglais et figures, ainsi que des mises au point en physique appliquee ou instrumentale.

The Revue de Physique Appliquee publishes twelve issues a year. The topics covered are : science of materials, physics of electronic devices, physics of fluids and mechanics, physics of energy transferts, physics of particles in vacuum and plasmas, lasers and optics and instrumentation. Manuscripts submitted should describe either original measurements relating to known phenomena or materials, or novel experimental methods or apparatus, which have not been published elsewhere. The Revue publishes also short notes on results or original experimental devices, which, together with abstracts in French and English and figures, occupy no more than two pages. Overview articles on applied or instrumental physics are also accepted. L A N G U A G E . — French, English, G e r m a n or Russian.

L A N G U H S . — Fran?ais, anglais, allemand ou russe.

M A T E R I A L T O BE SUBMITTED :

DOCUMENTS A FOURNIR :

— Three copies of text, typewritten double-space on one side only, with margins of at least 4 cm.

— Texte en trois exemplaires, dactylographies en double interligne au recto seulement, avec marges de 4 cm au moins. — Resume dans la langue originale, en un seul paragraphe. — Traductions du titre et du resume en anglais et en frangais. — Titre abrege de 50 signes au plus, pour tetes de pages. — Legendes des figures et references numerotees sur pages separees. — Pour les articles en frangais, les legendes doivent etre ä la fois en frangais et en anglais. — Figures originales sur calque, numerotees au crayon ; joindre une copie ä chaque exemplaire du texte. — Numeros de code dans Physics Abstracts.

— Title and one-paragraph abstract in the original language, plus translations in English (if the original language is not English) and if possible in French (if not, they will be translated by the Revue). — Shortened title of less than 50 letters for use as page head. — Figure captions and numbered references on separate sheets. — For articles in French, figure and table captions must be submitted in both French and English. — Original figures on tracing paper numbered with pencil ; join a copy of the figures to each copy of the manuscript. — Code number according to Physics Abstracts.

O n se conformera, pour la presentation du texte, des resumes, des formules, figures, tableaux et references, aux regies du Manuel dc Redaction de la Societe Europeenne de Physique. (J. Physique 34 (1973) l-V II I.) Nc rien souligner ä l'encre ou au crayon rouge. Les indications necessaircs (position des figures, definition des symboles ou caracteres speciaux la premiere fois ou ils sont employes) serorit donnees en marge au crayon.

The presentation of the text, abstracts, displayed formulae, figures, tables and references should follow the recommendations of the Style Manual of the European Physical Society. (./. Phvsique 34 (1973) l - V I I I . ) Avoid the use of ink or red pencil. T h e proper indications (figure positions, definition of symbols or special characters when used for the first time) should be indicated on the margin with a pencil.

T I R E S A P A R T . — Les auteurs en regoivent gratuitement 5 0 . Des tires ä part supplementaires peuvent etre envoyes sur demande. Les manuscrits doivent etre soumis ä :

R E P R I N T S . — T h e authors receive 5 0 reprints free of charge. Additional reprints may be sent upon request. Manuscripts should be submitted to :

REVUE D E PHYSIQUE APPLIQUEE Secretaire : Denise L E L I E V R E Batimenl 510, Universite Paris-Sud - 91405 O R S A Y (France) Apre.s aecepiaiion dc lour article, les auteurs adresseronl leur corrcspondancc i\ :

A f t e r the manuscript has been acccpled, any further coirespondence should be addressed to :

LES E D I T I O N S D E P H Y S I Q U E / . I . de Courlabwuf - B . P . 112 - Avenue du Hoggar, 91944 L E S U L I S C E D E X (France) Tel. : (1) 69 07 36 88 — Telex : 692321 F ABONNEMENTS -

SUBSCRIPTIONS

1987

France Surface

J o u r n a l d e P h y s i q u e ( t o m e 48) — Publication mensuelle (12 n u m e r o s par an) Published

Monthly

(12 issues

Revue de Physique

per year)

Appliquee

Etranger

Courrier ordinaire

( v o l . 22) — Publication mensuelle (12 n u m e r o s par an) certains

mail

F.F. 1 9 3 0

F.F. 2 3 3 0

F.F. 1 3 3 0

F.F. 1 610

F.F. 2 400

S.F.

