Диссертация (1097499), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Îáíàðóæåíî ïàäåíèå ñèãíàëà Âà è Òà â ìèêðîïîðèñòîì êðåìíèè áîëåå, ÷åì íà ïîðÿäîê, ïî ñðàâíåíèþ ñ c-Si.  ìåçîïîðèñòîì êðåìíèè ñèãíàëÂà è ÒÃ, íàïðîòèâ, âîçðàñòàåò ïî ñðàâíåíèþ ñ c-Si. Ïîñëåäíåå íå ñîãëàñóåòñÿ ñ ìîäåëüþ ýôôåêòèâíîé ñðåäû. Äàííûå ðåçóëüòàòû óêàçûâàþò íàãðàíèöû ïðèìåíèìîñòè ýòîé ìîäåëè äëÿ îïèñàíèÿ íåëèíåéíî-îïòè÷åñêèõñâîéñòâ ïîðèñòûõ ïîëóïðîâîäíèêîâ.3. Ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòîâ ïî ãåíåðàöèè Òà â ÎÏÊ, íàíîêëàñòåðû êîòîðîãî îòëè÷àþòñÿ ìåíüøèì ïîêàçàòåëåì ïðåëîìëåíèÿ, ñâèäåòåëüñòâóþò îõîðîøåì ñîãëàñèè ñ ìîäåëüþ ýôôåêòèâíîé ñðåäû.4.Êàê ñâèäåòåëüñòâóþò ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé îðèåíòàöèîííûõ çàâèñèìîñòåé Âà è ÒÃ, ñ óâåëè÷åíèåì ïîðèñòîñòè óâåëè÷èâàþòñÿ âåëè÷èíû ñèãíàëîâ Âà è ÒÃ.5. Èçìåðåíî ñîîòíîøåíèå êîìïîíåíò òåíçîðà χb(3) äëÿ îáðàçöîâ ìåçîïîðèñòîãî êðåìíèÿ ðàçëè÷íîé ïîðèñòîñòè.
Îáíàðóæåíî êà÷åñòâåííîå ñîãëàñèåñ èçëîæåííîé â ãë. 2 ìîäåëüþ, â êîòîðîé íàíîêðèñòàëëû êðåìíèÿ ïðåäñòàâëÿþòñÿ ñïëþñíóòûìè ýëëèïñîèäàìè âðàùåíèÿ. Ñ óâåëè÷åíèåì àíèçî185òðîïèè ÏÊ âîçðàñòàåò è íåëèíåéíî-îïòè÷åñêàÿ àíèçîòðîïèÿ. Îäíàêî äëÿâûñîêîïîðèñòûõ îáðàçöîì, óâåëè÷åíèå ïîðèñòîñòè ïðèâîäèò ê äåïîëÿðèçàöèè ñèãíàëà Âà è ÒÃ.6. Ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû ñâèäåòåëüñòâóþò îá óâåëè÷åíèè ëîêàëüíîãîïîëÿ â ïîðèñòîì ñëîå, ÷òî âûçûâàåò ðîñò ýôôåêòèâíîñòè ïðîöåññîâ ãåíåðàöèè Âà è ÒÃ. Âîçìîæíîé ïðè÷èíîé ëîêàëüíîãî âîçðàñòàíèÿ ïîëÿ ÿâëÿåòñÿñëàáàÿ ëîêàëèçàöèÿ ñâåòà â ðåçóëüòàòå ðàññåÿíèÿ íà íàíî÷àñòèöàõ è ïîðàõè ìíîãîêðàòíîé èíòåðôåðåíöèè ðàññåÿííîãî èçëó÷åíèÿ êàê íà îñíîâíîé÷àñòîòå, òàê è íà ÷àñòîòàõ ãàðìîíèê.1865. ÍÅËÈÍÅÉÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ ÂÎÏÒÈ×ÅÑÊÈ ÍÅÎÄÍÎÐÎÄÍÛÕ ÑÐÅÄÀÕ ÍÀÎÑÍÎÂÅ ÏÎÐÈÑÒÛÕ ÏÎËÓÏÐÎÂÎÄÍÈÊΠðàìêàõ äàííîé ãëàâû ìû ðàññìîòðèì äâà êëàññà îïòè÷åñêè íåîäíîðîäíûõ ñðåä: óïîðÿäî÷åííûå (ôîòîííûå êðèñòàëëû) è íåóïîðÿäî÷åííûå.Ïîñëåäíèå ñòðóêòóðû ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê íåóïîðÿäî÷åííûå ôîòîííûå êðèñòàëëû [194].
