Диссертация (Научно-методические и физико-технологические принципы создания оптоэлектронных устройств нового поколения на модифицированных наноструктурах), страница 35

Плеханов;заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО МГУПС (МИИТ). №2013122597/28 заявл. 17.05.2013; опубл. 20.03.2015 Бюл.№8.- с.10: ил.117.http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Кристаллический_кремний&oldi=53598151.118.http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Разделение_изотопов&oldi=62541612.119. Гусев, А.В. Получение и свойства стабильных изотопов кремния высокойхимической и изотопической чистоты [Электронный ресурс]/Гусев А.В.,Гавва В.А., Гибин А.М.// Институт химии высокочистых веществ РАН г.Нижний Новгород.

http://www.myshared.ru/slide/636165/.120. Руф, T. Теплопроводность изотопно-обогащенного кремния [Текст] /Т.Руф//Solid State Communications. -2000.- Т.115.-№5, с.243.121. Kato, Jiro [ Text ] Host isotope effect on the localized vibrational modes ofoxygen in isotopicalle enriched 28 Si, 29 Si and 30 Si single crystals / Jiro Kato,Kohei M. Itoh // Physical Review B 68, 035205 (2003).122. Morita. K. Growth and characterization of 70 Gen / 74Gen isotope superlattices [Text] /K.

Morita, K. M. Itoh, J. Muto, K. Mizoguchi, N. Usami, Y. Shiraki, E.E.Haller// Thin Solid Films 369 (2000) 405-408.236123. Журавлева, Л.М. Развитие отрасли нанотехнологий в России:методология,концепция и практика [ Текст]. Монография. /Л.М.Журавлева, А.А. Потапов – М.: АНО Изд. Дом «Науч. Обозрение», 2014.160с.124. Герасименко, Н.Н. Кремний – материал наноэлектроники [Текст] /Н.Н.Герасименко, Ю.Н.

Пархоменко – М.:Техносфера, 2007.-352с.Список сокращений и условных обозначенийВОСП – волоконно-оптическая система передачи информации;TDM – система временного уплотнения каналов;WDM – системы волнового уплотнения;НТЛ - нейтронное трансмутационное легирование;ОВ – оптическое волокно;ФКВ – фотонно-кристаллическое волокно;НРС – низкоразмерные структуры;ИНС – изотопические наноструктуры;ВОЛС – волоконно-оптическая линия связи;STM – транспортный модуль;SDH – синхронные системы передачи;АТМ – асинхронные системы передачи;DWDM- система плотного волнового уплотнения;UDWDM - система сверхплотного волнового уплотнения;OTDM – система оптического временного уплотнения;МЛЭ – молекулярно-лучевая эпитаксия;УУ- усилительный участок;РУ – регенерационный участок;АВХ – амплитудно-волновая характеристика;СВР – сверхрешетка;237ИСВР – изотопическая сверхрешетка;МЦМ – оптический модулятор Маха-Цендера;ОМ – оптический модулятор;ФП – фотоприемник.C - пропускная способность ВОСП;N - число каналов связи;V - скорость передачи информации;Е экс - энергия экситона;Е св - энергия связи экситона;е - заряд электрона;F - ширина полосы частот;D – динамический диапазон;Pc - мощность сигнала;Рш - мощность шума;РОВ - максимальная мощность на входе ОВ;Авх - максимально допустимый уровень сигнала на входе ОВ;а з - величина защищенности передачи оптического сигнала;K f - число волновых каналов;k = 2π / λ - волновое число;λ - длина волны;L - длина участка усиления (регенерации);W - удельная полоса пропускания ОВ;Е н - энергия нейтрона;σ i - сечение поглощения нейтронов;l п - глубина поглощения нейтронов;ϕ - интенсивность потока нейтронов;t - время облучения;K o - число атомов вещества в 1см 3 ;238n - коэффициент (показатель) преломления; - постоянная Планка;с - скорость света;Е - уровень квантования;N - число слоев многослойной структуры∆f - ширина полосы излучения лазера;m -эффективная масса электрона;ε - диэлектрическая проницаемость материала;ω - частота света;ν - частота фононной моды;d - период сверхрешетки;V j - высота потенциального барьера;∆ - энергетическая ширина мини-зоны;R - чувствительность ФП;I ш - темновой ток ФП;239ПРИЛОЖЕНИЯПриложение 4.1а.

