Диссертация (1097499), страница 13
Текст из файла (страница 13)
ðàçäåë 1.1.2.), èíàáëþäàåìàÿ îïòè÷åñêàÿ àíèçîòðîïèÿ ÿâëÿåòñÿ àíèçîòðîïèåé ôîðìû. Íàáëþäàåòñÿ ìîíîòîííàÿ çàâèñèìîñòü àíèçîòðîïèè ÎÏÊ îò ïëîòíîñòè òîêàòðàâëåíèÿ, îïðåäåëÿþùåãî ïîðèñòîñòü èñõîäíûõ îáðàçöîâ ÏÊ. Ìàêñèìàëüíàÿ âåëè÷èíà äâóëó÷åïðåëîìëåíèÿ ÎÏÊ äîñòèãàåòñÿ äëÿ îáðàçöà ñ ìàêñèìàëüíîé ïîðèñòîñòüþ è ñîñòàâëÿåò ∆n = 0,024, ÷òî áîëåå ÷åì â äâà ðàçàïðåâûøàåò àíèçîòðîïèþ êðèñòàëëè÷åñêîãî êâàðöà.Îòìåòèì, ÷òî, â îòëè÷èå îò ÏÊ äëÿ ÎÏÊ çàâèñèìîñòü âåëè÷èíû äâóëó÷åïðåëîìëåíèÿ îò ïëîòíîñòè òîêà ñóùåñòâåííî íåëèíåéíà (ñð. ðèñ.
2.13è ðèñ. 2.26). Ýòîò ýôôåêò ñâÿçàí ñ áîëåå ñèëüíîé ïî ñðàâíåíèþ ñ ÏÊ çàâèñèìîñòüþ ïîðèñòîñòè ÎÏÊ îò ïëîòíîñòè òîêà òðàâëåíèÿ è îáúÿñíÿåòñÿ,ïî-âèäèìîìó, ïî÷òè ïîëíûì ¾çàðàñòàíèåì¿ ïîð ïðè îêèñëåíèè íèçêîïîðèñòûõ ñëîåâ ÏÊ. Íàïðîòèâ, â îáðàçöàõ áîëüøèõ ïîðèñòîñòåé äàæå ïîñëåîêèñëåíèÿ îñòàþòñÿ ïîðû, óïîðÿäî÷åííîñòü êîòîðûõ è îáóñëîâëèâàåò äâó840.0250.020∆n0.0150.0100.005102030405060(70/80902)Ðèñ. 2.26.
Çàâèñèìîñòü âåëè÷èí äâóëó÷åïðåëîìëåíèÿ ñëîåâ îêèñëåííîãî ïîðèñòîãîêðåìíèÿ îò ïëîòíîñòè òîêà ýëåêòðîõèìè÷åñêîãî òðàâëåíèÿ ïëàñòèíû êðåìíèÿ.ëó÷åïðåëîìëåíèå ôîðìû.2.2.3.2. Äèñïåðñèÿ îïòè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ è ìîäåëèðîâàíèå îïòè÷åñêîéàíèçîòðîïèè â îêèñëåííîì ïîðèñòîì êðåìíèèÀíàëèç ðèñ. 2.25 ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü íåêîòîðûå äàííûå î äèñïåðñèèâåëè÷èíû äâóëó÷åïðåëîìëåíèÿ.
