Диссертация (1097499), страница 15
Текст из файла (страница 15)
2.39,á. Îòìåòèì, ÷òî ñ óâåëè÷åíèåì äëèíû âîëíû nef fñòðåìèòñÿ ê ïîêàçàòåëþ ïðåëîìëåíèÿ ëàìèíàðíîé ñòðóêòóðû (ôîðìóëà(2.6)).Âîçìîæíîñòü óïðàâëåíèÿ äèñïåðñèåé ìíîãîñëîéíîé ñòðóêòóðû ïðåäîñòàâëÿåò íàì áîëüøóþ ñâîáîäó äëÿ óïðàâëåíèÿ ïàðàìåòðàìè óëüòðàêîðîòêèõ ëàçåðíûõ èìïóëüñîâ.  ÷àñòíîñòè, åñëè äëèíà âîëíû ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ íàõîäèòñÿ âáëèçè êðàÿ ôîòîííîé çàïðåùåííîé çîíû, ìîæíî äîñòè÷üíèçêîãî çíà÷åíèÿ ãðóïïîâîé ñêîðîñòè ëàçåðíîãî èìïóëüñà, ÷òî ïðèâåäåò êóñèëåíèþ ëîêàëüíîãî ïîëÿ (ðèñ. 2.39, â) è, ñëåäîâàòåëüíî, ê ïîâûøåíèþ ýôôåêòèâíîñòè ìíîãèõ íåëèíåéíî-îïòè÷åñêèõ ïðîöåññîâ.
Òàêæå áûëè ðàññ÷èòàíû âåëè÷èíû äëÿ òàêèõ ñòðóêòóð. Ñïåêòð k2 ïðèâåäåí íà ðèñ. 2.39,ã. Ïîëó÷åííûå âûñîêèå çíà÷åíèÿ k2 îçíà÷àþò, ÷òî óïðàâëåíèå ôàçîé è êîìïðåññèÿ êîðîòêîãî ñâåòîâîãî èìïóëüñà ìîãóò îñóùåñòâëÿòüñÿ íà ñðàâíèòåëüíîíåáîëüøîì ðàññòîÿíèè, ÷òî ïîçâîëÿåò ñîçäàòü íà îñíîâå ÏÊ êîìïàêòíûåîïòè÷åñêèå êîìïðåññîðû è èíûå óñòðîéñòâà äëÿ ôàçîâî-ìîäóëèðîâàííûõèìïóëüñîâ.2.3.1.3.
Îäíîìåðíûå ôîòîííî-êðèñòàëëè÷åñêèå ñòðóêòóðû íà îñíîâåîêèñëåííîãî ïîðèñòîãî êðåìíèÿÓïîìÿíóòûå âûøå îãðàíè÷åíèÿ íà ïðèìåíåíèå ÏÊ (íåïðîçðà÷íîñòü ââèäèìîì äèàïàçîíå è ìåäëåííîå îêèñëåíèå íà âîçäóõå) î÷åâèäíûì îáðàçîì ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ è íà èçãîòîâëåííûå èç íåãî ìíîãîñëîéíûå ñòðóêòóðû. Âûõîäîì, êàê è äëÿ ïë¼íîê ÏÊ, ìîæåò áûòü îêèñëåíèå òàêèõ ñòðóêòóð [123]. Ñïåêòðû ïðîïóñêàíèÿ èñõîäíîé ñòðóêòóðû, èçãîòîâëåííîé èç ÷åðåäóþùèõñÿ ñëî¼â ÏÊ ðàçíîé ïîðèñòîñòè, è ñòðóêòóðû, ïîëó÷åííîé èç íå¼â ðåçóëüòàòå ïðîãðåâà â ïå÷è ñ òåìïåðàòóðîé 950◦ Ñ â òå÷åíèå 2 ÷, ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 2.40. Ïîñêîëüêó ïîêàçàòåëè ïðåëîìëåíèÿ ÎÏÊ ìåíüøå, ÷åì1021008060402001000300050007000(-1)Ðèñ. 2.40.
