Диссертация (1097499), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Ýêñïåðèìåíòàëüíî èññëåäîâàíî âëèÿíèå íàïðàâëåíèÿ ðàñïðîñòðàíåíèÿ èçëó÷åíèÿ íà îñíîâíîé ÷àñòîòå è åãî ïîëÿðèçàöèè íà ýôôåêòèâíîñòüãåíåðàöèè Âà â ÏÊ. Îáíàðóæåíû ìåéêåðîâñêèå áèåíèÿ è èçìåíåíèå ïî149ëÿðèçàöèîííûõ çàâèñèìîñòåé ñèãíàëà Âà ïðè èçìåíåíèè óãëà ïàäåíèÿ èçëó÷åíèÿ íà îáðàçåö. Ìàêñèìàëüíûé ñèãíàë Âà ñîîòâåòñòâîâàë ãåîìåòðèèâçàèìîäåéñòâèÿ oo-e.3. Îñóùåñòâëåíà ñèíõðîííàÿ ãåíåðàöèÿ Âà â ÏÊ. Ôàçîâîå ñîãëàñîâàíèåäëÿ ýòîãî ïðîöåññà áûëî äîñòèãíóòî ïðè çàïîëíåíèè ïîð äèýëåêòðè÷åñêèìèæèäêîñòÿìè è ïîâîðîòå îáðàçöà âîêðóã îñè, ïåðïåíäèêóëÿðíîé îïòè÷åñêîéîñè. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå íàõîäÿòñÿ â õîðîøåì ñîãëàñèè ñ ðåçóëüòàòàìè ðàñ÷¼òîâ.4.
Ñ èñïîëüçîâàíèåì ïåðåñòðàèâàåìîé ïî äëèíå âîëíû ëàçåðíîé ñèñòåìûíà îñíîâå ïàðàìåòðè÷åñêîãî ãåíåðàòîðà ñâåòà ðåàëèçîâàí ðåæèì ñèíõðîííîé ãåíåðàöèè Òà â îáú¼ìå äâóëó÷åïðåëîìëÿþùèõ ïë¼íîê ÏÊ è ÎÏÊ. Íàëè÷èå ñèíõðîííîé ãåíåðàöèè ïîäòâåðæäàåòñÿ òåì, ÷òî ïðè íàêà÷êå ñ äëèíîé âîëíû, ñîîòâåòñòâóþùåé íóëåâîé ðàññòðîéêå âîëíîâûõ âåêòîðîâ äëÿïðîöåññà ãåíåðàöèè ÒÃ, ïðîèñõîäèò ñóùåñòâåííîå óâåëè÷åíèå èíòåíñèâíîñòè Òà è èçìåíåíèå âèäà îðèåíòàöèîííûõ çàâèñèìîñòåé ÒÃ. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå íàõîäÿòñÿ â õîðîøåì ñîãëàñèè ñ ðåçóëüòàòàìè ðàñ÷¼òîâ.1504. ÌÎÄÈÔÈÊÀÖÈß ÍÅËÈÍÅÉÍÎÉÂÎÑÏÐÈÈÌ×ÈÂÎÑÒÈ Â ÏÎÐÈÑÒÛÕÏÎËÓÏÐÎÂÎÄÍÈÊÀÕ È ÄÈÝËÅÊÒÐÈÊÀÕÎïòè÷åñêàÿ àíèçîòðîïèÿ, êîòîðóþ äåìîíñòðèðóþò ïîðèñòûå ñðåäû, ÿâëÿåòñÿ îòðàæåíèåì àíèçîòðîïèè èõ ñòðóêòóðû.
