Диссертация (1097499), страница 17
Текст из файла (страница 17)
2.47. Çàâèñèìîñòè îòíîøåíèÿ èíòåíñèâíîñòåé ñòîêñîâîé è àíòèñòîêñîâîé êîìïîíåíò ðàìàíîâñêîãî ðàññåÿíèÿ îò äëèíû âîëíû âîçáóæäàþùåãî ñâåòà äëÿ ÙÊÑ (1) èïîäëîæêè c-Si (2).äëÿ ýíåðãèè ôîíîíà ~ωs = 64 ìý è òåïëîâîé ýíåðãèè ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå kT = 26 ìýÂ.Äëÿ ñ-Si ðîñò îòíîøåíèÿ IS /IA ìîæíî ëåãêî îáúÿñíèòü, åñëè ó÷åñòü ðàçëè÷èå êîýôôèöèåíòîâ ïîãëîùåíèÿ ñòîêñîâîé è àíòèñòîêñîâîé êîìïîíåíòðàññåÿííîãî èçëó÷åíèÿ äëÿ ñâåòà ñ äëèíîé âîëíû 1,06 ìêì. Äåéñòâèòåëüíî, ÷àñòîòà ñòîêñîâîé êîìïîíåíòû ðàññåÿíèÿ ëåæèò íèæå êðàÿ ìåæçîííîãîïîãëîùåíèÿ c-Si è ïîýòîìó äàííàÿ êîìïîíåíòà ïðàêòè÷åñêè íå ïîãëîùàåòñÿ â ïîäëîæêå (êîýôôèöèåíò ïîãëîùåíèÿ αS < 0,1 ñì−1 [140]).  òî æåâðåìÿ, àíòèñòîêñîâà êîìïîíåíòà ðàññåÿíèÿ ïîïàäàåò â îáëàñòü ïîãëîùåíèÿ c-Si, ÷òî ïðèâîäèò ê óìåíüøåíèþ òîëùèíû ñëîÿ ïîäëîæêè, äàþùåãîâêëàä â ñèãíàë àíòèñòîêñîâîé êîìïîíåíòû.Çíà÷èòåëüíûé ðîñò îòíîøåíèÿ IS /IA , íàáëþäàåìûé â ñëó÷àå ÙÊÑ ïðèâîçáóæäåíèè ñâåòîì ñ äëèíîé âîëíû 1,06 ìêì, ñëîæíî îáúÿñíèòü ðàçëè÷èåì â ýôôåêòèâíîñòÿõ ïîãëîùåíèÿ ðàçëè÷íûõ êîìïîíåíò ðàìàíîâñêîãî ðàññåÿíèÿ.
Äåéñòâèòåëüíî, ïîñêîëüêó ïîãëîùåíèå ñâåòà ïðîèñõîäèò â êðåìíèåâûõ ñòåíêàõ ãëóáèíîé 30 ìêì, òî ñ ó÷åòîì ãëóáèíû ùåëåâîãî ñëîÿ è êîýôôèöèåíòà ïîãëîùåíèÿ äëÿ àíòèñòîêñîâîé êîìïîíåíòû ( αA ≈ 2 ñì−1 [140]),âîçìîæíîå óìåíüøåíèå èíòåíñèâíîñòè ïîñëåäíåé íå ïðåâûøàåò 0,5%, ÷òî115íèêàê íå ìîæåò îáúÿñíèòü ìíîãîêðàòíûé ðîñò îòíîøåíèÿ IS /IA . Ôèêñèðóåìîå àáñîëþòíîå è îòíîñèòåëüíîå óñèëåíèå èíòåíñèâíîñòè ñòîêñîâîé êîìïîíåíòû ðàññåÿíèÿ â ÙÊÑ ïðè âîçáóæäåíèè ñâåòîì ñ äëèíîé âîëíû 1,06 ìêììîæåò áûòü âûçâàíî ýôôåêòàìè ëîêàëèçàöèè ñâåòà â êðåìíèåâûõ ñòåíêàõ.Äåéñòâèòåëüíî, ïîñëåäíèå èãðàþò ðîëü ïëîñêèõ âîëíîâîäîâ äëÿ ïàäàþùåãî èçëó÷åíèÿ, ÷òî ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ ýôôåêòèâíîãî îáú¼ìà åãî âçàèìîäåéñòâèÿ ñ âåùåñòâîì.