Ñïåêòðû ïðîïóñêàíèÿ èñõîäíîé ìíîãîñëîéíîé ñòðóêòóðû èç ÏÊ è ñòðóêòóðû,ïîëó÷åííîé â ðåçóëüòàòå å¼ îêèñëåíèÿ.ïîêàçàòåëè ïðåëîìëåíèÿ ÏÊ, ïîëîæåíèå ÔÇÇ ñìåùàåòñÿ â ñèíþþ ñòîðîíó(ñ 3000 ñì−1 äî 4500 ñì−1 ). Êà÷åñòâî ñòðóêòóðû ïðè ýòîì íå èñïûòûâàåòçàìåòíîãî óõóäøåíèÿ: ïðîïóñêàíèå â ÔÇÇ îñòà¼òñÿ ïðåäåëüíî íèçêèì, âñïåêòðå ñîõðàíÿþòñÿ ðåçîíàíñû ïðîïóñêàíèÿ âíå ÔÇÇ.2.3.2. Äâóìåðíûå ôîòîííî-êðèñòàëëè÷åñêèå ñòðóêòóðûíà îñíîâå ïîðèñòîãî îêñèäà àëþìèíèÿÊàê îòìå÷àëîñü ðàíåå (ñì. ï. 1.1.4.), òåõíîëîãèÿ èçãîòîâëåíèÿ ÏÎÀ ïîçâîëÿåò ìåíÿòü ðàçìåðû ïîð è ðàññòîÿíèå ìåæäó íèìè â øèðîêèõ ïðåäåëàõîò äåñÿòêîâ äî ñîòåí íàíîìåòðîâ.
Ïðè ýòîì ñóùåñòâåííî ìåíÿþòñÿ è îïòè÷åñêèå ñâîéñòâà òàêèõ ñòðóêòóð. Ñëîè ÏÎÀ, ïåðèîä ñòðóêòóðû êîòîðûõïðèáëèæàåòñÿ ê äëèíàì âîëí âèäèìîãî äèàïàçîíà, ïðîÿâëÿþò ôîòîííîêðèñòàëëè÷åñêèå ñâîéñòâà.103Èññëåäîâàíèå ôîòîííî-êðèñòàëëè÷åñêèå ñâîéñòâ ÏÎÀ ðàññìîòðèì íàïðèìåðå îáðàçöà ñ ïåðèîäîì ñòðóêòóðû 500 íì.
Íà ðèñ. 2.41 ïðåäñòàâëåíû ñïåêòðû ïðîïóñêàíèÿ äàííîãî îáðàçöà, èçìåðåííûå ïðè ðàçëè÷íûõóãëàõ ïàäåíèÿ èçëó÷åíèÿ θ è íîðìèðîâàííûå íà ñïåêòð ïðîïóñêàíèÿ ïðèíîðìàëüíîì ïàäåíèè. Ïðè óãëàõ ïàäåíèÿ 40◦ è áîëåå íàáëþäàåòñÿ ðåçêîåóìåíüøåíèå êîýôôèöèåíòà ïðîïóñêàíèÿ â îáëàñòè 500-700 íì, ÷òî ìîæåòáûòü õîðîøî îáúÿñíåíî íàëè÷èåì ôîòîííîé çàïðåùåííîé çîíû â ÏÎÀ.Ñîãëàñíî äàííûì ñòðóêòóðíûõ èññëåäîâàíèé ïîðû â ñëîå ÏÎÀ îðèåíòèðîâàíû ïåðïåíäèêóëÿðíî ê åãî ïîâåðõíîñòè. Òàêèì îáðàçîì, âäîëü íîðìàëèê ïîâåðõíîñòè ñëîé ÏÎÀ íå îáëàäàåò ïåðèîäè÷íîñòüþ, òîãäà êàê â ëþáûõäðóãèõ íàïðàâëåíèÿõ íà ìåçîñêîïè÷åñêèõ ìàñøòàáàõ ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ èçìåíÿåòñÿ ïåðèîäè÷åñêè.