numeros

regroupent un sujet precis Published

Monthly

(12 issues

per year)

some

deal with

definite

topics

E u r o p h y s i c s L e t t e r s ( v o l . 3 et 4) — Publication bi-mensuelle (24 n u m e r o s par an) Published

bi-monthly

(24 issues

C o l l o q u e s - Conference

per year)

Proceedings

—

595

L a p a r u t i o n d ' u n C o l l o q u e d e p e n d d e la d a t e ä l a q u e l l e il s ' e s t

tenu (temps de publication : environ 6 mois) The publication (it requires

of Conference

about

6 months

Proceedings

to publish

depends

on the date

when

these

Conferences

have

been

F

A n n a l e s d e P h y s i q u e ( v o l . 1 2 ) — 6 p a r u t i o n s a n n u e l l e s — 6 issues

A I

ABONNEMENTGROUPE

Journal

COMBINED

L e t t e r s + C o l l o q u e s + A n n a l e s d e P h y s i q u e ( B + C + D + E + F)

A

II

ABONNEMENT GROUPE COMBINED

A III

SUBSCRIPTION SUBSCRIPTION

Journal

de de

Physique Physique

+ +

Revue Revue

per year de de

Physique Physique

Appliquee

+

Appliquee

+

Journal

de Physique

+

Revue

COMBINED

A n n a l e s de Physique (B + C + Έ

de Physique

Appliquee

+ F)

350 Prix de ce ^ t r n e g ^ F r ^ n ^ F 3Üö\ Et ranger F 35(

Staatsbibliothek I ft 4 .·. _ - ι. *

+

F.F. 3 190

F.F. 3 840

F.F. 1 0 3 0

F.F. 1 570

F.F. 8 3 8 0

F.F. 9 9 3 0

F.F. 7 680

F.F. 9 0 5 5

F.F. 6 2 0 0

F.F. 7 7 5 0

Europhysics Europhysics

L e t t e r s + C o l l o q u e s ( B + C + D + E)

ABONNEMENT GROUPE SUBSCRIPTION

held

a Colloquium)

Colloques

+

REVUE DE PHYSIQUE APPLIQUEE

T O M E 22,

N

e

DECEMBRE

12

1987

SOMMAIRE Lasers Femtosecondes et Phenomenes Ultrarapides Impulsions

ultracourtes J . - C . D I E L S , J.J. F O N T A I N E et W. R U D O L P H

1605

Autocorrelation interferometrique monocoup d'impulsions femtosecondes. F. S A L L I N , P. G E O R G E S , G . L E S A U X , G . R O G E R et A. B R U N

Diagnostiqucs ultrarapides. (Texte en anglais)

1613

Synthese de forme d'impulsions de Fourier picosecondes et femtosecondes. (Texte en anglais). A . M . W E I N E R et L P . H E R I T A G E

1619

Etude d'un laser ä colorant ä impulsions ultra-breves regulees pour la spectroscopic non lineaire femtoseconde. (Texte en anglais) ' . . Y . I S H I D A et Τ. Y A J I M A

1629

Evolution d'impulsions lumineuses en couic (« chirped ») et regime stationnaire dans les lasers ä colorant femtosecondes ä blocage en phase des modes passifs. (Texte en anglais). V . P E T R O V , W. R U D O L P H et Β. W I L H E L M I

1639

Lasers ä colorant continu ä blocage de mode passif fonctionnant de 490 nm ä 800 nm. (Texte en anglais). P.M.W. F R E N C H , J . A . R . W I L L I A M S et J R . T A Y L O R

1651

P. M A I N E , D . S T R I C K L A N D , P. B A D O , Μ. P E S S O T et G . M O U R O U

1657

Amplificateur optique multipassage utilisant une geometrie de resonnateur confocal double. (Texte en anglais). R . L . F O R K , F . A . B E I S S E R et D . K . F O R K Sur un preamplificateur laser femtoseconde de conception optique simple C. HIRLIMANN

1665 1673

Effets des automodulations, modulation induite et modulation croisee de phase sur la generation d'impulsions picosecondes et femtosecondes de lumiere blanche ä trcs large bände spectrale. (Texte en anglais). P.L. B A L D E C K , P.P. H O et R . R . A L F A N O