Ïîñêîëüêó ïîãëîùåíèå ñòîêñîâîé êîìïîíåíòûðàññåÿíèÿ íåçíà÷èòåëüíî, òî îíà ìîæåò ãåíåðèðîâàòüñÿ âî âñåì ýôôåêòèâíîì îáú¼ìå ïðè ðàñïðîñòðàíåíèè ñâåòà â âîëíîâîäíîì ðåæèìå. ñëó÷àå ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñâåòà â ÙÊÑ â âîëíîâîäíîì ðåæèìå âäîëüêðåìíèåâûõ ñòåíîê è âîçáóæäàþùåå èçëó÷åíèå, è ñòîêñîâà êîìïîíåíòà ðàññåÿíèÿ èñïûòûâàþò ìíîãîêðàòíîå îòðàæåíèå. Ýòî, î÷åâèäíî, ìîæåò ïðèâåñòè ê ïîòåðå ïîëÿðèçàöèîííûõ õàðàêòåðèñòèê ðàìàíîâñêîãî ðàññåÿíèÿ.Äàííûé âûâîä ïîäòâåðæäàåòñÿ ðåçóëüòàòàìè ýêñïåðèìåíòà ïî èçìåðåíèþïîëÿðèçàöèîííûõ õàðàêòåðèñòèê ðàìàíîâñêîãî ðàññåÿíèÿ â èññëåäóåìûõñòðóêòóðàõ. Êàê âèäíî èç ðèñ.
2.48, â îòëè÷èå îò ïîäëîæêè c-Si, äëÿ êîòîðîé èìååò ìåñòî îïðåäåëåííàÿ ïîëÿðèçàöèîííàÿ çàâèñèìîñòü èíòåíñèâíîñòè ðàññåÿíèÿ (êðèâàÿ 3), äëÿ ÙÊÑ ïðîèñõîäèò ïðàêòè÷åñêè ïîëíàÿèçîòðîïèçàöèÿ òàêîé çàâèñèìîñòè (êðèâûå 1 è 2). Óñèëåíèå ðàìàíîâñêîãî ðàññåÿíèÿ áûëî íàèáîëüøèì äëÿ îáðàçöîâ ñ d = 7 ìêì. Ýòî ìîæíîîáúÿñíèòü íåñêîëüêî áîëüøåé òîëùèíîé êðåìíèåâûõ ñòåíîê è, ñòàëî áûòü,ëó÷øåé ëîêàëèçàöèåé âîëíîâîäíîé ìîäû â òàêîé ñòðóêòóðå.Òàêèì îáðàçîì, ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû óêàçûâàþò íà âîçìîæíîñòü çíà÷èòåëüíîãî ðîñòà èíòåíñèâíîñòè ñòîêñîâîé êîìïîíåíòû êîìáèíàöèîííîãîðàññåÿíèÿ ñâåòà â ùåëåâûõ êðåìíèåâûõ ñòðóêòóðàõ ïðè óñëîâèè ðåàëèçàöèè â ïîñëåäíèõ óñëîâèé äëÿ ÷àñòè÷íîé ëîêàëèçàöèè ñâåòà.2.6.
Âûâîäû ê ãëàâå 2 ðåçóëüòàòå äåòàëüíîãî àíàëèçà îïòè÷åñêèõ ñâîéñòâ ïîðèñòûõ ïîëóïðîâîäíèêîâ è äèýëåêòðèêîâ ïîêàçàíî, ÷òî óïîðÿäî÷åííàÿ ñòðóêòóðà ïîð1169012060.)612330150.4(20 1800246330210240300270[001]Ðèñ. 2.48. Ïîëÿðèçàöèîííûå çàâèñèìîñòè èíòåíñèâíîñòè ñòîêñîâîé êîìïîíåíòû ðàìàíîâñêîãî ðàññåÿíèÿ äëÿ îáðàçöîâ ÙÊÑ ñ ïåðèîäîì 7 ìêì (1) è 4 ìêì (2), à òàêæåäëÿ ïîäëîæêè c-Si (3) ïðè âîçáóæäåíèè ñâåòîì ñ äëèíîé âîëíû 1,06 ìêì. Ñòðåëêîéïîêàçàíî êðèñòàëëîãðàôè÷åñêîå íàïðàâëåíèå [001] â ïîäëîæêå c-Siïðèâîäèò ê âîçíèêíîâåíèþ â íèõ äâóëó÷åïðåëîìëåíèÿ ôîðìû.  òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà ðàçìåð ïîð è íàíîêðèñòàëëîâ ìàë ïî ñðàâíåíèþ ñ äëèíîé âîëíû,äâóëó÷åïðåëîìëåíèÿ ôîðìû óäà¼òñÿ îïèñàòü â ðàìêàõ ïðèáëèæåíèÿ ýôôåêòèâíîé ñðåäû.
