Диссертация (1102884), страница 14
Текст из файла (страница 14)
На фоне оптической прозрачности данного вещества проявляется следующий по величине компонент, ответственный за потери - рэлеевское рассеяние на порах.Неполный отжигОтностиельный сдвиг моды2.4.3.1.00.8n1n20.60.40.20.005101520Время термического окисления (мин)Рис. 2.25 : Относительный сдвиг моды микрорезонаторов с различным типом слоя в микрорезонаторной модеПри дальнейшем исследовании процесс термического отжига образцов фотонных кристаллов выявлен диапазон времён и температур отжига, при котором тонкие фотонные кристаллы (толщиной менее 50 слоёв) претерпевают так называемое неполное окисление: поры внутри пористого кремния покрыты относительно толстым слоем оксида, толщина которого порядка толщины стенок пор. При этом возможна реализация случая, когда в слоях с большой пористостью произошло перекрытиеоксидных слоёв соседних пор, а в слоях с малой пористостью подобного перекрытия не было.
При помощи изучения оптических спектров отражения фотонных кристаллов и микрорезонаторов, термически окислен-8010009001.08000.8Длина волны (нм)Длина волны (нм)10000.67000.46000.2500400100.02030 40 50Угол (град)6070900(б)800700600500400102030 40 50Угол (град)6070Рис. 2.26 : Спектрально-угловая зависимость коэффициента отражения однородной пластины пористого кварца с плотностью тока травления 40 мА/см2 при -поляризации падающего излучения. (б) - максимумы этой зависимости, найденные автоматически и сглаженные.ных неполным образом, установлено, что при окислении при температуре 850 ° С в атмосфере воздуха существует диапазон времени от 4 до16 минут, в котором происходит неполное окисление (рис.
2.25). Неполноокисленный фотонный кристалл состоит, таким образом, из чередующихсяпар композитных слоёв «воздух+плавленый кварц» и «воздух+плавленыйкварц+кристаллический кремний», и характерные размеры композитовмного меньше длины волны света оптического диапазона, что позволяетиспользовать приближения эффективной среды при расчете показателейпреломления и прочих оптических свойств.§ 2.5.Анизотропия пористого кварцаИз литературы известно [119], что пористый кварц обладает оптической анизотропией. Пористый кварц является одноосным "кристаллом"(согласно молекулярной структуре это аморфное вещество), оптическая ось которого проходит вдоль пор. Однако показатели преломлениядля случая изготовленных в работе структур, для использованных диапазонов пористостей ранее не измерялись.Были изготовлены две пластины пористого кварца, с токами травления 40 и 200 мА/см2 . При помощи установки, изображенной на рис.
2.3б, измерялся спектр коэффициента отражения каждой плёнки в диапазоне400-1000 нм (шаг 0.5 нм) и в угловом диапазоне 10-75° (шаг 0.5°) для обоихполяризаций падающего излучения.81Пример измерения приведен на рис. 2.26. Для каждого из четырёх(2 образца, 2 поляризации) измерений был проведён автоматический поискмаксимумов для каждого значения угла. Видно, что интерференционныемаксимумы смещаются в сторону коротких длин волн при увеличении угла падения, что ожидаемо.
Сдвиг максимума при изменении угла при выбранном шаге существенно меньше расстояния между максимумами, поэтому можно отследить изменение каждого максимума индивидуально идалее работать в терминах зависимости положения выделенных максимумов от угла падения. Полученные зависимости были сглажены по алгоритму Савицкого-Голэя с 10 точками. Затем для каждого значения угла былпроведен расчёт физической толщины и показателя преломления, описанный в п. 2.1.3. Полученное значение толщины было примерно постоянным.Полученная зависимость показателя преломления от угла падения позволила установить значения показателей преломления: 1, = 1.35 ± 0.01,1, = 1.32 ± 0.01, 2, = 1.46 ± 0.01, 2, = 1.45 ± 0.01,§ 2.6.Фотонный кристалл для наблюдения дифракционного деленияНакопившиеся в результате выполнения описанных выше исследований значительные улучшения в технологии формирования структур на основе пористого кремния позволили изготовлять образцы практически безобъёмных дефектов.
