Диссертация (1097499), страница 16
Текст из файла (страница 16)
2.43 [135].Èíòåðôåðîìåòð Ìàéêåëüñîíà ñîäåðæàë ïîäâèæíîå çåðêàëî, ñêîðîñòü vêîòîðîãî äîñòèãàëà 10 ñì/ñ, à àìïëèòóäà êîëåáàíèé ñîñòàâëÿëà 2 ìì. Ôîòîïðèåìíèê äåòåêòèðóåò óñðåäíåííóþ ïî âðåìåíè (îïðåäåëÿåìûì âðåìåíåìîòêëèêà ôîòîïðèåìíèêà) èíòåíñèâíîñòü ðåçóëüòèðóþùåé ñâåòîâîé âîëíû:I(t) = Iref + Iprobe + C(τ ) + C ∗ (τ ) ,108(2.67) r:τ321547431011+12Ðèñ. 2.43. Ñõåìà îïòè÷åñêîãî ãåòåðîäèíèðîâàíèÿ (1.13ôåìòîñåêóíäíûé õðîì-ôîðñòåðèòîâûé ëàçåð; 2. òåëåñêîï; 3. çåðêàëà; 4.
äåëèòåëüíûå ïëàñòèíêè; 5. ïðèçìà;6. ïîäâèæíîå îïîðíîå çåðêàëî; 7. ëèíçà (f = 6 ñì); 8. ïîðèñòûé îáúåêò; 9,11. ôîòîïðèåìíèêè; 10. ïîëÿðèçàòîð; 12. äèôôåðåíöèàëüíûé óñèëèòåëü; 13. êîìïüþòåð) [135].ãäå Iref è Iprobe ñîîòâåòñòâóþò èíòåíñèâíîñòÿì äëÿ îïîðíîé âîëíû è âîëíû, îòðàæåííîé îò îáðàçöà, è îïèñûâàþò ïîñòîÿííûé âî âðåìåíè âêëàä âãåòåðîäèííûé ñèãíàë. Ïîñëåäíèå äâà ñëàãàåìûõ, C(τ ) è C ∗ (τ ) ïî ñóòè, ÿâëÿþòñÿ êðîññêîððåëÿöèîííûìè ôóíêöèÿìè äëÿ âîëí, ðàñïðîñòðàíÿþùèõñÿ â ðàçíûõ ïëå÷àõ èíòåðôåðîìåòðà, τ - âðåìÿ çàäåðæêè, îïðåäåëÿåìîåïîëîæåíèåì ïîäâèæíîãî çåðêàëà â èíòåðôåðîìåòðå.Îïðåäåëåíèå ïàðàìåòðîâ ðàññåÿíèÿ ñâåòà â ÏÔÃÐåçóëüòàòû èçìåðåíèÿ êðîññêîððåëÿöèîííîé ôóíêöèè C(τ ) äëÿ îáðàçöîâ ðàçíîé ïîðèñòîñòè ïîêàçàíû íà ðèñ.
2.44. Ñèãíàë C(τ ) ñîäåðæèò âûñîêî÷àñòîòíóþ íàáèâêó“ (ñì. âðåçêó íà ðèñ. 2.44). ×àñòîòà ýòèõ îñöèëëÿöèé”îïðåäåëÿåòñÿ ñêîðîñòüþ äâèæåíèÿ çåðêàëà è ðàâíà ν = 2v/λ ≈ 200 êÃö.Ñ äðóãîé ñòîðîíû, èíòåðâàë ìåæäó äâóìÿ ìàêñèìóìàìè îñöèëëÿöèÿõ ñîîòâåòñòâóåò äëèòåëüíîñòè îäíîãî îïòè÷åñêîãî öèêëà (4,1 ôñ äëÿ äëèíûâîëíû 1250 íì), ÷òî çàäà¼ò ìàñøòàá äëÿ ïåðåñ÷¼òà îò âðåì¼í, íà êîòîðûõ109p~12%C(τ)p~22%4.904.924.94 4.96 4.98( )5.00p~55%1234567(89 10 11)Ðèñ. 2.44.