Îáùèì äëÿ ýòèõ îïòè÷åñêèõ ñèñòåì ÿâëÿåòñÿ íåîáõîäèìîñòü ó÷èòûâàòü èíòåðôåðåíöèþ ðàññåÿííûõ (îòðàæ¼ííûõ) âîëí, ïðèâîäÿùåþ ê ëîêàëüíîìó óâåëè÷åíèþ âåëè÷èíû ïîëÿ (ïîñêîëüêó èíòåðôåðåíöèÿ âûçûâàåò çàìåäëåíèå ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñâåòà, ìû ìîæåì ãîâîðèòüîá ýôôåêòàõ ëîêàëèçàöèè ñâåòà).Ëîêàëüíîå óâåëè÷åíèå íàïðÿæ¼ííîñòè ïîëÿ ìîæåò ïðèâåñòè ê çíà÷èòåëüíîìó ðîñòó ýôôåêòèâíîñòè íåëèíåéíî-îïòè÷åñêèõ ïðîöåññîâ. Äðóãîéìåõàíèçì âîçðàñòàíèÿ íåëèíåéíî-îïòè÷åñêîãî îòêëèêà ìîæåò áûòü ñâÿçàí ñ ýôôåêòàìè ôàçîâîãî ñîãëàñîâàíèÿ, îáóñëîâëåííîãî çàêîíîì äèñïåðñèè ôîòîííîãî êðèñòàëëà [195198], èëè êâàçèñîãëàñîâàíèÿ â óïîðÿäî÷åííîé [199] èëè ñòîõàñòè÷åñêîé ñðåäå [200, 201]. Äëÿ ìíîãîñëîéíûõ ñòðóêòóð ôàçîâîå ñîãëàñîâàíèå ñòàíîâèòñÿ âîçìîæíûì ïðè ïîïàäàíèè ÷àñòîòûèçëó÷åíèÿ íà êðàé ôîòîííîé çàïðåùåííîé çîíû [195, 202]. Óñèëåíèå ýôôåêòèâíîñòè íåëèíåéíî-îïòè÷åñêèõ ïðîöåññîâ íàáëþäàëîñü â îäíîìåðíûõôîòîííî-êðèñòàëëè÷åñêèõ ñòðóêòóðàõ, îáðàçîâàííûõ ÷åðåäóþùèìèñÿ ñëîÿìè GaAs è Al0,3 Ga0,7 As [203], AlGaAs è AlOx [204], ZnS è SrF2 [205, 206].Êàêáûëîïîêàçàíîâãëàâàõ1è2,îäíîìåðíûåôîòîííî-êðèñòàëëè÷åñêèå ñòðóêòóðû ìîãóò áûòü ñîçäàíû íà îñíîâå ïîðèñòîãî187êðåìíèÿ.
Õîðîøèì ïðèìåðîì íåóïîðÿäî÷åííîé íåîäíîðîäíîé ñðåäû ÿâëÿåòñÿ ïîðèñòûé ôîñôèä ãàëëèÿ, ðàçìåðû ïîð â êîòîðîì ñîñòàâëÿþò 0,1...1ìêì. Ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé çàâèñèìîñòè ýôôåêòèâíîñòè íåëèíåéíîîïòè÷åñêèõ ïðîöåññîâ îò ñòðóêòóðíûõ ïàðàìåòðîâ â ýòèõ äâóõ ìàòåðèàëàõáóäóò èçëîæåíû â äàííîé ãëàâå.5.1. Ãåíåðàöèÿ âòîðîé ãàðìîíèêè â ìíîãîñëîéíûõñòðóêòóðàõ íà îñíîâå ìèêðîïîðèñòîãî êðåìíèÿÊàê èçâåñòíî, ãåíåðàöèÿ Âà â ìèêðîïîðèñòîì êðåìíèè ïðîèñõîäèò âåñüìà íåýôôåêòèâíî (ñì.