 ñâÿçè ñ ýòèì âåñüìà èíòåðåñíûì ïðåäñòàâëÿåòñÿ âîïðîñ î òîì, è êàê ñòðóêòóðà íàíîêîìïîçèòíîéñðåäû (ðàçìåð è ôîðìà íàíî÷àñòèö è èõ îáú¼ìíàÿ äîëÿ), ñ îäíîé ñòîðîíû, è èñõîäíûå ñâîéñòâà îáú¼ìíîãî ìàòåðèàëà, ñ äðóãîé, ïðîÿâëÿåòñÿ âíåëèíåéíî-îïòè÷åñêîì îòêëèêå. Èíûìè ñëîâàìè, ïðèìåíèòåëüíî ê ïîðèñòûì ïîëóïðîâîäíèêàì íàñ áóäåò èíòåðåñîâàòü ñëåäóþùàÿ ïðîáëåìà: êàêôîðìèðîâàíèå ïîð èçìåíÿåò íåëèíåéíî-îïòè÷åñêèå ñâîéñòâà èñõîäíîãî ìàòåðèàëà?Îòâåò íà àíàëîãè÷íûé âîïðîñ äëÿ ëèíåéíûõ îïòè÷åñêèõ ñâîéñòâ äàþò ìîäåëè ýôôåêòèâíîé ñðåäû.  íàñòîÿùåé ãëàâå ìû ðàññìîòðèì îáîáùåíèÿ ýòèõ ìîäåëåé íà ñëó÷àé íåëèíåéíîé îïòèêè, ñðàâíèì ðåçóëüòàòûýêñïåðèìåíòîâ ñ ïðåäñêàçàíèÿìè òåîðèè è íàéä¼ì ãðàíèöû ïðèìåíèìîñòèóêàçàííûõ òåîðåòè÷åñêèõ ïîäõîäîâ.
Áîëüøîå âíèìàíèå áóäåò óäåëåíî ìîäèôèêàöèè íåëèíåéíîé âîñïðèèì÷èâîñòè â ïîðèñòûõ ïîëóïðîâîäíèêàõ èäèýëåêòðèêàõ ñ äâóëó÷åïðåëîìëåíèåì ôîðìû. Äëÿ ðåøåíèÿ ïîñòàâëåííîéçàäà÷è íàì ïîòðåáóåòñÿ ââåñòè ïîíÿòèå ýôôåêòèâíîãî òåíçîðà íåëèíåéíîéâîñïðèèì÷èâîñòè, îïðåäåëèòü åãî ñâîéñòâà ñèììåòðèè è óñòàíîâèòü ñâÿçüñ ðàçìåðàìè ïîð è íàíîêðèñòàëëîâ. Äëÿ òåîðåòè÷åñêîãî îïèñàíèÿ ñâîéñòâíåëèíåéíîé âîñïðèèì÷èâîñòè ïîðèñòûõ ñðåä áóäåò èñïîëüçîâàòüñÿ ïðèáëèæåíèå ýôôåêòèâíîé ñðåäû. Ðåçóëüòàòû òåîðåòè÷åñêîãî ðàññìîòðåíèÿ áó151äóò ñðàâíèâàòüñÿ ñ äàííûìè, ïîëó÷åííûìè â ýêñïåðèìåíòàõ, ÷òî ïîçâîëèò óêàçàòü íà ãðàíèöû ïðèìåíèìîñòè èñïîëüçóåìîé ìîäåëè äëÿ îïèñàíèÿíåëèíåéíî-îïòè÷åñêèõ ñâîéñòâ ïîðèñòûõ ñðåä.4.1.
Ýôôåêòèâíàÿ íåëèíåéíî-îïòè÷åñêàÿâîñïðèèì÷èâîñòü íàíîêîìïîçèòíîé ñðåäûÏîäîáíî òîìó, êàê äëÿ îïèñàíèÿ ëèíåéíûõ îïòè÷åñêèõ ñâîéñòâ íàíîêîìïîçèòíîé ñðåäû ââîäèòñÿ ïîíÿòèå ýôôåêòèâíîãî ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ,äëÿ îïèñàíèÿ å¼ íåëèíåéíî-îïòè÷åñêîãî îòêëèêà ïðåäñòàâëÿåòñÿ óäîáíûìââåñòè ïîíÿòèå ýôôåêòèâíîãî òåíçîðà íåëèíåéíîé âîñïðèèì÷èâîñòè. Òåìñàìûì ïðîèçîéä¼ò îáîáùåíèå ìîäåëè ýôôåêòèâíîé ñðåäû íà ñëó÷àé íåëèíåéíîé îïòèêè.Íàèáîëåå îáùèé âèä ýôôåêòèâíîé íåëèíåéíîé âîñïðèèì÷èâîñòè äëÿêîìïîçèòíîé ñðåäû áûë ïîëó÷åí â ðàáîòàõ Ä. Ñòðàóäà ñ ñîòðóäíèêàìè[147, 148].