1677

E n route vers le Petawatt

Phenomenes

ultrarapides

Etude par laser femtoseconde des processus ultra-rapides dans les semi-conducteurs et les grosses molecules. (Texte en anglais) C . L . T A N G , F.W. W I S E et I . A . W A L M S L E Y

1695

Non linearites excitoniques subpicosecondes dans les puits quantiques. (Texte en anglais). M. J O F F R E , D . H U L I N , A . M I G U S , A . M Y S Y R O W 1 C Z et Α. ΑΝΤΟΝΕΤΓΙ

1705

Effets femtosecondes et coherents dans le CdSe solide et les verres dopes au Cd Se^S^,.. (Texte en anglais). N. P E Y G H A M B A R I A N ct S.W. K O C H

1711

Dynamique intramoleculaire et intermolcculairc dans les liquides moleculaires par diffusion stimulec impulsionncllc resoluc aux temps femtosecondes. (Texte en anglais). S. R U H M A N , A . G . J O L Y , B. K O H L E R , L . R . W I L L I A M S et Κ.A. N E L S O N

1717

Battcmcnts Terahertz de modes vibrationnels etudies par spectroscopic Raman coherent femtoseconde. (Texte en anglais) R. L E O N H A R D T , W. H O L Z A P F E L , W. Z I N T H et W. K A I S E R

1735

Oscillations ultrarapides de l'absorption et dc la birefringence photoinduites observecs par une technique de modulation temporelle J . C H E S N O Y ct A. M O K H T A R I

1743

Dynamique moleculaire du benzene aprcs excitation par des impulsions laser femtosecondes. (Texte en anglais) J. E T C H E P A R E , G . G R I L L O N , G . H A M O N I A U X , Α. ΑΝΤΟΝΕΤΓΙ et A. O R S Z A G

1749

Rcactivite femtoseconde d'un electron en solution aqucuse. (Texte en anglais). Y . G A U D U E L , A . M I G U S , J.P. C H A M B A R E T et A. A N T O N E T T I

1755

Etude des photo-proccssus rapides dans les molecules biologiques au moyen d'un spectrophotometre laser femtoseconde. (Texte en anglais) S . V . C H E K A L I N , Y u . A . M A T V E E T S et A . P . Y A R T S E V

1761

Processus de relaxation femtosecondes dans des milieux non lineaircs etudies avec une lumiere incoherente. (Texte en anglais) T . K O B A Y A S H I , T . H A T T O R I , A . T E R A S A K I et Κ. K U R O K A W A

1773

Etudes theoriques de la relaxation vibrationnclle de l'iode dans le xenon liquide ä faible densite. (Texte en anglais) J . K . B R O W N , D . J . R U S S E L L , D . E . S M I T H et C . B . H A R R I S

1787

Sections efficaces limitees pour couplage multiphotonique. (Texte en anglais). . K . B O Y E R , H . J A R A , T . S . L U K , I . A . M c I N T Y R E , A. M c P H E R S O N ,

R. R O S M A N et C . K . R H O D E S

1793

Preparation d'alliages amorphes silicium-etain hydrogencs. (Texte en anglais). M. V E R G N A T , G . M A R C H A L et M. P I E C U C H

1803

Articles reguliere Science Physique

des materiaux des dispositifs

electroniques

Modelisation de la barriere de Schottky cn presence d'etats d'interface distribues spatialement. G . N . L U , T . N E F F A T I et C . B A R R E T

Physique

1809

des particules dans le vide et les plasmas

Caracteristiques energetiques de cathodes ä micropointes ä emission dc champ. A. B R E N A C , R. B A P T I S T , G . C H A U V E T et R. M E Y E R

1819

Optique et lasers Une nouvelle technique de stabilisation cn frequence d'un laser sur une cavite de Fabry-Perot. G . C A M Y , R. A M E R et N. C O U R T I E R

Index Auteurs du Tome 22, 1987 Les titrcs dc la Revue sont repris dans le Bulletin Signaletiquc du C N R S , Physics Abstracts et Current Contents.