Программа расчета интеграла перекрытия от K (∆ρ )Приложение 4.1б. Программа расчета напряженности электрического поляE (x) в волокнеM := 200M1 := M + 1N := 5000i := 0 .. M1240 ( i − 100, ⋅p  if 100 < i ≤ M1 100  −( 100 − i, ⋅p  if 0 ≤ i ≤ 100f100 ( i − 100, ⋅p  if 99 9 i ≤ M1y1 , i := f 100  −( 100 − i, ⋅p  if 0 ≤ i ≤ 99f100y0 , i :=f8c := 3 ⋅10dx :=2 ⋅ρM−5ρ := 0.5 ⋅10dX :=π ⋅dx2 ⋅ρ2R := 0.1F :=2h ⋅R⋅dX2cj := 1 .. Ni := 1 .. My0 , 0 := 1y0 , M := 1yj+1 , i := + 2 − 2 ⋅R − F, ⋅yj , i − yj−1 , i + R⋅(yj , i+1 + yj , i−1)Приложение 4.2.

Расчет постоянной распространения в многослойномволноводе241242Приложение 4.3. Расчет стоячей волны в многослойном волноводеПриложение 4.4. Расчет коэффициента отражения для многослойноговолновода243244245Приложение 4.5. Решение дисперсионного уравнения с помощьюпрограммы Mathcad. Для этого необходимо:Задать значения констант:Задать постоянные параметры:,,. Причем все величиныВвести необходимые функцииприводятся к стандартным единицам измерения, для чего значение энергиидомножается на заряд электрона, чтобы перевести ее из эВ в Дж.Решением этого уравнение является функциональная зависимость,:поэтому они присваиваются некоторой функцииСледующим этапом задаются параметрами осей и шагом их изменения.Это является узким местом программы, так как чтобы получить плавныйграфик, количество точек должно быть большим. Но это сильно влияет напроизводительность, поэтому приходится идти на компромисс:После этого строится собственно сам график зависимости энергии оттолщины барьера (ямы).Как видно из рис.4.7а,б, график состоит из небольшого числа точек(100 на 100), но на построение его уходит около минуты.

При увеличениикачества время работы увеличивается в геометрической прогрессии.Чтобы избавиться от этого недостатка, задачу можно решить другимспособом – написанием программы на языке программирования,оптимизированной для решения только данной задачи.246Приложение 4.6. Решение дисперсионного уравнения на языке С++ ипрограмма в MathcadВ качестве такого языка выбран С++. Код с комментариями приведенниже.Первым делом необходимо также задать значения констант ипостоянных параметров:float h = 1.055e-34;float e = 1.602e-19;float V = 0.3e-3;float m0 = 9.11e-31;float m = 0.5*m0;Затем ввести необходимые функции,,.

На этом этапевозникает проблема: стандартные средства языка не позволяют работать скомплексными числами, но в общем случае эти функции принимают именнотакие значения. Поэтому необходимопреобразовать эти формулы так, чтобы избавиться от этого недостатка.Область принимаемых значений функций распадается на три интервала.При значенияхфункцииибудутпринимать действительные положительные значения (этой причине). Побудет также действительной, поэтому никакихпреобразований не требуется.При значенияхфункциядействительные положительные значения (также будет принимать).