Ýòè ðåçóëüòàòû ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 2.27.Êàê âèäíî, ñ óìåíüøåíèåì äëèíû âîëíû âåëè÷èíà ∆n âîçðàñòàåò. Ýòîòðåçóëüòàò ñâÿçàí ñ íîðìàëüíîé äèñïåðñèåé îêñèäà êðåìíèÿ, èç êîòîðîãîñîñòîÿò íàíîêëàñòåðû ÎÏÊ.Áîëåå äåòàëüíàÿ èíôîðìàöèÿ î äèñïåðñèè ïîêàçàòåëåé ïðåëîìëåíèÿìîæåò áûòü ïîëó÷åíà èç àíàëèçà ñïåêòðîâ ïðîïóñêàíèÿ ïîëÿðèçîâàííîãî ÈÊ èçëó÷åíèÿ. Äèñïåðñèîííûå çàâèñèìîñòè ïîêàçàòåëåé ïðåëîìëåíèÿäëÿ îáûêíîâåííîé è íåîáûêíîâåííîé âîëí â ÈÊ äèàïàçîíå ïðèâåäåíû íàðèñ. 2.28.Äëÿ àíàëèçà ïîëó÷åííûõ äèñïåðñèîííûõ çàâèñèìîñòåé ïî àíàëîãèè ñ85203040506070800.0202222222∆n0.015///////0.0100950 C, 2,50.00560080010001200(14001600)Ðèñ.
2.27. Äèñïåðñèÿ âåëè÷èíû äâóëó÷åïðåëîìëåíèÿ äëÿ îáðàçöîâ ÎÏÊ, ïîëó÷åííûõïðè ðàçëè÷íûõ ïëîòíîñòÿõ òîêà.ÏÊ èñïîëüçîâàëàñü îáîáùåííàÿ ìîäåëü Áðóããåìàíà, â êîòîðîé ïðåäïîëàãàëîñü, ÷òî êàê íàíîêëàñòåðû îêñèäà êðåìíèÿ, îáðàçîâàâøèåñÿ â ðåçóëüòàòå îêèñëåíèÿ êðåìíèåâûõ íàíîêðèñòàëëîâ, òàê è ïîðû òàêæå ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ñïëþñíóòûå ñôåðîèäû. Ñëåäîâàòåëüíî, ìîæíî ïðåäïîëîæèòü,÷òî ñëîé ÎÏÊ, ñôîðìèðîâàííûé íà îñíîâå ÏÊ (110), òàêæå áóäåò ïðîÿâëÿòü ñâîéñòâà îòðèöàòåëüíîãî îäíîîñíîãî êðèñòàëëà, à åãî îïòè÷åñêàÿ îñüáóäåò ñîâïàäàòü ñ íàïðàâëåíèåì [001]. Äåéñòâèòåëüíî, â òîì ñëó÷àå, êîãäà íàïðàâëåíèå ïîëÿðèçàöèè èçëó÷åíèÿ ñîâïàäàëî ñ êðèñòàëëîãðàôè÷åñêîé îñüþ [001] èñõîäíîé ïëàñòèíû êðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ, âåëè÷èíûïîêàçàòåëåé ïðåëîìëåíèÿ îêàçûâàëèñü ìåíüøå, ÷åì â òîì ñëó÷àå, êîãäàíàïðàâëåíèå ïîëÿðèçàöèè èçëó÷åíèÿ ñîâïàäàëî ñ êðèñòàëëîãðàôè÷åñêîéîñüþ [110], ÷òî íå ïðîòèâîðå÷èò âûäâèíóòîìó âûøå ïðåäïîëîæåíèþ.Äèñïåðñèîííûå çàâèñèìîñòè ÎÏÊ áûëè ýêñòðàïîëèðîâàíû ïî ìîäèôèöèðîâàííîé ôîðìóëå Áðóããåìàíà (2.30) ñ èñïîëüçîâàíèåì äèñïåðñèè ïîêàçàòåëåé ïðåëîìëåíèÿ ïëàâëåíîãî êâàðöà, êîòîðàÿ çàäàåòñÿ çàêîíîì (2.54)861,40 QI::no1,35:none..nen,1,301,2512345λ,Ðèñ.