В подтверждение этого был изготовлен фотонныйкристалл с периодом 800 нм, состоящий из двух периодически чередующихся типов слоёв толщиной 400 нм. Токи травления составляли 40 и 200мА/см2 .Объёмная структура ФК была исследована при помощи электронного микроскопа, изображение её поперечного сечения приведено на рис.2.27.
Видно, что образец имеет период 800 нм, состоит из двух типов слоёв,имеющих чётко выраженные границы. Периодичность сохраняется на протяжении всей структуры. Границы слоёв остаются достаточно ровными,пористый характер структуры не вносит сильных искажений в границыслоёв.Если рассмотреть изображение скола кристалла с большим увеличением (рис. 2.28), становятся видны отдельные поры. В верхней частиснимка показан слой с малой пористостью, ширина одной поры пример-82Рис.
2.27 : Снимок в электронный микроскоп образца фотонного кристалла с прогнозируемым периодом 800 нм. Слои ФК расположены горизонтально.Рис. 2.28 : Снимок в электронный микроскоп участка образца с изображением пор. СлоиФК расположены горизонтально.но 30 нм. В середине снимка слой с большой пористостью, ширина порыпримерно 60 нм (снимок сделан под углом 70°).Для более точной характеризации периодичности до и после термического отжига были измерены спектры отражения в брэгговской геометриис фронтальной и тыльной стороны. Спектры отражения в брэгговской гео-83(а)Фронтальная сторонаТыльная сторона1.00.80.60.40.2Коэффициент отраженияКоэффициент отраженияметрии представлены на рис. 2.29. Видно очень хорошее совпадение спектров фронтальной и тыльной стороны, различия незначительные и возрастают в зонах высоких порядков.0.0400Рис.
2.29 :500600700800Длина волны (нм)90010001.0Фронтальная сторонаТыльная сторона0.8(б)0.60.40.20.0400500600700Длина волны (нм)800Спектры отражения образца 848 в брэгговской геометрии с фронтальной итыльной стороны. а) до отжига - видны 4,5,6,7 зоны; б) после отжига - видны 3,4,5 зоныИзготовленный фотонный кристалл обладает достаточным качествомдля использования его в качестве оптического прибора. Периодичность иотсутствие крупных объёмных дефектов позволяет проводить в данномкристалле исследования динамики фемтосекундных импульсов, что будетсделано в следующих главах данной работы.§ 2.7.Выводы по главе 2В данной главе продемонстрирована возможность изготовления фотонного кристалла, удовлетворяющего требуемым для наблюдения эффекта временного деления параметрам: периодичностью, отсутствием дефектов, гарантированными параметрами изготовления.
На рис. 2.30 представлена фотография серии изготовленных по используемой технологии образцов фотонных кристаллов. Фотонные запрещённые зоны представленныхобразцов расположены в видимой области спектра.1. Усовершенствован способ изготовления одномерных фотонных кристаллов на основе пористого кремния и пористого кварца для большого числа (до 5000) слоёв. Контраст показателя преломления междусоседними слоями 0.2 (кварц) и 0.4 (кремний).2. Методами структурного анализа и оптической спектроскопии показано, что изготовленная структура сохраняет пространственную пе-84Рис.
2.30 :Изготовленная по технологии электрохимического травления кремния серияфотонных кристаллов, фотонные запрещенные зоны которых расположены в видимом диапазоне спектра.риодичность и неизменность свойств каждого из двух типов чередующихся слоев на всей глубине структуры (вплоть до 400 мкм).3. На основе данных материалов возможно изготовление однородной пористой структуры с порами, ориентированными нормально к поверхности. Соотношение высоты и ширины единичной поры составляет104 : 1.85Глава 3Временное деление лазерных импульсов в одномерныхфотонных кристаллах, вызванное брэгговскойдинамической дифракцией в геометрии ЛауэВ данной главе представлены результаты по эксперментальному обнаружению и исследованию эффекта временного деления лазерных импульсов в одномерном фотонном кристалле на основе пористого оксида кремния.
Исследована зависимость параметров эффекта от мощности лазерногоизлучения, от длины фотонного кристалла, от угла падения. Экспериментальные результаты сравниваются с результатами аналитического расчётаи численного моделирования. Основные результаты в данной главы изложены в работе [133].§ 3.1.Обнаружение эффекта временного деленияДля наблюдения временного деления импульсов был использован метод, основанный на измерении автокорреляционной функции, хорошо разработанный и описанный в литературе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