 òî æå âðåìÿ äëÿ íåîäíîðîäíûõ ôîòîííûõ ñèñòåì, óêîòîðûõ õàðàêòåðíûå ðàçìåðû ñðàâíèìû ñ äëèíîé âîëíû, ïðèíöèïèàëüíóþ ðîëü íà÷èíàþò èãðàòü ïðîöåññû ðàññåÿíèÿ è ëîêàëèçàöèè ñâåòà. ðåçóëüòàòå ïðîâåäåííûõ ðàñ÷åòîâ è ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèéïîëó÷åíû ñëåäóþùèå îñíîâíûå ðåçóëüòàòû:1. Óñòàíîâëåíî, ÷òî àíèçîòðîïíîå òðàâëåíèå ïîëóïðîâîäíèêîâ îáóñëîâëèâàåò âîçíèêíîâåíèå â íèõ îïòè÷åñêîé àíèçîòðîïèè, ïàðàìåòðû êîòîðîéîäíîçíà÷íî îïðåäåëÿþòñÿ ñòðóêòóðîé è ôîðìîé ïîð è îñòàþùèõñÿ ïîñëåòðàâëåíèÿ íàíîêëàñòåðîâ (íàíîêðèñòàëëîâ).2. Àíàëèç îïòè÷åñêîé àíèçîòðîïèè ïîðèñòûõ ïîëóïðîâîäíèêîâ ïîçâîëÿåòîïèñàòü äàííûé ýôôåêò â ðàìêàõ ìîäåëåé ýôôåêòèâíîé ñðåäû. Áûëè ðàçâèòû ìîäåëè, â êîòîðûõ àíèçîòðîïèÿ ñâÿçàíà ñ ôîðìîé êîìïîíåíòîâ íà-117íîêîìïîçèòíîé ñðåäû.
Âìåñòå ñ òåì óêàçàíû ãðàíèöû ïðèìåíèìîñòè ýòèõìîäåëåé.3. Ïîêàçàíî, ÷òî ïîðèñòûå ïîëóïðîâîäíèêè óñïåøíî ïîçâîëÿþò ôîðìèðîâàòü ôîòîííî-êðèñòàëëè÷åñêèå ñèñòåìû íà ñâîåé îñíîâå. Îïðåäåëåíû äèñïåðñèîííûå ñâîéñòâà òàêèõ ñèñòåì.4. Äëÿ íåóïîðÿäî÷åííûõ íåîäíîðîäíûõ ñèñòåì îïðåäåëåíà äëèíà ñâîáîäíîãî ïðîáåãà ôîòîíà. Ïîêàçàíî, ÷òî ýòà âåëè÷èíà óìåíüøàåòñÿ ñ óâåëè÷åíèåìïîðèñòîñòè, ÷òî óêàçûâàåò íà óñèëåíèå ðàññåÿíèÿ ñâåòà.1183. ÔÀÇÎÂÎÅ ÑÎÃËÀÑÎÂÀÍÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÎÂÃÅÍÅÐÀÖÈÈ ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÕ ÃÀÐÌÎÍÈÊ ÂÏÎÐÈÑÒÛÕ ÏÎËÓÏÐÎÂÎÄÍÈÊÀÕ ÈÄÈÝËÅÊÒÐÈÊÀÕ C ÄÂÓËÓ×ÅÏÐÅËÎÌËÅÍÈÅÌÔÎÐÌÛÝôôåêòèâíîñòü íåëèíåéíî-îïòè÷åñêèõ ïðîöåññîâ, òàêèõ êàê ãåíåðàöèÿãàðìîíèê, îïðåäåëÿåòñÿ âåëè÷èíîé íåëèíåéíîé âîñïðèèì÷èâîñòè è ôàçîâûì ñîãëàñîâàíèåì (ôàçîâûì ñèíõðîíèçìîì), ò.å. âîçìîæíîñòüþ äëÿ ãåíåðèðóåìîé â ýòîì ïðîöåññå âîëíû è âîëíû íåëèíåéíîé ïîëÿðèçàöèè ðàñïðîñòðàíÿòüñÿ ñ îäèíàêîâûìè ôàçîâûìè ñêîðîñòÿìè. Íàñòîÿùàÿ ãëàâà ïîñâÿùåíà èññëåäîâàíèþ âîçìîæíîñòè äîñòèæåíèÿ ôàçîâîãî ñèíõðîíèçìà ïðèãåíåðàöèè îïòè÷åñêèõ ãàðìîíèê â ïîðèñòûõ ñðåäàõ.Óñëîâèå ôàçîâîãî ñîãëàñîâàíèÿ ÷àñòî çàïèñûâàåòñÿ â âèäå [118]:∆k = kp − k =nXki − k = 0 ,(3.1)1ãäå k âîëíîâîé âåêòîð äëÿ âîëíû, ãåíåðèðóåìîé â íåëèíåéíî-îïòè÷åñêîìïðîöåññå, ki âîëíîâîé âåêòîð äëÿ âîëíû, âõîäÿùåé â íåëèíåéíóþ ñðåäó,kp =Pn1ki âîëíîâîé âåêòîð äëÿ âîëíû íåëèíåéíîé ïîëÿðèçàöèè, ∆k ðàññòðîéêà âîëíîâûõ âåêòîðîâ.Êàê ïðàâèëî, ôàçîâîå ñîãëàñîâàíèå â òâåðäûõ òåëàõ îñóùåñòâëÿþò, èñïîëüçóÿ äâóëó÷åïðåëîìëÿþùèå êðèñòàëëû1 [141, 142].