Ñîîòâåòñòâåííî ïðè íîðìàëüíîì ïàäåíèèçîíäèðóþùåãî èçëó÷åíèÿ íà ïëåíêó ÏÎÀ ÔÇÇ îòñóòñòâóåò. Ïðè ïîâîðîòåïëåíêè ÏÎÀ âîêðóã îñè, ëåæàùåé â åå ïëîñêîñòè, â ñïåêòðå ïðîïóñêàíèÿâîçíèêàåò ÔÇÇ, ñìåùàþùàÿñÿ â îáëàñòü áîëüøèõ äëèí âîëí ñ ðîñòîì óãëàïàäåíèÿ. Îòìåòèì, ÷òî çàïðåùåííàÿ çîíà âîçíèêàåò äëÿ äëèí âîëí, ñîïîñòàâèìûõ ñ ïåðèîäîì èçìåíåíèÿ ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ. C ðîñòîì óãëàïàäåíèÿ èçìåíåíèÿ êîýôôèöèåíòà ïðîïóñêàíèÿ â óêàçàííîé ñïåêòðàëüíîéîáëàñòè ñòàíîâÿòñÿ áîëåå çàìåòíûìè, ÷òî, î÷åâèäíî, ñâÿçàíî ñ óìåíüøåíèåì ïàðàëëåëüíîé ïîðàì êîìïîíåíòû âîëíîâîãî âåêòîðà èñïîëüçóåìîãîs -ïîëÿðèçîâàííîãî ñâåòà.Äåéñòâèòåëüíî, ðàçíîñòü õîäà ìåæäó èíòåðôåðèðóþùèìè íà ñòðóêòóðåÏÎÀ ñâåòîâûìè âîëíàìè íàðàñòàåò ïðè óâåëè÷åíèè óãëà ïàäåíèÿ è äîñòèãàåò ñâîåãî ìàêñèìóìà ïðè ðàñïðîñòðàíåíèè èçëó÷åíèÿ ïåðïåíäèêóëÿðíîïîðàì.
Ýòî ïðèâîäèò ê ñäâèãó ïîëîæåíèÿ ÔÇÇ, ïðÿìî ñâÿçàííîé ñ ðàçíîñòüþ õîäà, â îáëàñòü áîëüøèõ äëèí âîëí. Çàìåòèì, ÷òî â îäíîìåðíûõñòðóêòóðàõ ñ ðîñòîì óãëà ïàäåíèÿ (îòñ÷èòûâàåìîãî îò íîðìàëè ê ñëîÿì)ïðîèñõîäèò óìåíüøåíèå îïòè÷åñêîé ðàçíîñòè õîäà ìåæäó èíòåðôåðèðóþùèìè ëó÷àìè, ÷òî ïðèâîäèò ê êîðîòêîâîëíîâîìó ñäâèãó ÔÇÇ.1041.00.80.60.4:0400500600.20.0400500600700800(900)Ðèñ.