Âûáåðåì òàêóþ ñèñòåìó êîîðäèíàò, ÷òî îñü z ïàðàëëåëüíà âíåøíåìó ïîëþ E0 = E0 ez e−iωt + ê. ñ., ez åäèíè÷íûé âåêòîð, íàïðàâëåííûéâäîëü îñè z . Òîãäà ýôôåêòèâíóþ êâàäðàòè÷íóþ âîñïðèèì÷èâîñòü ìîæíîîïðåäåëèòü êàê:1 1(2)χizz (2ω; ω, ω) = 2E0 VZVD2,i (r)dr =1hD2,i i ,E02(4.1)ãäå D2,i ïðîåêöèÿ âåêòîðà ýëåêòðè÷åñêîãî ñìåùåíèÿ íà ÷àñòîòå 2ω D2 íàîñü i, à óãëîâûå ñêîáêè îçíà÷àþò óñðåäíåíèå ïî âñåìó îáú¼ìó V .
Èç (4.1)ïîëó÷èòü âèä ýôôåêòèâíîãî òåíçîðà íåëèíåéíîé âîñïðèèì÷èâîñòè:(2)χef f, ijkDE(2)TT= K2, il χlmn K1, mj K1, nk ,(4.2)Tãäå ìíîæèòåëè KN, il (r) è KN,il (r), N = 1, 2, 3 ïîêàçûâàþò, âî ñêîëüêî ðàçëîêàëüíîå ïîëå EN (r) íà ÷àñòîòå N ω â òî÷êå ñ êîîðäèíàòîé r îòëè÷àåòñÿ152îò âíåøíåãî ïîëÿ E0, N íà òîé æå ÷àñòîòå:EN, i (r),EN, lEN, j (r)TKN,.mj (r) =EN, mKN, il (r) =(4.3)(4.4)Àíàëîãè÷íûå ðàññóæäåíèÿ ìîæíî ïðîâåñòè è äëÿ êóáè÷íîé íåëèíåéíîéâîñïðèèì÷èâîñòè.  îòñóòñòâèå äèïîëüíî ðàçðåøåííîé ÂÃ, êîãäà ìîæíîïðåíåáðå÷ü êàñêàäíûì ïðîöåññîì ãåíåðàöèè ÒÃ, ïîëó÷èì:(3)χef f, ijklD=(3)TTTK3, im χmstp K1,sj K1, tk K1, plE,(4.5) òîì ñëó÷àå, êîãäà íàíîêîìïîçèòíàÿ ñðåäà îáðàçîâàíà ÷àñòèöàìè ñ îäèíàêîâîé ôîðìîé, âçàèìîäåéñòâèåì ìåæäó êîòîðûìè ìîæíî ïðåíåáðå÷ü, èëèøü îäèí èç êîìïîíåíòîâ ýòîé íàíîêîìïîçèòíîé ñðåäû èìååò íåëèíåéíîîïòè÷åñêèé îòêëèê, ôîðìóëû (4.2,4.5) ïðèìóò âèä [148, 149]:(2)(2)χef f, ijk = f Li (ω)χijk (ω; ω1 , ω2 )Lj (ω1 )Lk (ω2 ) ,(3)(3)χef f, ijkl = f Li (ω)χijkl (ω; ω1 , ω2 , ω3 )Lj (ω1 )Lk (ω2 )Ll (ω3 ) ,(4.6)(4.7)ãäå f îáú¼ìíàÿ äîëÿ (ôàêòîð çàïîëíåíèÿ) êîìïîíåíòà íàíîêîìïîçèòíîé ñðåäû, îáëàäàþùåãî îïòè÷åñêîé íåëèíåéíîñòüþ, à Li(1 + Li (ε1, ii − ε2, ii )/ε2, ii )−1= ôàêòîð ëîêàëüíîãî ïîëÿ (ñì.