2.28. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå è ðàñ÷¼òíûå äèñïåðñèîííûå çàâèñèìîñòè ïîêàçàòåëåéïðåëîìëåíèÿ îáðàçöà ÎÏÊ äëÿ îáûêíîâåííîé è íåîáûêíîâåííîé âîëí.ñî ñëåäóþùèìè ïàðàìåòðàìè: A = 1,44902, B = 0,004604, C = −0,000381,D = −0,0025268, E = −0,00007722 [112].  êà÷åñòâå âàðüèðóåìûõ ïàðàìåòðîâ ýêñòðàïîëÿöèè èñïîëüçîâàëèñü âåëè÷èíû ïîðèñòîñòè p è ôàêòîðîâäåïîëÿðèçàöèè L|| è L⊥ ). Óäîâëåòâîðèòåëüíîå ñîãëàñèå ðàññ÷èòàííîé äèñïåðñèè ïîêàçàòåëåé ïðåëîìëåíèÿ îáûêíîâåííîé è íåîáûêíîâåííîé âîëí ñýêñïåðèìåíòàëüíûìè äàííûìè áûëî ïîëó÷åíî ïðè p = 0, 3, L|| = 0,210 èL⊥ = 0,58 (ñì.
ðèñ. 2.28).  äàëüíåéøåì ýòè çíà÷åíèÿ áóäóò èñïîëüçîâàíûäëÿ àíàëèçà ïðîöåññà ãåíåðàöèè òðåòüåé ãàðìîíèêè íà ïðîïóñêàíèå (ñì.ðàçäåë 3.3.2.).2.2.4. Ïîðèñòûé ôîñôèä ãàëëèÿÓïîðÿäî÷åííîå ðàñïîëîæåíèå ïîð â ïîðèñòîì ôîñôèäå ãàëëèÿ (ÏÔÃ)òàêæå ïðèâîäèò ê âîçíèêíîâåíèþ îïòè÷åñêîé àíèçîòðîïèè. Òàê, â ðàáîòå[116] ñîîáùàëîñü î äîñòèæåíèè âåëè÷èíû äâóëó÷åïðåëîìëåíèÿ ∆n = 0.24 âñëîå ÏÔÃ, ñôîðìèðîâàííîãî íà ïîäëîæêå êðèñòàëëè÷åñêîãî GaP ñ îðèåíòàöèåé ïîâåðõíîñòè (111).
 äàííîì ñëó÷àå ïîðû ðàñïîëîæåíû ïî íîðìàëè âïîâåðõíîñòè, à ñëîé ÏÔà îáëàäàåò ñâîéñòâàìè ïîëîæèòåëüíîãî êðèñòàëëà87(0.20654)32 [110]0.16 [001]0.122.352.30n[001]2.25n[110]2.202.151500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000(-1)Ðèñ. 2.29. Ñïåêòð îòðàæåíèÿ (à) è äèñïåðñèÿ ïîêàçàòåëè ïðåëîìëåíèÿ (á) äëÿ ñâåòà,ïîëÿðèçîâàííîãî âäîëü íàïðàâëåíèé [110] è [001] [117].ñ îïòè÷åñêîé îñüþ, íàïðàâëåííîé âäîëü êðèñòàëëîãðàôè÷åñêîãî íàïðàâëåíèÿ [111].Êàê è äëÿ ÏÊ, èñïîëüçîâàíèå íèçêîñèììåòðèéíûõ ïîâåðõíîñòåé êðèñòàëëîâ GaP, íàïð. (110), äëÿ èçãîòîâëåíèÿ ïîðèñòûõ ñëî¼â, ïðèâîäèò êòîìó, ÷òî ó ñôîðìèðîâàííîãî ïîðèñòîãî îïòè÷åñêè àíèçîòðîïíîãî ñëîÿ îïòè÷åñêàÿ îñü áóäåò ðàñïîëîæåíà â ïëîñêîñòè ïîâåðõíîñòè.Êàê ïîêàçûâàåò èçìåðåíèå îòðàæåíèÿ â ÈÊ äèàïàçîíå, ñëîé ÏÔÃ, ñôîðìèðîâàííûé íà ïîäëîæêå ñ îðèåíòàöèåé (110), äåéñòâèòåëüíî îáëàäàåò äâóëó÷åïðåëîìëåíèåì.