Ïîðèñòûå ïîëóïðîâîäíèêè, îáëàäàþùèå äâóëó÷åïðåëîìëåíèåì ôîðìû, ïðåäñòàâëÿþòñÿ âåñü1 Ôàçîâîåñîãëàñîâàíèå íåëèíåéíî-îïòè÷åñêèõ ïðîöåññîâ òàêæå âîçìîæíî â ôîòîííûõ êðèñòàëëàõ,â ÷àñòíîñòè â ìíîãîñëîéíûõ ñðåäàõ. Ðåçóëüòàòû òàêèõ ýêñïåðèìåíòîâ áóäó èçëîæåíû â Ãë. 5119ìà ïåðñïåêòèâíûìè êàíäèäàòàìè íà ðîëü íåëèíåéíî-îïòè÷åñêîé ñðåä äëÿîñóùåñòâëåíèÿ ôàçîâîãî ñîãëàñîâàíèÿ. Ýòî îáóñëîâëèâàåòñÿ, ïðåæäå âñåãî,âîçìîæíîñòüþ â øèðîêèõ ïðåäåëàõ âàðüèðîâàòü âåëè÷èíû êàê ïîêàçàòåëåéïðåëîìëåíèÿ, òàê è äâóëó÷åïðåëîìëåíèÿ, ìåíÿÿ ïàðàìåòðû ðåæèìà òðàâëåíèÿ. Êðîìå òîãî, âåñüìà ïîëåçíà òàêæå âîçìîæíîñòü ñîçäàâàòü ñðåäû,îïòè÷åñêàÿ îñü êîòîðûõ ëåæèò â ïëîñêîñòè ïîâåðõíîñòè. Òàêèì îáðàçîì,ñòàíîâèòñÿ âîçìîæíûì îñóùåñòâëÿòü 90◦ -íûé ñèíõðîíèçì, ïðè êîòîðîìíå ïðîèñõîäèò ñíîñà ëó÷à ãàðìîíèêè ïî îòíîøåíèþ ê ëó÷ó íàêà÷êè, ÷òîóâåëè÷èâàåò ýôôåêòèâíîñòü íåëèíåéíî-îïòè÷åñêèõ ïðåîáðàçîâàíèé.
Âîçìîæíîñòü çàïîëíèòü ïîðû æèäêîñòüþ èëè âíåäðèòü òóäà íàíî÷àñòèöû ïîëóïðîâîäíèêîâ è ìåòàëëîâ îòêðûâàåò áîëüøèå âîçìîæíîñòè äëÿ ñîçäàíèÿíîâûõ íàíîêîìïîçèòíûõ ñðåä äëÿ íåëèíåéíîé îïòèêè. íàñòîÿùåé ãëàâå ìû ðàññìîòðèì óñëîâèÿ ôàçîâîãî ñîãëàñîâàíèÿ äëÿïðîöåññîâ ãåíåðàöèè âòîðîé è òðåòüåé îïòè÷åñêîé ãàðìîíèê (ÂÃ, ÒÃ) âäâóëó÷åïðåëîìëÿþùèõ ïë¼íêàõ ÏÊ è ÎÏÊ, îïòè÷åñêàÿ îñü êîòîðûõ ëåæèò â ïëîñêîñòè ïàäåíèÿ. Âûáîð äàííûõ ìàòåðèàëîâ ïîçâîëÿåò íàì íåïðèíèìàòü âî âíèìàíèå ýôôåêòû ëîêàëèçàöèè ñâåòà è îãðàíè÷èòüñÿ ðàìêàìè ïðèáëèæåíèÿ ýôôåêòèâíîé ñðåäû2 .