ãë. 2). Ýòè ðå-çóëüòàòû áûëè òàêæå ïîëó÷åíû â ðàáîòàõ [72, 150, 151] ïî àíàëîãèè ñ ïðåäëîæåííûì Í. Áëîìáåðãåíîì ìåòîäîì êîððåêöèè íåëèíåéíîé âîñïðèèì÷èâîñòè çà ñ÷¼ò ëîêàëüíîãî ïîëÿ [152154].Îòìåòèì, ÷òî îñíîâíîé èíòåðåñ èññëåäîâàòåëåé âûçûâàë ïðîöåññ ñàìîâîçäåéñòâèÿ ñâåòà â òàêîé ñðåäå è ðàñ÷¼òû âûïîëíÿëèñü äëÿ êóáè÷åñêîé íåëèíåéíîé âîñïðèèì÷èâîñòè χb(3) (ω; ω, −ω, ω). Ðàññìîòðèì áèíàðíóþêîìïîçèòíóþ ñðåäó, îáðàçîâàííóþ êîìïîíåíòîì a, êîòîðûé îáëàäàåò îï(3)òè÷åñêîé íåëèíåéíîñòüþ (χa(3)b (χb6= 0), è îïòè÷åñêè ëèíåéíûì êîìïîíåíòîì= 0). Êàê âèäíî èç ðèñ.
4.1, óâåëè÷åíèå ýôôåêòèâíîé íåëèíåé-íîé âîñïðèèì÷èâîñòè âîçìîæíî, åñëè ìàòåðèàë ñ íåëèíåéíîñòüþ îáëàäàåòìåíüøèì ïîêàçàòåëåì ïðåëîìëåíèÿ ïî ñðàâíåíèþ ñ äðóãèì ìàòåðèàëîì.153 (3)(3)Ðèñ. 4.1. Îòíîñèòåëüíîå óâåëè÷åíèå íåëèíåéíîé âîñïðèèì÷èâîñòè χef f /χa äëÿ ëàìèíàðíîé ñòðóêòóðû (à) [155] è ãåîìåòðèè Áðóããåìàíà (á) [156] ïðè ðàçëè÷íûõ ñîîòíîøåíèÿõ äèýëåêòðè÷åñêèõ ïðîíèöàåìîñòåé εb /εa â ñëó÷àå, êîãäà òîëüêî îäèí èç êîìïîíåíòîâ íàíîêîìïîçèòíîé ñðåäû (êîìïîíåíò à ) îáëàäàåò îïòè÷åñêîé íåëèíåéíîñòüþ(3)(χb = 0). îáùåì ñëó÷àå ýòî ñïðàâåäëèâî è äëÿ äðóãèõ ìîäåëåé ýôôåêòèâíîé ñðåäû ââèäó òîãî, ÷òî ëîêàëüíîå ïîëå â ÷àñòèöàõ ñ ìåíüøåé äèýëåêòðè÷åñêîéïðîíèöàåìîñòüþ áîëüøå ñðåäíåãî ïîëÿ â ñðåäå.
Ñëåäóåò òàêæå îòìåòèòü,÷òî ôàêòîð ëîêàëüíîãî ïîëÿ â âûðàæåíèÿõ äëÿ ýôôåêòèâíûõ âîñïðèèì÷èâîñòåé íàõîäèòñÿ â òðåòüåé èëè ÷åòâåðòîé ñòåïåíè, ïîýòîìó íåëèíåéíîîïòè÷åñêèé îòêëèê ðàñòåò çíà÷èòåëüíî áûñòðåå âîçðàñòàþùåãî ëîêàëüíîãîïîëÿ. Ýòèì îáñòîÿòåëüñòâîì îáúÿñíÿåòñÿ çíà÷èòåëüíî áîëåå áûñòðûé ðîñòýôôåêòèâíîé íåëèíåéíîñòè ñ ðîñòîì êîíòðàñòà ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ.Ïðèíöèïèàëüíî âîçìîæíî óâåëè÷åíèå íåëèíåéíîñòè áîëåå ÷åì íà ïîðÿäîê.Ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû áûëè ïðîâåðåíû â ýêñïåðèìåíòàõ. Òàê, â ðàáîòå [157] áûëà èññëåäîâàíà ñòðóêòóðà, îáðàçîâàííàÿ ïÿòüþ ÷åðåäóþùèìèñÿ ñëîÿìè äèîêñèäà òèòàíà òîëùèíîé 50 íì ñ ïîêàçàòåëåì ïðåëîìëåíèÿ n = 2, 2 è íåëèíåéíî-îïòè÷åñêîãî ïîëèìåðà p -ôåíèëåíáåíçîáèñòèàçîëà(PBZT) òîëùèíîé 40 íì ñ n = 1, 8 è íåëèíåéíîé âîñïðèèì÷èâîñòüþ çíà÷èòåëüíî áîëåå âûñîêîé, ÷åì â ïåðâîì ìàòåðèàëå.