Ïî ñïåêòðàì îòðàæåíèÿ, ñîäåðæàùèì èíòåðôåðåíöèîííûå ïèêè (ðèñ. 2.29,a), áûëè îïðåäåëåíû ïîêàçàòåëè ïðåëîìëåíèÿ ÏÔÃè èõ äèñïåðñèÿ (ðèñ. 2.29,á). Êàê âèäíî, ïðè ïîëÿðèçàöèè âäîëü íàïðàâëåíèÿ [001], ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ èìååò íàèáîëüøóþ âåëè÷èíó, òîãäàêàê äëÿ íàïðàâëåíèÿ [110] îí ìèíèìàëåí. Òàêèì îáðàçîì, âåëè÷èíà àíèçîòðîïèè ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ â èññëåäîâàííîì ñëîå ÏÔà ñîñòàâèëà∆n = 0, 04 [117].88 íåëèíåéíîé îïòèêå êðèñòàëëû ñ êóáè÷åñêîé ðåøåòêîé, òàêèå êàê GaP,GaAs, InP è äðóãèå, îáëàäàþùèå âûñîêîé îïòè÷åñêîé íåëèíåéíîñòüþ, äîíàñòîÿùåãî âðåìåíè íå èñïîëüçîâàëèñü, ïîñêîëüêó îíè ÿâëÿþòñÿ îïòè÷åñêèèçîòðîïíûìè.
Îáíàðóæåíèå äâóëó÷åïðåëîìëåíèÿ ñ îïòè÷åñêîé îñüþ, ëåæàùåé â ïëîñêîñòè ñëîÿ ÏÔà ñ îðèåíòàöèåé ïîâåðõíîñòè (110), îòêðûâàåòíîâûå âîçìîæíîñòè äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ GaP â íåëèíåéíîé îïòèêå.  ÷àñòíîñòè, â äàííîì ñëó÷àå ñòàíîâèòñÿ âîçìîæíûì äîñòè÷ü ïîëíîãî ôàçîâîãîñîãëàñîâàíèÿ äëÿ ïðîöåññîâ ïðåîáðàçîâàíèÿ ÷àñòîò ïðè íîðìàëüíîì ïàäåíèè íàêà÷êè (90◦ ñèíõðîíèçì). Ïîäîáíûé ðåæèì ôàçîâîãî ñîãëàñîâàíèÿïðèâëåêàòåëåí ïîñêîëüêó îí ìåíåå ÷óâñòâèòåëåí ê ðàñõîæäåíèþ ïó÷êîâíàêà÷êè è ñóììàðíîé ÷àñòîòû óìåíüøàþùåìó ýôôåêòèâíîñòü ïðåîáðàçîâàíèÿ.
Êðîìå òîãî, óãîë ìåæäó âåêòîðàìè Ïîéíòèíãà íàêà÷êè è ñóììàðíîé÷àñòîòû â ýòîì ñëó÷àå ðàâåí íóëþ, ÷òî ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü, ïó÷êè ñìåíüøèì äèàìåòðîì è íåëèíåéíûå ñðåäû ñ áîëüøåé òîëùèíîé [118].2.2.5. Ïîðèñòûé îêñèä àëþìèíèÿÌû èññëåäîâàëè äâóëó÷åïðåëîìëåíèå â ñëîÿõ ïîðèñòîãî îêñèäà àëþìèíèÿ (ÏÎÀ), äëÿ êîòîðîãî ñðåäíåå ðàññòîÿíèå ìåæäó ïîðàìè áûëî çíà÷èòåëüíî ìåíüøå, ÷åì äëèíà âîëíû âèäèìîãî äèàïàçîíà (äëÿ èññëåäóåìîãî îáðàçöà ïåðèîä ñòðóêòóðû ñîñòàâèë îêîëî 90 íì, à ðàçìåð ïîð áûëîêîëî 30 íì).
