Спектроскопия второй и третьей оптических гармоник кремниевых наноструктур, фотонных кристаллов и микрорезонаторов (1097881), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Зависимость интерпретируется как уменьшение ширины энергетическойщели между квантоворазмерными подзонами кремниевых квантовых ям приувеличении толщины слоев кремния.8. При генерации второй гармоники в образцах периодических кремниевых ям27обнаружена сильная азимутальная анизотропия первого или второго порядка, в зависимости от толщины структуры. Установлена связь симметрии азимутальной анизотропии ВГ с наведенной симметрией приготовления квантовых ям. Спектральная зависимость азимутальной анизотропии, проявляющаяся в переходе от симметрии первого порядка ко второму, интерпретированакак результат интерференции двух резонансных вкладов - азимутально изотропного и анизотропного с симметрией первого порядка.9.
Обнаружена генерация второй гармоники от монослоя кремниевых наночастиц с размерами вплоть до 2 нм. Обнаружены резонансные особенности поведения интенсивности второй гармоники от монослоя кремниевых наночастицпри перестройке длины волны излучения накачки от 710 нм до 860 нм, чтосоответствует энергии фотона на удвоенной частоте в диапазоне от 2,95 до3,5 эВ. Спектральные зависимости интенсивности второй гармоники кремниевых наночастиц отличаются от контура интенсивности второй гармоникиаморфного нанослоя кремния.
Обнаружена модификация спектра интенсивности второй гармоники при уменьшении размеров кремниевых наночастиц.В диапазоне размеров от 100 до 10 нм наблюдается сдвиг в коротковолновуюобласть более чем на 40 нм, что соответствует 0.2 эВ энергии фотона второйгармоники. В эксперименте сдвиг максимума в спектре интенсивности второй гармонике оказался на порядок больше, чем в простейшей модели потенциальной ямы конечной глубины.
В случае кремниевых наночастиц малогоразмера появляется полоса уширения на длинах волн более 710 нм (3,48 эВ).При уменьшении размеров полоса уширения сдвигается в длинноволновуюобласть.10. Экспериментально исследованы спектральные нелинейно-оптические свойства нового наноструктурированного материала - мезопористого кремния.Обнаружено резонансное усиление генерации ТГ в пленках мезопористогокремния в областях энергий фотонов ТГ от 3,4 до 4,0 эВ и от 4,3 до 4,65эВ. Показано, что в результате наноструктурирования кремния происходитуширение резонансов кубичной восприимчивости в 1,5-2 раза и их длинноволновый сдвиг вплоть до 0,05 эВ. Определено отношение компонент тензоровкубичной восприимчивости мезопористого кремния и кремния, составившее(3)(3)(3)(3)|χxxxx + χxxyy |P S /|χxxxx + χxxyy |Si ' 0, 4 и 0,06 для энергий фотонов ТГ 4,2эВ и 4,55 эВ, соответственно.
Обнаружено уменьшение анизотропного вклада в генерацию ВГ и ТГ с увеличением пористости, связанное с изменениемсимметрии пористого кремния от m3m к ∞/mm.2811. Обнаружено усиление интенсивности генерации третьей гармоники в 3 · 102раза и интенсивности генерации второй гармоники в 50 раз в одномерныхкремниевых фотонных кристаллах при перестройке длины волны излучениянакачки на краю фотонной запрещенной зоны.
Показано, что в спектральной области края фотонной запрещенной зоны одновременно усиливается генерация второй и третьей оптических гармоник. Исследована зависимостьусиления сигнала ВГ от дисперсии показателей преломления мезопористогокремния: наибольшее усиление достигается на коротковолновом краю фотонной запрещенной зоны, если nω > n2ω , и на длинноволновом, если nω < n2ω .12. Впервые обнаружено одновременное усиление генерации второй и третьейоптических гармоник на краю фотонной запрещенной зоны анизотропныхфотонных кристаллов мезопористого кремния. Усиление интенсивности ВГ иТГ интерпретируется как одновременное выполнение условий фазового синхронизма за счет анизотропии показателя преломления, наведенной анизотропией электрохимического травления исходной пластины Si(110). Показано, что спектральное и угловое положение резонансов интенсивности ВГ иТГ в анизотропных фотонных кристаллах и микрорезонаторах мезопористого кремния зависят от азимутального угла поворота образца относительноплоскости падения и состояния поляризации излучения накачки.13.