Íàáëþäàåìûå ñèãíàëû I(t) (cì. ôîðìóëó 2.67) äëÿ îáðàçöîâ ðàçíîé ïîðèñòîñòè. Íà âðåçêå ïîêàçàíà âûñîêî÷àñòîòíàÿ íàáèâêà“ I(t) íà ÷àñòîòå ν = 2v/λ”îñóùåñòâëÿåòñÿ ðåãèñòðàöèÿ ñèãíàëà, ê âðåìåíàì çàäåðæêè ðàññåÿííîãîñâåòîâîãî èìïóëüñà.Êàê âèäíî èç ðèñ. 2.44, ôóíêöèÿ C(τ ) íå ðàâíà íóëþ íà ïðîòÿæåíèè äîñòàòî÷íî ïðîäîëæèòåëüíîãî èíòåðâàëà âðåìåíè, íàìíîãî ïðåâûøàþùåãîäëèòåëüíîñòü ëàçåðíîãî èìïóëüñà (50 ôñ). Ñ ðîñòîì ïîðèñòîñòè óâåëè÷èâàåòñÿ âðåìÿ êîððåëÿöèè ìåæäó ïðîáíûì è ðàññåÿííûì èìïóëüñàìè, íàêîòîðîì êðîññêîððåëÿöèîííàÿ ôóíêöèÿ îòëè÷íà îò íóëÿ.Âûäåëèâ ñ ïîìîùüþ ïðåîáðàçîâàíèÿ Ôóðüå ñèãíàë íà ÷àñòîòå ν , ïîñòðîèì çàâèñèìîñòü åãî ìîùíîñòè P îò âðåìåíè çàäåðæêè (ðèñ.
2.45). Äëÿîáðàçöà 12%-íîé ïîðèñòîñòè õîðîøî âèäíû ïèêè, ñîîòâåòñòâóþùèå îòðàæåíèþ îò çàäíåé ãðàíèöû ðàçäåëà ïîðèñòûé / êðèñòàëëè÷åñêèé GaP; äëÿîáðàçöîâ áîëüøåé ïîðèñòîñòè, îáëàäàþùèõ áîëüøèì ðàññåÿíèåì, òàêèõ ïèêîâ íåò. ×àñòûå ïèêè ìàëîé àìïëèòóäû â çàâèñèìîñòè P (t) ñîîòâåòñòâóþòñïåêëàì.Ïðè èçìåðåíèè çàâèñèìîñòè ãåòåðîäèííîãî ñèãíàëà îò âðåìåííîé çàäåðæêè ïðè ðåãèñòðàöèè ñèãíàëà îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ îò ñèëüíî ðàññåèâàþùåé ñðåäû, â ñèãíàëå ïðèñóòñòâóþò òðè ó÷àñòêà [136]: à) èíòåíñèâíûé110.)10.1ν(1000.1p~12%p~22%p~55%0.011E-31E-40369(ps)1215Ðèñ.
2.45. Çàâèñèìîñòü ìîùíîñòè ñèãíàëà íà ÷àñòîòå ν = 2v/λ îò âðåìåíè äëÿ îáðàçöîâÏÔà ðàçíîé ïîðèñòîñòè.ïåðåäíèé ôðîíò, âûçâàííûé ðàññåÿíèåì îò ãðàíèöû ñðåäû (äëèíà ó÷àñòêàïîðÿäêà äëèòåëüíîñòè çîíäèðóþùåãî ôåìòîñåêóíäíîãî èìïóëüñà); á) êîðîòêèé, áûñòðî ñïàäàþùèé îòðåçîê, ÿâëÿþùèéñÿ ïåðåõîäíûì îò ðåæèìàîäíîêðàòíîãî ðàññåÿíèÿ ê ìíîãîêðàòíîìó; â) äëèííûé õâîñò“ ñ ýêñïî-”íåíöèàëüíûì ñïàäîì, îáóñëîâëåííûé ìíîãîêðàòíûì ðàññåÿíèåì â ñðåäå.Íàêëîí ýêñïîíåíöèàëüíîãî ñïàäà èçìåðÿåìîãî ñèãíàëà îïðåäåëÿåòñÿ âðåìåíåì æèçíè ôîòîíà âíóòðè îáúåìà îáðàçöà.