2.41. Ñïåêòðû ïðîïóñêàíèÿ äëÿ îáðàçöà ÏÎÀ ïðè ðàçëè÷íûõ óãëàõ ïàäåíèÿ çîíäèðóþùåãî èçëó÷åíèÿ, íîðìèðîâàííûå íà ñïåêòð ïðîïóñêàíèÿ ïðè íîðìàëüíîì ïàäåíèè. [119]2.4. Íåóïîðÿäî÷åííûå îïòè÷åñêè íåîäíîðîäíûå ñèñòåìû íà îñíîâå ïîðèñòûõ ïîëóïðîâîäíèêîâ2.4.1. Ýôôåêòû ëîêàëèçàöèè ñâåòà ïðè åãî ðàññåÿíèèÐàññåÿíèå ñâåòà ýòî ñòàòèñòè÷åñêèé ïðîöåññ, à êîòîðîì êàê àìïëèòóäà, òàê è ôàçà ïàäàþùåé âîëíû ïîäâåðæåíû ñëó÷àéíûì èçìåíåíèÿì. Äëÿàíñàìáëÿ ðàññåèâàòåëåé âàæíóþ ðîëü èãðàåò òàêîé ïàðàìåòð, êàê ñðåäíÿÿ äëèíà ñâîáîäíîãî ïðîáåãà l ñðåäíåå ðàññòîÿíèå, êîòîðîå ôîòîí ïðîõîäèò ìåæäó ïîñëåäîâàòåëüíûìè àêòàìè ðàññåÿíèÿ.  òîì ñëó÷àå, êîãäààêòû ðàññåÿíèå íà êàæäîì èç ðàññåèâàòåëåé ïðîèñõîäèò íåçàâèñèìî äðóãîò äðóãà, ò.å.
êîãäà ïëîòíîñòü ðàññåèâàòåëåé ρ äîñòàòî÷íî íèçêà, ñðåäíÿÿäëèíà ñâîáîäíîãî ïðîáåãà áóäåò ñâÿçàíà ñ íåé è ñ ñå÷åíèåì ðàññåÿíèÿ σñîîòíîøåíèåì:l=1.ρσ105(2.63)Äëÿ ðýëååâñêîãî ðàññåÿíèÿ íà ñôåðàõ äèàìåòðà a, ôàêòîð çàïîëíåíèÿ äëÿêîòîðûõ ðàâåí f , äëèíà ñâîáîäíîãî ïðîáåãà ñîñòàâëÿåò [124]:µ ¶49λ11l=(2.64)2f 2π a3 (ε2 − ε1 )2Ïðè äîñòàòî÷íî áîëüøîì ÷èñëå ñëó÷àéíûõ ðàññåèâàòåëåé îïðàâäàí ïîä-õîä, â ðàìêàõ êîòîðîãî ðàññìàòðèâàåòñÿ ïåðåíîñ ýíåðãèè â ðàññåèâàþùåéñðåäå.  ýòîé ìîäåëè ïðåíåáðåãàþò èíòåðôåðåíöèåé ðàññåÿííûõ âîëí.
Òîãäà ïëîòíîñòü ýíåðãèè ðàññåÿííûõ âîëí U ïîä÷èíÿåòñÿ äèôôóçèîííîìóóðàâíåíèþ [124]:∂U∂ 2U1− D 2 = I0 δ(z − zd ) − U .(2.65)∂t∂ zτ äàííîì óðàâíåíèè ó÷èòûâàåòñÿ òîò ôàêò, ÷òî ïëîñêàÿ âîëíà, ïàäàþùàÿíà ñðåäó ïðè ïðîõîæäåíèè ðàññòîÿíèÿ zd ∼ l ñòàíîâèòñÿ ïðàêòè÷åñêè ïîëíîñòüþ ðàññåÿííîé. Ïîýòîìó â óðàâíåíèè ïëîñêàÿ âîëíà çàìåíåíà äèôôóçíûì èñòî÷íèêîì ñâåòà ñ èíòåíñèâíîñòüþ I0 ðàñïîëîæåííûì íà ãëóáèíå zdâíóòðè îáðàçöà. Äàííîå óðàâíåíèå òàêæå ó÷èòûâàåò ïîãëîùåíèå (τ âðåìÿïîãëîùåíèÿ). Óñëîâèåì ïðèìåíèìîñòè óðàâíåíèÿ (2.65) ÿâëÿåòñÿ âûïîëíåíèå íåðàâåíñòâà λ/l ¿ 1. Ñ óâåëè÷åíèåì ÷èñëà ðàññåèâàòåëåé (λ/l < 1)ïðîèñõîäèò çàìåäëåíèå äèôôóçèè; â ýòîì ñëó÷àå ìîæíî ãîâîðèòü î ñëàáîéëîêàëèçàöèè ñâåòà.