ãë. 4) [183]. Îñíîâíàÿ èäåÿ óâåëè÷åíèÿ ýôôåêòèâíîñòè ÃÂà â ÏÊ, ðåàëèçóåìàÿ çäåñü, ñîñòîèò â óìåíüøåíèè ôàçîâîé ðàññòðîéêè äëÿ ïðîöåññà ÃÂà ïóòåì ñîçäàíèÿ ïåðèîäè÷åñêîé ìíîãîñëîéíîéñòðóêòóðû èç ÏÊ. Òàêîé ïîäõîä ïîçâîëÿåò ñóùåñòâåííî ïîâûñèòü ýôôåêòèâíîñòü ÃÂà â ìíîãîñëîéíûõ ñòðóêòóðàõ íà îñíîâå ÏÊ ïî ñðàâíåíèþ ññèãíàëàìè âòîðîé ãàðìîíèêè êàê îò îäíîðîäíîãî ñëîÿ ÏÊ, òàê è îò ìîíîêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ, ñëóæàùåãî ïîäëîæêîé äëÿ äàííîé ñòðóêòóðû.Ïðè ýòîì â çàâèñèìîñòè îò ïåðèîäà ñòðóêòóðû ìîæåò ìåíÿòüñÿ ýôôåêòèâíîñòü ïðîöåññà ãåíåðàöèè Âà â òàêèõ îäíîìåðíûõ ôîòîííûõ êðèñòàëëàõ.Ìíîãîñëîéíûå ñòðóêòóðû íà îñíîâå ÏÊ áûëè ñôîðìèðîâàíû â ïðîöåññåýëåêòðîõèìè÷åñêîãî òðàâëåíèÿ ìîíîêðèñòàëëè÷åñêèõ ïëàñòèí êðåìíèÿ âðàñòâîðå HF â ýòàíîëå (â îòíîøåíèè 1:1).  êà÷åñòâå ïîäëîæêè ïðèìåíÿëñÿêðåìíèé p-òèïà ñ îðèåíòàöèåé ïîâåðõíîñòè (100) ñ óäåëüíûì ñîïðîòèâëåíèåì ∼ 10 Îì·ñì.
Ýëåêòðîõèìè÷åñêîå òðàâëåíèå ïðîâîäèëîñü ïîî÷åðåäíîïîäàâàåìûìè èìïóëüñàìè òîêà, ïëîòíîñòè òîêîâ ñîñòàâëÿëè j1 = 5 ìÀ/ñì22è j2 = 105 ìÀ/ñì . Áûëî ñôîðìèðîâàíî òðè ìíîãîñëîéíûå ñòðóêòóðû (A,B è C), êîòîðûå îòëè÷àëèñü òîëùèíàìè ñëîåâ ÏÊ; êàæäàÿ èç íèõ ñîäåðæàëà 12 ïàð ñëîåâ ñ ïîðèñòîñòÿìè ïðèáëèçèòåëüíî 70% è 80%. Ïîêàçàòåëèïðåëîìëåíèÿ ñëîåâ n1 ≈ 1, 2 è n2 ≈ 1, 4 ñîîòâåòñòâåííî. Òîëùèíû ñëîåâ íèçêîé è âûñîêîé ïîðèñòîñòåé ñîñòàâèëè d1 = 95 íì, d2 = 87 íì äëÿ188ñòðóêòóðû A, d1 = 137 íì, d2 = 111 íì äëÿ ñòðóêòóðû B, d1 = 178 íì,d2 = 150 íì äëÿ ñòðóêòóðû C. Èçãîòîâëåííûå îáðàçöû ëþìèíåñöèðîâàëè â îáëàñòè 550 - 800 íì, ÷òî óêàçûâàëî íà ìàëûé ðàçìåð êðåìíèåâûõíàíîêðèñòàëëîâ (.
2 íì), ïðè êîòîðîì âîçíèêàåò êâàíòîâî-ðàçìåðíûé ýôôåêò. Ñïåêòðû îòðàæåíèÿ ñôîðìèðîâàííûõ ñòðóêòóð ïðèâåäåíû íà ðèñ.2.35. Èçìåíåíèå óãëà ïàäåíèÿ ñâåòà íà îáðàçåö ïðèâîäèò ê ñìåùåíèþ ìàêñèìóìîâ îòðàæåíèÿ, ÷òî ïîçâîëÿåò îñóùåñòâëÿòü ïîäñòðîéêó äèñïåðñèèñòðóêòóðû äëÿ ïðîöåññà ãåíåðàöèè ÂÃ.Ïèêîñåêóíäíàÿ ëàçåðíàÿ ñèñòåìà, èñïîëüçîâàííàÿ äëÿ èññëåäîâàíèÿ ãåíåðàöèè Âà ïðè îòðàæåíèè îò ìíîãîñëîéíîé ñòðóêòóðû èç ÏÊ, âêëþ÷àåòâ ñåáÿ çàäàþùèé Nd:YAG ãåíåðàòîð (äëèíà âîëíû 1,064 ìêì) ñ ïàññèâíîéñèíõðîíèçàöèåé ìîä è óïðàâëÿåìîé äîáðîòíîñòüþ ðåçîíàòîðà, ñèñòåìó âûäåëåíèÿ îäèíî÷íûõ èìïóëüñîâ íà îñíîâå ýëåêòðîîïòè÷åñêîãî çàòâîðà è äâàêàñêàäà óñèëåíèÿ.