Систематически исследованы эффекты усиления квадратичного и кубичного нелинейно-оптического отклика одномерных микрорезонаторов на основефотонных кристаллов мезопористого кремния. Обнаружено резонансное усиление генерации второй и третьей гармоник при перестройке длины волныизлучения накачки в спектральной области разрешенной моды микрорезонатора, составившее 5 · 103 в случае ТГ и 2 · 102 в случае ВГ по сравнению синтенсивностью ВГ и ТГ вне фотонной запрещенной зоны. Резонанс с модой микрорезонатора исследован методами частотной спектроскопии ВГ иТГ при перестройке длины волны накачки в диапазоне 730 - 1000 нм и угловой спектроскопии ВГ и ТГ при изменении угла падения излучения накачкипри фиксированной длине волны.14. Впервые наблюдалась генерация резонансной второй и третьей оптическихгармоник в одномерных связанных микрорезонаторах на основе кремниевыхфотонных кристаллов. Наличие двух одинаковых резонаторных слоев вызывает раздвоение разрешенной моды в линейном спектре и приводит к появлению трех резонансных особенностей в квадратичном и кубичном откликахпри перестройке волны накачки в спектральной окрестности расщепленных29мод.
Максимальное усиление интенсивности ВГ и ТГ составляет 102 и 2 · 103соответственно. Показано, что положения резонансов в спектрах интенсивности ВГ и ТГ определяются количеством слоев и, следовательно, пропусканием промежуточного фотонного кристалла.15. В рамках формализма матриц распространения развита модель кубичногои квадратичного отклика одномерных фотонных кристаллов и микрорезонаторов. На основе аппроксимации экспериментальных спектров показано,что усиление генерации ВГ и ТГ на краю запрещенной фотонной зоны обусловлено синхронизацией фаз парциальных волн гармоник, усилением амплитуды вышедших парциальных волн гармоник, а также пространственнойлокализацией поля накачки в ограниченном фотонном кристалле. На основе сравнения результатов эксперимента с расчетами объяснена зависимостьрезонансного усиления генерации гармоник на краях фотонной запрещеннойзоны фотонных кристаллов от дисперсии показателей преломления.
Основным механизмом резонансного усиления генерации ВГ и ТГ в разрешенноймоде является локализация поля накачки внутри полуволнового резонаторного слоя, проявляющаяся в возрастании его амплитуды до 10 раз.16. Экспериментально обнаружен эффект нелинейной дифракции света в трехмерных фотонных кристаллах.
Обнаружена нелинейная дифракция на частотах второй и третьей гармоники в трехмерных фотонных кристаллах синтетических опалов, иммерсированных этанолом. Усиление генерации второйи третьей гармоник составило около одного порядка величины при углах падения накачки, соответствующих длинноволновому краю фотонной запрещенной зоны. Впервые зарегистрирована нелинейная дифракция в трехмерных фотонных кристаллах на частоте третьей гармоники одновременно внескольких пространственных направлениях, соответствующих длинноволновым краям фотонных запрещенных зон в направлениях [111] и [-111].
Угловые положения максимумов нелинейной дифракции третьей гармоники связаны с выполнением условий фазового квазисинхронизма с участием векторов обратной решетки G111 и G−111 .17. Обнаружено усиление генерации второй гармоники в образцах трехмерныхфотонных кристаллов на основе опалов, заполненных кремниевыми микрокристаллитами с фактором заполнения, близким к единице. Спектры интенсивности второй гармоники демонстрируют резонансное усиление в 50 разпри перестройке длины волны излучения накачки через фотонную запрещенную зону.
При увеличении угла падения излучения накачки, резонансы в30спектре интенсивности второй гармоники сдвигаются в коротковолновую область, коррелируя с угловой зависимостью положения фотонной запрещенной зоны. Показано, что дифракция излучения накачки на упорядоченнойтрехмерной диэлектрической решетке фотонного кристалла на основе опала,заполненного кремнием, и нелинейная дифракция на трехмерной решеткеквадратичной поляризации приводят к резонансному возрастанию интенсивности генерации второй оптической гармоники при перестройке длины волнынакачки через фотонную запрещенную зону.Список цитируемой литературы[1] М. Кардона, Модуляционная спектроскопия. – Москва: Мир, 1972.[2] W.
Daum, H.-J. Krause, U. Reichel, H. Ibach, Identification of strainedsilicon layers at Si-SiO2 interfaces and clean Si surfases by nonlinear opticalspectroscopy// Phys. Rev. Lett. – 1993. – Vol. 71, p. 1234.[3] M. Cardona, G. Harbeke, O. Madelung, U. Rössler, Semiconductors. – V. 17,Pt. a and 17 Pt. b of Landolt-Börnstein, New Series, Group III Berlin: SpringerVerlag, 1982.[4] P. Lautenschlager, M.
Garriga, L. Vina, M. Cardona, Temperature dependenceof the dielectric function and interband critical points in silicon// Phys. Rev. B– 1987. – Vol. 36, p. 4821.[5] T.V. Dolgova, V.G. Avramenko, A.A. Nikulin, G. Marowsky, A.F. Pudonin,A.A. Fedyanin, O.A. Aktsipetrov, Second-harmonic spectroscopy of electronicstructure of Si/SiO2 multiple quantum wells// Appl. Phys. B – 2002. – Vol. 74,p. 671–675.[6] D. S. Bethune, Optical harmonic generation and mixing in multilayer media:analysis using optical transfer matrix techniques// J.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