Íàêîíåö, êîãäà λ/l ∼ 1 äèôôóçèÿ ñâåòà îñòàíàâëèâàåòñÿ, ñâåò ðàññåèâàåòñÿ íàçàä.  ýòîì ñëó÷àå ãîâîðÿò îá àíäåðñîíîâñêîéëîêàëèçàöèè ñâåòà. ýëåêòðîííûõ ñèñòåìàõ òðàíñïîðòíûå ñâîéñòâà è âëèÿíèå íà íèõ ðàçóïîðÿäî÷åííîñòè êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè õîðîøî èçó÷åíû. Ýôôåêò ëîêàëèçàöèè íîñèòåëåé áûë òåîðåòè÷åñêè ïðåäñêàçàí Àíäåðñîíîì â 1958 ã.[125, 126] è ýêñïåðèìåíòàëüíî îáíàðóæåí â àìîðôíûõ ïîëóïðîâîäíèêàõ èïë¼íêàõ ìåòàëëîâ [127]. Ïîñêîëüêó â îñíîâå ýôôåêòà ëîêàëèçàöèè ëåæèòèíòåðôåðåíöèÿ, òî îí èìååò ìåñòî äëÿ âñåõ âîëíîâûõ ïðîöåññîâ, âêëþ÷àÿðàñïðîñòðàíåíèå ñâåòà [128130].
Êðèòåðèåì ïåðåõîäà îò äèôôóçíîãî ðàñïðîñòðàíåíèÿ ê ëîêàëèçàöèè ÿâëÿåòñÿ âûïîëíåíèå óñëîâèÿ:kl . 1 −106(2.66)êðèòåðèé Èîôôå - Ðåãåëÿ, ââåä¼ííûé èìè ïðè ðàññìîòðåíèè äâèæåíèÿýëåêòðîíîâ â ñèëüíîëåãèðîâàííûõ ïîëóïðîâîäíèêàõ [131]. Î÷åâèäíî, ÷òîýòî óñëîâèå âûïîëíÿåòñÿ ïðè íàëè÷èè ñèëüíîãî ðàññåÿíèÿ, ò.å.
ïðè áîëüøîì êîíòðàñòå äèýëåêòðè÷åñêèõ ïðîíèöàåìîñòåé, êîòîðûé ðåàëèçóåòñÿ, íàïðèìåð, â ñëó÷àå ïîðèñòûõ ïîëóïðîâîäíèêîâ [132].2.4.2. Ðàññåÿíèå ñâåòà â ïîðèñòîì ôîñôèäå ãàëëèÿÔîñôèä ãàëëèÿ îòëè÷àåòñÿ âûñîêîé âåëè÷èíîé ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ(3.1 íà äëèíå âîëíû 1200 íì, 3.46 íà äëèíå âîëíû 600 íì [133]), ïðîçðà÷íîñòüþ â âèäèìîì äèàïàçîíå (äëÿ âîëí äëèííåå 550 íì, ÷òî îïðåäåëÿåòñÿâåëè÷èíîé ýíåðãèè åãî íåïðÿìîãî ïåðåõîäà 2.24 ýÂ), îäíîé èç ñàìûõ âûñîêèõ âåëè÷èí äèïîëüíîé êâàäðàòè÷íîé âîñïðèèì÷èâîñòè χ(2) äëÿ íåîðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé 0,2 íì/ [134].