Ëàçåðíûé èìïóëüñ íà âûõîäå óñèëèòåëüíûõ êàñêàäîâèìååò äëèòåëüíîñòü îêîëî 35 ïñ è ýíåðãèþ äî 3 ìÄæ ïðè ãàóññîâîì ïðîñòðàíñòâåííîì ðàñïðåäåëåíèè èíòåíñèâíîñòè â ñå÷åíèè ïó÷êà óñèëåííîãîèçëó÷åíèÿ. ×àñòîòà ïîâòîðåíèÿ èìïóëüñîâ ãåíåðàöèè ñîñòàâëÿëà 1 Ãö.Çàâèñèìîñòü èíòåíñèâíîñòè Âà îò óãëà ïîâîðîòà îáðàçöà âîêðóã íîðìàëè ê åãî ïîâåðõíîñòè äëÿ ñòðóêòóðû A ïðèâåäåíà íà ðèñ.
5.1. Èíòåíñèâíîñòü âòîðîé ãàðìîíèêè, ãåíåðèðóåìîé â ìíîãîñëîéíîé ñòðóêòóðå íàîñíîâå ÏÊ, áîëåå, ÷åì íà ïîðÿäîê ïðåâîñõîäèò íå òîëüêî ñèãíàë îò îäíîðîäíîãî ñëîÿ ÏÊ êàê âûñîêîé, òàê è íèçêîé ïîðèñòîñòåé, íî è ñèãíàë ÂÃ,ãåíåðèðóåìîé ïðè îòðàæåíèè îò c-Si ñ îðèåíòàöèåé ïîâåðõíîñòè (100), íàêîòîðîì ìíîãîñëîéíàÿ ñòðóêòóðà áûëà ñôîðìèðîâàíà. Âèäíî, ÷òî ñèãíàëÂà ïðàêòè÷åñêè íå çàâèñèò îò àçèìóòàëüíîãî óãëà ïîâîðîòà. Èçëó÷åíèåÂà áûëî ïðàêòè÷åñêè ïîëíîñòüþ p-ïîëÿðèçîâàíî. Ýôôåêòèâíîñòü ïðîöåññà ãåíåðàöèè Âà ïðè åå íàêà÷êå p-ïîëÿðèçîâàííûì èçëó÷åíèåì âûøå, ÷åìâ ñëó÷àå, êîãäà èçëó÷åíèå íà îñíîâíîé ÷àñòîòå áûëî s-ïîëÿðèçîâàíî.Íà ðèñ.
5.2 ïðèâåäåíû çàâèñèìîñòè èíòåíñèâíîñòè âòîðîé ãàðìîíèêè îòóãëà ïàäåíèÿ äëÿ ìíîãîñëîéíûõ ñòðóêòóð À, B è C. Ïåðâàÿ èç íèõ ïîç189.).( ()Ðèñ. 5.1. Îðèåíòàöèîííàÿ çàâèñèìîñòü ñèãíàëà Âà [185].âîëÿëà äîñòèãàòü ìàêñèìàëüíîé èíòåíñèâíîñòè ÂÃ. Çàâèñèìîñòü èíòåíñèâíîñòè Âà îò óãëà ïàäåíèÿ ÿâëÿåòñÿ íåìîíîòîííîé: èíòåíñèâíîñòü âòîðîéãàðìîíèêè âåñüìà íèçêà ïðè óãëå ïàäåíèÿ θ, áëèçêîì ê íîðìàëüíîìó, èäîñòèãàåò ñâîåãî ìàêñèìóìà ïðè θ = 55◦ . Ñèãíàë âòîðîé ãàðìîíèêè äëÿñòðóêòóð B è C íàìíîãî ñëàáåå, à èõ ìàêñèìóìû äîñòèãàþòñÿ ïðè áîëüøèõóãëàõ ïàäåíèÿ.Îáúÿñíÿÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå, îñòàíîâèìñÿ âíà÷àëå íà îòñóòñòâèè îðèåíòàöèîííîé çàâèñèìîñòè ïðè îäíîâðåìåííîé ïðåèìóùåñòâåííîé p-ïîëÿðèçàöèè âòîðîé ãàðìîíèêè (ðèñ.