Åñëè ðàññìàòðèâàòü äàííûé îáðàçåö êàê îäíîðîäíóþ îïòè÷åñêóþ ñðåäó ñ ýôôåêòèâíûì ïîêàçàòåëåì ïðåëîìëåíèÿ. òî, ó÷èòûâàÿ,÷òî ïîðû â ÏÎÀ îðèåíòèðîâàíû ïåðïåíäèêóëÿðíî ïîâåðõíîñòè ïëåíêè,ñëåäóåò îæèäàòü äâóëó÷åïðåëîìëåíèÿ ôîðìû: äîëæíû ðàçëè÷àòüñÿ ïîêàçàòåëè ïðåëîìëåíèÿ ñâåòà, ïîëÿðèçîâàííîãî âäîëü ïîð (íåîáûêíîâåííàÿâîëíà) è ïåðïåíäèêóëÿðíî ïîðàì (îáûêíîâåííàÿ âîëíà). Ñëîé ÏÎÀ ïðèýòîì áóäåò ïðîÿâëÿòü ñâîéñòâà ïîëîæèòåëüíîãî îäíîîñíîãî êðèñòàëëà (∆n = ne − no > 0) [73].Äëÿ îïðåäåëåíèÿ âåëè÷èíû îïòè÷åñêîé àíèçîòðîïèè ÏÎÀ áûëè âûïîëíåíû èçìåðåíèÿ ñïåêòðîâ ïðîïóñêàíèÿ ïëåíîê ÏÎÀ, ïîìåùåííûõ ìåæäó89Iper/Ipar1010.110 10.1 101 min 10.110 10.110 10.1500θ=00θ=45θ=50min 1θ=60θ=700max 1000min 1max 2600700800(900)Ðèñ. 2.30. Ñïåêòðû ïðîïóñêàíèÿ îáðàçöà ÏÎÀ â ñêðåùåííûõ ïîëÿðèçàòîðàõ, íîðìèðîâàííûå íà åãî ñïåêòðû ïðîïóñêàíèÿ â ïàðàëëåëüíûõ ïîëÿðèçàòîðàõ, äëÿ ðàçëè÷íûõóãëîâ ïàäåíèÿ èçëó÷åíèÿ [119].ñêðåùåííûìè è ïàðàëëåëüíûìè ïîëÿðèçàòîðàìè ïðè ðàçëè÷íûõ óãëàõ ïàäåíèÿ θ çîíäèðóþùåãî èçëó÷åíèÿ.
Íà ðèñ. 2.30 ïðåäñòàâëåíû ñïåêòðû ïðîïóñêàíèÿ â ñêðåùåííûõ ïîëÿðèçàòîðàõ, íîðìèðîâàííûå íà ñïåêòðû ïðîïóñêàíèÿ â ïàðàëëåëüíûõ ïîëÿðèçàòîðàõ, (Iper /Ipar ) ïðè ðàçëè÷íûõ óãëàõïàäåíèÿ çîíäèðóþùåãî èçëó÷åíèÿ â ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå 500-950 íì.Ïî ïîëîæåíèþ ìàêñèìóìîâ è ìèíèìóìîâ â ñïåêòðàõ ïðîïóñêàíèÿ ïðèðàçëè÷íûõ óãëàõ ïàäåíèÿ θ áûëà ðàññ÷èòàíà óãëîâàÿ çàâèñèìîñòü âåëè÷èíû àíèçîòðîïèè ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ ∆n äëÿ îáðàçöà ÏÎÀ, êîòîðàÿïðåäñòàâëåíà íà ðèñ.