 äèôôóçèîííîì ïðèáëèæåíèè äëÿ ñðåäû áåç ïîãëîùåíèÿ, ýêñïîíåíöèàëüíûé ñïàä áóäåò îïðåäåëÿòüñÿêàê [136]:¶µ 2 ¶πt= exp − 2 Dt ,(2.68)P (t) ∝ exp −τ0Lãäå L òîëùèíà îáðàçöà, D êîýôôèöèåíò äèôôóçèè äëÿ ôîòîíîâ. Íàéµäåííûå âåëè÷èíû D ïîçâîëÿþò íàì îöåíèòü ñðåäíþþ äëèíó ñâîáîäíîãîïðîáåãà ôîòîíîâ l [132]:l=3D3Dnef f≈.vc111(2.69)Òàáëèöà 2.1.
Âåëè÷èíû ïîðèñòîñòè è ñâîéñòâà îáðàçöîâ ÏÔÃ, èñïîëüçîâàííûõ â ýêñïåðèìåíòàõ ïî îïòè÷åñêîìó ãåòåðîäèíèðîâàíèþ.Ïîðè-ÒîëùèíàñòîñòüÝôôåêòèâíûéÊîýôôèöèåíòÂðåìÿÄëèíàïîêàçàòåëüäèôôóçèèæèçíèñâîáîäíîãîôîòîíàïðîáåãàïðåëîìëåíèÿkl112 %28 ìêì3.11139 ìêì/ïñ5,6 ïñ4.3 ìêì67.2222 %28 ìêì2.87111 ìêì/ïñ7,0 ïñ3.1 ìêì44.7355 %16 ìêì2.0831 ìêì/ïñ8,2 ïñ0.6 ìêì6.3Çäåñü äëÿ îöåíêè ñêîðîñòè ïåðåäà÷è ýíåðãèè v ìû èñïîëüçîâàëè ôàçîâóþñêîðîñòü c/nef f , ãäå nef f ýôôåêòèâíûé ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ, âû÷ècëåííûé â ïðèáëèæåíèè ýôôåêòèâíîé ñðåäû, à c ñêîðîñòü ñâåòà.Îïðåäåë¼ííûå âåëè÷èíû êîýôôèöèåíòà äèôôóçèè, äëèíû ñâîáîäíîãîïðîáåãà è âðåìåíè æèçíè ôîòîíà â ïîðèñòîì ñëîå äëÿ îáðàçöîâ ÏÔà ðàçíîé ïîðèñòîñòè ïðèâåäåíû â òàáëèöå 2.1.
Êàê âèäíî èç íåå, ðîñò ïîðèñòîñòèïðèâîäèò ê ïàäåíèþ äëèíû ñâîáîäíîãî ïðîáåãà ôîòîíîâ è óâåëè÷åíèþ âðåìåíè æèçíè ôîòîíà â ïîðèñòîì ñëîå. Îòìåòèì, ÷òî âðåìÿ æèçíè ôîòîíàâ ïîðèñòîì ñëîå çàâèñèò îò òîëùèíû ýòîãî ñëîÿ, òîãäà êàê äëèíà ñâîáîäíîãî ïðîáåãà îïðåäåëÿåòñÿ ëèøü ðàññåèâàþùèìè ñâîéñòâàìè ñëîÿ. Âìåñòåñ òåì, íåñìîòðÿ íà óìåíüøåíèå âåëè÷èíû kl c óâåëè÷åíèåì ïîðèñòîñòè,ðåæèì ñèëüíîé ëîêàëèçàöèè î÷åâèäíî íå äîñòèãàåòñÿ.2.5. Óñèëåíèå ýôôåêòèâíîñòè êîìáèíàöèîííîãîðàññåÿíèÿ ñâåòà â ùåëåâûõ êðåìíèåâûõ ñòðóêòóðàõÄâóëó÷åïðåëîìëåíèå ÙÊÑ, êàê è èõ ôîòîííî-êðèñòàëëè÷åñêèå ñâîéñòâà, îáóñëîâëåíû ýôôåêòàìè ëîêàëüíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ ïîëåé, êîòîðûåïðîÿâëÿþòñÿ ïðè ðàñïðîñòðàíåíèè ñâåòà â òàêîé íåîäíîðîäíîé ñòðóêòóðå.