5.1). Ýòîò ýôôåêò, à òàêæåáîëüøàÿ ýôôåêòèâíîñòü ÃÂà ïðè íàêà÷êå p-ïîëÿðèçîâàííûì èçëó÷åíèåì, ïî-âèäèìîìó, îáúÿñíÿþòñÿ îñîáåííîñòÿìè ñòðóêòóðû ïîðèñòîãî ñëîÿ.Ïîñêîëüêó ðîñò ïîð ïðîèñõîäèò âäîëü íàïðàâëåíèÿ [100], ò.å. âäîëü íîðìàëè ê ïîâåðõíîñòè, òî íàíîêðèñòàëëû êðåìíèÿ áóäóò ïî ïðåèìóùåñòâóâûòÿíóòû âäîëü îñè [100]. Êàê ñëåäñòâèå, ëîêàëüíîå ïîëå â íàíîêðèñòàëëå âäîëü ýòîé îñè áóäåò âûøå, ÷åì â ïåðåïåíäèêóëÿðíûõ íàïðàâëåíèÿõ,÷òî îòðàçèòñÿ è íà âåëè÷èíå íåëèíåéíîé âîñïðèèì÷èâîñòè. ×òî êàñàåò190.)ABC(.1.51.00.50.00102030405060(70)Ðèñ.
5.2. Çàâèñèìîñòè ñèãíàëà Âà îò óãëà ïàäåíèÿ èçëó÷åíèÿ äëÿ ñòðóêòóð À,  èÑ [185].ñÿ îðèåíòàöèîííîé çàâèñèìîñòè, î÷åâèäíî, îíà èñ÷åçàåò ââèäó îïòè÷åñêîéèçîòðîïíîñòè èçó÷àåìûõ ñòðóêòóð â íàïðàâëåíèÿõ, ïåðïåíäèêóëÿðíûõ êíîðìàëè. Ðàçëè÷èå èíòåíñèâíîñòåé Âà äëÿ ñòðóêòóð A, B è Ñ ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî ãåíåðàöèÿ Âà íå ñâÿçàíà ñ íàïðÿæåíèÿìè, êîòîðûå ìîãóòâîçíèêàòü â ñòðóêòóðå èëè íà ãðàíèöå åå ðàçäåëà ñ ïîäëîæêîé.Íàèáîëåå èíòåðåñíûì ýôôåêòîì ïðåäñòàâëÿåòñÿ îáíàðóæåííàÿ çàâèñèìîñòü ýôôåêòèâíîñòè âòîðîé ãàðìîíèêè îò óãëà ïàäåíèÿ èçëó÷åíèÿ íàêà÷êè íà îáðàçåö (ðèñ.
5.2). Áûë ïðîâåäåí àíàëèç çàâèñèìîñòè ðàññòðîéêèâîëíîâûõ âåêòîðîâ èçëó÷åíèé íà îñíîâíîé è óäâîåííîé ÷àñòîòå k1 è k2 îòóãëà ïàäåíèÿ èçëó÷åíèÿ ñ ó÷åòîì äèñïåðñèè ìíîãîñëîéíîé ïåðèîäè÷åñêîéñòðóêòóðû (ñì., íàïðèìåð, [74]) è ìàòåðèàëüíîé äèñïåðñèè ÏÊ. Îïèðàÿñüíà ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé îòðàæåíèÿ, ìû îöåíèëè ðàçíîñòü ïîêàçàòåëåéïðåëîìëåíèÿ íà äëèíàõ âîëí 1,064 ìêì è 0,532 ìêì êàê 0,01 äëÿ ñëîÿ ñáîëüøåé ïîðèñòîñòüþ è 0,005 äëÿ ñëîÿ ñ ìåíüøåé ïîðèñòîñòüþ, ÷òî ñîãëà191ñóåòñÿ ñ äàííûìè, ïðèâåäåííûìè â ðàáîòå [13]. Çàâèñèìîñòü ðàññòðîéêèâîëíîâûõ âåêòîðîâ ∆k = k2 − 2k1 îò óãëà ïàäåíèÿ èçëó÷åíèÿ, ðàññ÷èòàííàÿ äëÿ ïåðèîäè÷åñêèõ ñòðóêòóð ñ óêàçàííûìè âûøå ïàðàìåòðàìè âíàïðàâëåíèè ðàñïðîñòðàíåíèÿ âîëíû íàêà÷êè, ïðèâåäåíà íà ðèñ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