Êàê óæå îòìå÷àëîñü (ñì. ï. 1.1.3.),ïîðû è íàíîêðèñòàëëû â ÏÔà èìåþò ðàçìåð â ñîòíè íàíîìåòðîâ. Âñ¼ ýòî,âìåñòå âçÿòîå, äåëàåò ÏÔà îäíèì èç ñàìûõ ïðèâëåêàòåëüíûõ ìàòåðèàëîâäëÿ èçó÷åíèÿ ïðîöåññîâ ðàññåÿíèÿ è ëîêàëèçàöèè ñâåòà.2.4.2.1. Ñïåêòðû ðàññåÿíèÿ ñâåòà â ïîðèñòîì ôîñôèäå ãàëëèÿÎáðàçöû ÏÔà îáëàäàëè çíà÷èòåëüíûì ðàññåÿíèåì â âèäèìîì äèàïàçîíå, ÷òî ïîäòâåðæäàåòñÿ ñïåêòðàìè ðàññåÿíèÿ, êîòîðûå ïðåäñòàâëåíû íàðèñ. 2.42. Îáíàðóæåííàÿ çàâèñèìîñòü èíòåíñèâíîñòè ðàññåÿííîãî ñâåòà îòäëèíû âîëíû èìååò âèä I(λ) ∼ λ−α , ãäå α = 2.5 è 2.8 äëÿ ðàçëè÷íûõîáðàçöîâ .
Äëÿ äëèí âîëí ìåíüøèõ 550 íì íàáëþäàþòñÿ îòêëîíåíèÿ îòóêàçàííûõ çàâèñèìîñòåé, ñâÿçàííûå ñ ïîãëîùåíèåì â GaP. Ïîëó÷åííûå çàâèñèìîñòè I(λ) óêàçûâàþò íà íåðåëååâñêèé õàðàêòåð ðàññåÿíèÿ.2.4.2.2. Äèíàìèêà ðàññåÿíèÿ ñâåòà â ïîðèñòîì ôîñôèäå ãàëëèÿÄèíàìèêà ðàññåÿíèÿ ñâåòà â ñëîÿõ ÏÔà áûëà èññëåäîâàíà ñ èñïîëüçîâàíèåì ñõåìû îïòè÷åñêîãî ãåòåðîäèíèðîâàíèÿ íà áàçå ñêàíèðóþùåãî èíòåðôåðîìåòðà Ìàéêåëüñîíà è ôåìòîñåêóíäíîé ëàçåðíîé ñèñòåìû íà îñíîâå107photodiodeo25lampmonochromator1.0α=2.5-αλ(111)0.50.0500∆Ω = 0.04 srsample(110)(..)1.5α=2.8600700800(900)Ðèñ.
2.42. Ñïåêòðû ðàññåÿíèÿ îáðàçöîâ ÏÔÃ. Íà âðåçêå ïîêàçàíà ñõåìà ýêñïåðèìåíòàïî ðåãèñòðàöèè ðàññåÿíèÿ [117].êðèñòàëëà Cr:ôîðñòåðèòà (äëèíà âîëíû 1250 íì, äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà60 ôñ, ÷àñòîòà ñëåäîâàíèÿ èìïóëüñîâ 100 ÌÃö).Ìåòîä îïòè÷åñêîãî ãåòåðîäèíèðîâàíèÿÝòîò ìåòîä ïîçâîëÿåò îáíàðóæèòü îòêëîíåíèÿ îò îáû÷íîãî äèôôóçèîííîãî òðàíñïîðòà ôîòîíîâ è êîëè÷åñòâåííî ðàçäåëèòü óïðóãîå ðàññåÿíèåè ïðîöåññû ïîãëîùåíèÿ.  îñíîâå ìåòîäà îïòè÷åñêîãî ãåòåðîäèíèðîâàíèÿëåæàò òå æå ïðèíöèïû, ÷òî è â Ôóðüå-ñïåêòðîñêîïèè, êîãäà ñ ïîìîùüþ ñêàíèðóþùåãî èíòåðôåðîìåòðà Ìàéêåëüñîíà ïîëó÷àþò àâòîêîððåëÿöèîííóþôóíêöèþ èçëó÷åíèÿ è, ïðåîáðàçóÿ åå ïî Ôóðüå, íàõîäÿò ñïåêòð èçëó÷åíèÿ.Ñõåìà îïòè÷åñêîãî ãåòåðîäèííîãî èçìåðèòåëÿ ïðèâåäåíà íà ðèñ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