1835 i84i

Revue Phys. Appl. 22 (1987) 1735-1741

D ß C E M B R E 1987,

PAGE

1735

Classification Physics Abstracts 42.65 — 32.50

Terahertz beats of vibrational modes studied by femtosecond coherent Raman spectroscopy R. Leonhardt, W . Holzapfel, W . Zinth and W . Kaiser Physik Department E l l der Technischen Universität München, München, F . R . G . (Regu le 9 juin 1987, accepte le 18 septembre 1987)

Resume. — Une technique par Raman coherent femtoseconde recemment developpee permet de mesurer des spectres Raman coherent ä transformed de Fourier avec des differences haute-frequence. L'excitation simultanee de differents modes de vibration avec une force motrice accordable ä large bände conduit ä un fort battement de la diffusion Raman coherent de la sonde. L a haute resolution temporelle du montage experimental permet de mesurer des battements de frequence de plus de 10 T H z avec une precision elevee. Abstract. — A recently developed femtosecond coherent Raman technique allows the measurement of Fourier transform coherent Raman spectra with high-frequency differences. The simultaneous excitation of different vibrational modes with a broad-band tunable driving force leads to a strong beating of the coherent Raman probe scattering. The high time resolution of the experimental set-up allows one to measure beat frequencies of more than 10 T H z with high precision.

The Fourier transformation of the experimental data gives a difference frequency spectrum. The freDuring the past decade, time-resolved coherent quency resolution of this technique can be improved Raman methods have attracted considerable interest by using numerical filtering procedures prior to the for the study of fast dynamic processes. I n particular, Fourier transformation, (iii) A third way to analyse time-resolved coherent Raman scattering made it the data is a comparison of the data taken in a high possible to measure — in the time domain — rapid time resolution experiment with time dependent dephasing processes of molecular vibrations in l i functions. High accuracy can be obtained for the quids and elucidated various line broadening determination of difference frequencies. mechanisms [1-5]. It is the aim of this paper to focus In this letter we present new experimental data of attention on a more recent application. Although time-resolved coherent Raman spectroscopy taken time-resolved Raman scattering collects data in the with a novel femtosecond Raman spectrometer [12, time domain, it allows valuable information to be 13]. The results of these time-domain experiments obtained in the frequency domain. There are various are subsequently numerically analysed. I n this way approaches to relate the time and the frequency we obtain frequency differences with high precision. domain [6-11] : (i) Time resolved coherent Raman The high time resolution of the femtosecond cohescattering, where the spectrum of the coherently rent Raman set-up allows one to measure very high scattered light is recorded, has been extensively difference frequencies. After a short theoretical studied using picosecond light pulses. It is possible to description of the basic ideas of the technique we remove the homogeneous contribution to the transigive experimental results. We show that terahertz tion line-width. One finds spectra with narrower quantum beats up to 10 T H z can be measured giving lines and one obtains transition frequencies with precise values for the frequency differences of vibrahigh accuracy. This technique has been applied to tional transitions separated by up to 350 c m " . the study of congested spectral regions, where the spontaneous Raman spectrum is smooth, but where 2. Theory. the line-narrowing technique revealed structure due to distinct transitions [9-11]. (ii) I n the second Time-resolved coherent Raman scattering is commethod the time evolution of the coherent Raman monly treated under the following assumptions [1]. probe signal is recorded with high time resolution. The light fields are described by Maxwell's equation 1. Introduction.

1

1736

R E V U E D E PHYSIQUE APPLIQUfiE

and the vibrational transitions are represented by two-level systems. Changes in the population of the two molecular levels are neglected (weak Raman interaction). The expectation value of the vibrational amplitude, the coherent amplitude (q), is the relevant quantity for the description of time-resol­ ved coherent Raman spectroscopy. First, we discuss the coherent experiment for a single homogeneously broadened transition with dephasing time T . We use the ansatz of plane waves for the coherent 2

amplitude

(q)

Q e x p ( - io> t + ik x)

= (i/2)

q

q

+

c.c. and assume an isotropic Raman tensor for the investigated vibration. The coherent amplitude of a Raman active mode at frequency a) is excited via transient stimulated Raman scattering by a pair of light pulses, the laser pulse E and the Stokes pulse E [ 1 , 14]. The electric fields are considered to be plane waves, e.g. q

L

s

the anti-Stokes side of the Raman spectrum gener­ ated by the nonlinear polarization P^s :

^*AS = λ