Ïðè ýòîì åùå áîëåå çàìåòíîãî âëèÿíèÿ ëîêàëüíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ ïî112ëåé ìîæíî îæèäàòü äëÿ ÙÊÑ, íàïðèìåð, ïðè êîìáèíàöèîííîì ðàññåÿíèè(ÊÐ) ñâåòà, ýôôåêòèâíîñòü êîòîðîãî ïðîïîðöèîíàëüíà ÷åòâ¼ðòîé ñòåïåíèôàêòîðà ëîêàëüíîãî ïîëÿ [137, 138]. Îñîáûé èíòåðåñ â èññëåäîâàíèè êîìáèíàöèîííîãî ðàññåÿíèÿ â êðåìíèåâûõ ñòðóêòóðàõ ïðåäñòàâëÿåòñÿ â ñâåòåïîÿâèâøèõñÿ â ïîñëåäíåå âðåìÿ ðàáîò ïî ñîçäàíèþ ðàìàíîâñêîãî ëàçåðà íàêðåìíèè [139].Êîìáèíàöèîííîå ðàññåÿíèå ñâåòà èçìåðÿëîñü íà Ôóðüå-ñïåêòðîìåòðåBruker IFS-66 c ïðèñòàâêîé êîìáèíàöèîííîãî ðàññåÿíèÿ ñâåòà FRA-106 FTïðè âîçáóæäåíèè èçëó÷åíèåì Nd:YAG ëàçåðà ñ äëèíîé âîëíû 1,06 ìêì, àòàêæå íà ñïåêòðîìåòðå ReniShaw 1000 Micro-Raman System ïðè âîçáóæäåíèè ñâåòîì He-Ne è Ar+ -ëàçåðîâ ñ äëèíàìè âîëí 0,633 è 0,514 ìêì ñîîòâåòñòâåííî.
Ñïåêòðàëüíîå ðàçðåøåíèå ïðè ýòîì ñîñòàâëÿëî 2 ñì−1 . Èñïîëüçîâàëàñü ãåîìåòðèÿ îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ ñâåòà ïðè íîðìàëüíîì ïàäåíèèíà ñëîé ÙÊÑ. Äèàìåòð ïÿòíà íà ïîâåðõíîñòè îáðàçöà ñîñòàâëÿë îêîëî0,1 è 0,02 ìì ïðè èçìåðåíèÿõ íà ñïåêòðîìåòðàõ Bruker IFS-66 è ReniShawñîîòâåòñòâåííî, ïðè ýòîì ìîùíîñòü èçëó÷åíèÿ íàêà÷êè áûëà â ïðåäåëàõ10-100 ìÂò. Îòñóòñòâèå ñóùåñòâåííîãî íàãðåâà îáðàçöîâ êîíòðîëèðîâàëîñüïî íåèçìåííîñòè îòíîøåíèÿ ñòîêñîâîé è àíòèñòîêñîâîé êîìïîíåíò ïðè èçìåíåíèè èíòåíñèâíîñòè âîçáóæäåíèÿ. Ïîëÿðèçàöèÿ ïàäàþùåãî ñâåòà áûëàëèáî öèðêóëÿðíîé, ëèáî ëèíåéíîé. Ïîëÿðèçàöèîííûå çàâèñèìîñòè ñíèìàëèñü ïðè íåïîäâèæíîì îáðàçöå, ïðè ýòîì âðàùàëàñü ïëîñêîñòü ïîëÿðèçàöèè ëèíåéíî ïîëÿðèçîâàííîãî ïàäàþùåãî èçëó÷åíèÿ îòíîñèòåëüíî êðèñòàëëîãðàôè÷åñêîãî íàïðàâëåíèÿ [001] â ïëîñêîñòè ïîäëîæêè è èçìåðÿëàñüïîëíàÿ èíòåíñèâíîñòü ðàìàíîâñêîãî ðàññåÿíèÿ. Âñå èññëåäîâàíèÿ ïðîâîäèëèñü ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå.Ýêñïåðèìåíòû ïîêàçàëè, ÷òî ïðè âîçáóæäåíèè öèðêóëÿðíî ïîëÿðèçîâàííûì èçëó÷åíèåì ñ äëèíàìè âîëí 0,633 è 0,514 ìêì ñèãíàëû êàê ñòîêñîâîé, òàê è àíòèñòîêñîâîé êîìïîíåíò ðàìàíîâñêîãî ðàññåÿíèÿ ñâåòà áûëèáëèçêè ê òàêîâûì äëÿ ïîäëîæêè c-Si.