 ðåçóëüòàòå èçìåðåíèéìåòîäîì z -ñêàíèðîâàíèÿ áûë çàôèêñèðîâàí ðîñò íåëèíåéíîé âîñïðèèì÷èâîñòè ïðè ñàìîâîçäåéñòâèè íà 35% ïî ñðàâíåíèþ ñ èñõîäíûì PBZT; òàêèì îáðàçîì, íåëèíåéíàÿ âîñïðèèì÷èâîñòü ñôîðìèðîâàííîãî íàíîêîìïîçèòà ïðåâûñèëà ïî ñâîåé âåëè÷èíå âîñïðèèì÷èâîñòè îáðàçóþùèõ åãî ìàòå154ðèàëîâ. Èçìåðåíèÿ ýôôåêòèâíûõ ïîêàçàòåëåé ïðåëîìëåíèÿ è íåëèíåéíûõâîñïðèèì÷èâîñòåé äëÿ íàíîêîìïîçèòîâ, îáðàçîâàííûõ ïîðèñòûì ñòåêëîì(ïîðèñòîñòü 28%, ñðåäíèé äèàìåòð ïîðû 4 íì), ïîðû êîòîðîãî çàïîëíÿëèñüðàçëè÷íûìè æèäêîñòÿìè, ïðîäåìîíñòðèðîâàëè ðåçóëüòàòû, íàõîäÿùèåñÿ âõîðîøåì ñîãëàñèè ñ ìîäåëüþ Áðóããåìàíà; âåëè÷èíû äèýëåêòðè÷åñêèõ ïðîíèöàåìîñòåé è êóáè÷íûõ âîñïðèèì÷èâîñòåé èñïîëüçóåìûõ æèäêîñòåé, îäíàêî, íå ïîçâîëèëè äîáèòüñÿ óâåëè÷åíèÿ íåëèíåéíî-îïòè÷åñêîãî îòêëèêàèññëåäóåìûõ íàíîêîìïîçèòîâ [156].4.2.
Ýôôåêòèâíûå íåëèíåéíûå âîñïðèèì÷èâîñòè ïîðèñòûõ ïîëóïðîâîäíèêîâ è äèýëåêòðèêîâ: ìîäåëüÏðèìåíèìòåïåðüðàçâèòûåïðåäñòàâëåíèÿäëÿìîäåëèðîâàíèÿíåëèíåéíî-îïòè÷åñêèõ ñâîéñòâ ïîðèñòîãî êðåìíèÿ è îêèñëåííîãî ïîðèñòîãî êðåìíèÿ. Äëÿ ýòîãî ìû, âî-ïåðâûõ, ïðîâåäåì àíàëèç ñâîéñòâñèììåòðèè óêàçàííûõ ñðåä, à, âî-âòîðûõ, ïðèìåíÿÿ ïîäõîä, èçëîæåííûéâ ï. 4.1., âûïîëíèì îöåíêó âåëè÷èí íåëèíåéíûõ âîñïðèèì÷èâîñòåé äëÿóêàçàííûõ ìàòåðèàëîâ.4.2.1. Íåëèíåéíàÿ âîñïðèèì÷èâîñòü êðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿÏðåæäå, ÷åì ïåðåéòè ê èçëîæåíèþ ðåçóëüòàòîâ, ïîëó÷åííûõ äëÿ ÏÊ,íåîáõîäèìî, âêðàòöå íàïîìíèòü íåëèíåéíî-îïòè÷åñêèå ñâîéñòâà c-Si.4.2.1.1. Âòîðàÿ ãàðìîíèêàÊðèñòàëëè÷åñêèé êðåìíèé, îáëàäàÿ êóáè÷åñêîé ðåøåòêîé àëìàçà (êðèñòàëëîãðàôè÷åñêàÿ òî÷å÷íàÿ ãðóïïà ñèììåòðèè m3m (Oh )), ÿâëÿåòñÿ öåíòðîñèììåòðè÷íîé ñðåäîé. Ñëåäîâàòåëüíî, â äèïîëüíîì ïðèáëèæåíèè â îáú¼ìå c-Si íåâîçìîæíà ãåíåðàöèÿ ÂÃ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