2.31. Êàê âèäíî, ðàçíîñòü ïîêàçàòåëåé ïðåëîìëåíèÿäëÿ îáûêíîâåííîé è íåîáûêíîâåííîé âîëí íàðàñòàåò ïðè óâåëè÷åíèè óãëàïàäåíèÿ çîíäèðóþùåãî èçëó÷åíèÿ îò íóëåâîãî çíà÷åíèÿ äî ∆n = 0, 018ïðè θ = 70◦ ; ýòî ïîäòâåðæäàåò ïðåäïîëîæåíèå î òîì, ÷òî îïòè÷åñêàÿ îñüíàïðàâëåíà ïî íîðìàëè â ïîâåðõíîñòè.Äëÿ îäíîîñíîãî êðèñòàëëà óãëîâàÿ çàâèñèìîñòü àíèçîòðîïèè ïîêàçàòåëÿ900.020ne- no0.0150.0100.0050.0000 10 20 30 40 50 60 70 80 90()Ðèñ. 2.31.
Çàâèñèìîñòü âåëè÷èíû äâóëó÷åïðåëîìëåíèÿ ÏÎÀ îò óãëà ïàäåíèÿ èçëó÷åíèÿ.Ñïëîøíàÿ ëèíèÿ - ðåçóëüòàò àïïðîêñèìàöèè ïî ôîðìóëå (2.56) [119]ïðåëîìëåíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ ôîðìóëîé:∆n(θ0 ) = no rcos2 θ0 +1³ ´2none· sin2 θ0− 1(2.56)ãäå θ0 óãîë ìåæäó îïòè÷åñêîé îñüþ è íàïðàâëåíèåì ðàñïðîñòðàíåíèÿëó÷à âíóòðè îáðàçöà; äëÿ s-ïîëÿðèçàöèè θ0 = arcsin(sin(θ/no )).
Ñîãëàñíîôîðìóëå (2.56) áûëà àïïðîêñèìèðîâàíà ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ çàâèñèìîñòüâåëè÷èíû äâóëó÷åïðåëîìëåíèÿ ñëîÿ ÏÎÀ îò óãëà ïàäåíèÿ èçëó÷åíèÿ (ðèñ.2.31). Âåëè÷èíû ãëàâíûõ ïîêàçàòåëåé ïðåëîìëåíèÿ, ñîîòâåòñòâóþùèå íàèëó÷øåé àïïðîêñèìàöèè, ñîñòàâèëè no = 1,59 è ne = 1,65. Òàêèì îáðàçîì,âåëè÷èíà àíèçîòðîïèè ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ äëÿ äàííîãî îáðàçöà ÎÏÊäîñòèãàåò ∆n = 0, 06. Ïîëó÷åííûå çíà÷åíèÿ óäîâëåòâîðÿþò îáîáù¼ííîéìîäåëè Áðóããåìàíà, â êîòîðîé ïîðû ïðåäïîëàãàþòñÿ èìåþùèìè ôîðìó öèëèíäðîâ, ïðè ïîðèñòîñòè ÏÎÀ 16% [119].912.2.6. Äâóëó÷åïðåëîìëåíèå â ùåëåâûõ êðåìíèåâûõ ñòðóêòóðàõâ øèðîêîì äèàïàçîíåÍà ðèñ.
2.32 ïîêàçàí òèïè÷íûé ñïåêòð ïðîïóñêàíèÿ ÙÊÑ, èçìåðåííûé âøèðîêîì ÈÊ äèàïàçîíå (20 10000 cì−1 èëè 500 1 ìêì) äëÿ äâóõ íàïðàâëåíèé ïîëÿðèçàöèè: âäîëü ùåëåé è ïåðïåíäèêóëÿðíî ê ùåëÿì [71]. Óñëîâíîâåñü äèàïàçîí èçìåðåíèé è àíàëèç ñòðóêòóðíûõ ñâîéñòâ ÙÊÑ ìîæíî ðàçäåëèòü íà òðè ÷àñòè.1) Äàëüíèé ÈÊ äèàïàçîí (20 600 cì−1 èëè 500 16 ìêì).  ýòîì äèàïàçîíå èìååò ìåñòî ðàçëè÷èå ìåæäó ñïåêòðàìè ïðîïóñêàíèÿ ïðè ðàçëè÷íûõïîëÿðèçàöèÿõ èçëó÷åíèÿ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