Íåêîòîðîå îòëè÷èå óäàëîñü îáíàðóæèòü äëÿ ïîëÿðèçàöèîííûõ çàâèñèìîñòåé èíòåíñèâíîñòè ñèãíàëà ñòîê113.)(.164202500520540(560-1)Ðèñ. 2.46. Ñïåêòðû ñòîêñîâîé êîìïîíåíòû ðàìàíîâñêîãî ðàññåÿíèÿ ñâåòà â îáðàçöå ÙÊÑ (1) è äëÿ êðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ (2) ïðè âîçáóæäåíèè öèðêóëÿðíîïîëÿðèçîâàííûì ñâåòîì ñ äëèíîé âîëíû 1,06 ìêì.ñîâîé êîìïîíåíòû, êîòîðûå õîòÿ è ïîâòîðÿëè çàâèñèìîñòè äëÿ êðèñòàëëè÷åñêîé ïîäëîæêè, íî õàðàêòåðèçîâàëèñü ðîñòîì íà 10-15% èçîòðîïíîéñîñòàâëÿþùåé ñèãíàëà.
Ïîñëåäíèé ôàêò ìîæíî ñâÿçàòü ñ âëèÿíèåì ìèêðîíåîäíîðîäíîñòåé â èññëåäóåìûõ ÙÊÑ. Ïðè èñïîëüçîâàíèè âîçáóæäàþùåãî èçëó÷åíèÿ ñ äëèíîé âîëíû 1,06 ìêì áûë îáíàðóæåí ðåçêèé ðîñò èíòåíñèâíîñòè ñòîêñîâîé êîìïîíåíòû ðàññåÿíèÿ ïî ñðàâíåíèþ ñ ñèãíàëîì îòïîäëîæêè. Ïðè ýòîì ñïåêòð èìåë ìàêñèìóì íà ÷àñòîòå ν = 520,5 ñì−1 èïî ôîðìå ïðàêòè÷åñêè íå îòëè÷àëñÿ îò èçâåñòíîãî äëÿ c-Si, êàê ïîêàçàíîíà ðèñ. 2.46.Áûëî óñòàíîâëåíî, ÷òî îòíîøåíèå èíòåíñèâíîñòåé ñòîêñîâîé (IS ) è àíòèñòîêñîâîé (IA ) êîìïîíåíò êîìáèíàöèîííîãî ðàññåÿíèÿ ïðè óâåëè÷åíèèäëèíû âîëíû âîçáóæäàþùåãî ñâåòà ñ 0,633 ìêì äî 1,06 ìêì âîçðàñòàåòïðèìåðíî â 6 ðàç äëÿ ÙÊÑ, â òî âðåìÿ êàê äëÿ ïîäëîæêè c-Si äàííûéðîñò ñîñòàâèë îêîëî 3.
(ðèñ. 2.47). Îòìåòèì, ÷òî êàê äëÿ ÙÊÑ, òàê è äëÿïîäëîæêè c-Si, ïðè âîçáóæäåíèè ñâåòîì ñ äëèíàìè âîëí 0,633 è 0,514 ìêìâåëè÷èíà IS /IA ≈ 12, ÷òî õîðîøî ñîãëàñóåòñÿ ñ èçâåñòíîé ôîðìóëîéµ~ωsIS /IA = expkT114¶(2.70)8060IS/ IA12402000.60.81.0()Ðèñ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