А вотэтом интервале будет уже комплексной. Чтобы избавиться от этого,необходимо вынести мнимую единицу за знак функциина247. Если воспользоватьсяиизвестными формулами:Причем все величины приводятся к стандартным единицам измерения,для чего значение энергиидомножается на заряд электрона, чтобыперевести ее из эВ в Дж.float k1(float E){ return sqrt(2*m*E*e)/h;}float k2(float E){ return sqrt(2*m*(V-E)*e)/h;}float q2 (float E){ return sqrt(2*m*(E-V)*e)/h;}float LeftPartOfFunction(float E, float a){if(E<V) return (k2(E)* k2(E)-k1(E)*k1(E))/(2*k2(E)*k(E))*sinh(k2(E)*a)*sin(k1(E)*a)+cosh(k2(E)*a)*cos(k(E)*a);else return (-q2(E)*q2(E)-k1(E)*k1(E))/(2*q2(E)*k1(E))*sin(q2(E)*a)*sin(k1(E)*a)+cos(q2(E)*a)*cos(k1(E)*a);}Решением этого уравнение является функциональная зависимость,поэтому они присваиваются некоторой функции:bool FF0(float E, float a, float b){if(abs(LeftPartOfFunction(E, a, b)) < 1) returntrue;else return false;}Следующим этапом задаются параметрами осей и шагом измененияпеременных:float minE = 0;float maxE = 1e-3;float minX = 0;float maxX = 100e-9;248int maxx = Width;int maxy = Height;float dh = (maxX - minX) / maxx;float dE = (maxE - minE) / maxy;После этого строится график, последовательно проверяя все точки иззаданного диапазона на удовлетворение условию:for(int x = 0; x < maxx; x++){for(int y = 0; y < maxy; y++){if(FF0(minE + y*dE, minX + x*dh, minX + x*dh))Pixels[x][y] = clRed;else Pixels[x][ y] = clWhite;}}Запустив программу, получается график зависимости энергии оттолщины барьера (ямы):Как видно из рисунка, результат совпадает с полученным ранее.Скорость построения возрастает в разы – график размером 1000х1000 точекстроится менее 10 сек (в Mathcad график размером 100х100 точек строилсяоколо минуты).Текст программы в Mathcad− 19e := 1.602⋅ 10− 34h := 1.055⋅ 10249− 31m0 := 9.11⋅ 10−3V := 0.3⋅ 10m := 0.5⋅ m0k0( E) :=2m⋅ E⋅ ehq ( E) :=22m⋅ ( V − E) ⋅ ehf1 ( E , a , b , :=2 q ( E, 2 − k0( E, 2  ⋅ sinh ( q ( E, ⋅ b , ⋅ sin ( k0( E, ⋅ a, ( cosh ( q ( E, ⋅ b , ⋅ cos ( k0( E, ⋅ a, 2⋅ q ( E, ⋅ k0( E, Givenf1 ( E , a , a, ≤ 1FF0( E , a, := Find ( a , E,−3E := 0 , 0.01⋅ 10−9a := 0 , 1⋅ 10−3..

1⋅ 10−9.. 100⋅ 10 q ( E, 2 − k0( E, 2  ⋅ sinh ( q ( E, ⋅ b , ⋅ sin ( k0( E, ⋅ a, ( cosh ( q ( E, ⋅ b , ⋅ cos ( k0( E, ⋅ a,f1 ( E , a , b , :=  2⋅ q ( E, ⋅ k0( E, мм250Приложение 4.7. Программа Mathcad для определения разрешенныхзначений энергии− 19ez := 1.602⋅ 10− 34h := 1.055⋅ 10− 31m0 := 9.11⋅ 10m 7= 0.067⋅ m0N := 3−9ρ := 2⋅ 10V1 := 0.3V0 := 02m⋅ ( E − V, ⋅ ezk ( E , V, :=h2ost2( a) := a − floor afloor  ⋅25 =2 2 2ost2( 4) = 0Xstart ( i) := ρ⋅ ( i − 1)Xfinish ( i) := ρ⋅ iV( i) :=V1 if ost2( i)1V0 otherwise ei⋅ k ⋅ x e− i⋅ k ⋅ x S( E , k , x, :=  i⋅ k ⋅ x− i⋅ k ⋅ x −k ⋅ e k⋅ eL( E , i, := S( E , k ( E , V( i, , , 0,R( E , i, := S( E , k ( E , V( i, , , ρ,M ( E , i, := L( E , i, ⋅ R( E , i,C( E) :=−1res ← 1i←1while i ≤ Nres ← res ⋅ M ( E ) i)i←i( 1resc2 := 1K0( E) := S( E ) k ( E ) V( 0) ) ) 0)(F( E) := k ( E ) V( 0) ) ⋅ C( E)0) 00 c2 −1⋅ C( E) ⋅ L( E ) N ( 1) ⋅ − k ( E ) V( N ( 1) ) ⋅ C( E)) − (C(E)1 ) 0 − k(E ) V(N ( 1))⋅ C(E)1 ) 1)0) 1.