Ìû ïðîâåä¼ì îñíîâàííûå íà ìîäåëè ýôôåêòèâíîé ñðåäû ðàñ÷¼òû äëèí âîëí è óãëîâ ïàäåíèÿ èçëó÷åíèÿ,äëÿ êîòîðûõ îñóùåñòâëÿåòñÿ ôàçîâîå ñîãëàñîâàíèå. Ðåçóëüòàòû ðàñ÷¼òîâáóäóò ñîïîñòàâëåíû ñ ïîëó÷åííûìè â ýêñïåðèìåíòàõ äàííûìè î âëèÿíèèôàçîâîãî ñîãëàñîâàíèÿ íà ýôôåêòèâíîñòü ãåíåðàöèè ãàðìîíèê â îáú¼ìåóêàçàííûõ ïîðèñòûõ ñðåä.2 Ãðàíèöûïðèìåíèìîñòè ýòîãî ïðèáëèæåíèÿ äëÿ ÏÊ áóäóò ðàññìîòðåíû â ãë.
4, à âëèÿíèå ôàçîâîãîñîãëàñîâàíèÿ è ýôôåêòîâ ëîêàëèçàöèè ñâåòà íà ýôôåêòèâíîñòü íåëèíåéíî-îïòè÷åñêèõ ïðîöåññîâ áóäåòïîäðîáíî îáñóæäàòüñÿ â ãë. 5 íà ïðèìåðå ÏÔÃ.1203.1. Ôàçîâîå ñîãëàñîâàíèå ïðîöåññà ãåíåðàöèè âòîðîéãàðìîíèêè â îáú¼ìå äâóëó÷åïðåëîìëÿþùåãîìåçîïîðèñòîãî êðåìíèÿÊðèñòàëëè÷åñêèé êðåìíèé ÿâëÿåòñÿ öåíòðîñèììåòðè÷íîé ñðåäîé, ïîýòîìó ãåíåðàöèÿ Âà â ýòîì ìàòåðèàëå ÿâëÿåòñÿ äèïîëüíî çàïðåù¼ííûìïðîöåññîì; íàáëþäàåìûé â ýêñïåðèìåíòå îòêëèê íà ÷àñòîòå Âà îáóñëîâëåí, âî-ïåðâûõ, îáú¼ìíûì êâàäðóïîëüíûì è, âî-âòîðûõ, ïîâåðõíîñòíûìäèïîëüíûì âêëàäàìè.
Ðàçäåëåíèå ýòèõ äâóõ âêëàäîâ ÿâëÿåòñÿ íåïðîñòîéçàäà÷åé. Êðîìå òîãî, ïîñêîëüêó ñ-Si îáëàäàåò êóáè÷åñêîé ýëåìåíòàðíîé ðåøåòêîé, åãî îïòè÷åñêàÿ àíèçîòðîïèÿ íè÷òîæíà.  ìåçîïîðèñòîì êðåìíèèòàêæå ñîõðàíÿåòñÿ öåíòðàëüíàÿ ñèììåòðèÿ, íî â ñèëó àíèçîòðîïíîãî òðàâëåíèÿ, âîçíèêàåò äâóëó÷åïðåëîìëåíèå. Êàê ñëåäóåò èç ï. 2.2.2.1., äâóëó÷åïðåëîìëåíèå â ÏÊ äîñòàòî÷íî âåëèêî, ÷òîáû ñòàëî âîçìîæíûì çà åãî ñ÷¼òêîìïåíñèðîâàòü äèñïåðñèþ ïîêàçàòåëåé ïðåëîìëåíèÿ è îñóùåñòâèòü ñèíõðîííûé ïðîöåññ ãåíåðàöèè ÂÃ.
Ýòîò ôàêò îòêðûâàåò íîâûå âîçìîæíîñòèäëÿ äîñòèæåíèÿ ôàçîâîãî ñîãëàñîâàíèÿ ïðîöåññà ãåíåðàöèè ÂÃ.  íàñòîÿùåì ðàçäåëå, íå îñòàíàâëèâàÿñü äåòàëüíî íà àíàëèçå òåíçîðà êâàäðàòè÷íîéâîñïðèèì÷èâîñòè ÏÊ, ðàññìîòðèì, êàê èçìåíåíèÿ óñëîâèé ôàçîâîãî ñîãëàñîâàíèÿ âëèÿþò íà ýôôåêòèâíîñòü ïðîöåññà ãåíåðàöèè ÂÃ.3.1.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
