Магнитооптические эффекты в одномерных магнитофотонных кристаллах (1103609), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

5несмотря на сильные осцилляции хорошовидны заметные отличия коэффициентапрохождения на длинах волн в 212 нм и424 нм.Рис. 5КоэффициентфотонногоВ параграфе 4.3 рассматривается случайпрохождениякристаллаФКсконтрастом на затуханиис накачкой, а не с потерями. Дляпредложенной модели это соответствуетизменению знака мнимой части диэлектрической проницаемости. Наприведённых выше длинах волн наблюдается многократноеусилениеэффекта прохождения.Таким образом, в построенном на контрасте затухания ФКимеютсяпризнаки(следы)запрещенныхзон,обусловленныхинтерференцией волн при периодически модулированном импедансе.

Этипризнаки проявляются в значительных отклонениях от закона БугераЛамберта-Бэра,причемкоэффициент прохождения может быть какбольше, так и меньше, чем при однородном распределении поглощающихцентров.Причинойэтихотклоненийявляетсяперераспределениеэлектрического поля внутри ячейки фотонного кристалла. Прохождениесвета оказывается зависимым от характера распределения поглощающихцентров в образце. Действительно, представим, что в однородный ипрозрачный образец, в котором распространяется волна,и поэтомуимеются максимумы и минимумы электрического поля, вставлен дельтаслой поглощающих центров.

Тогда, если этот дельта-слой расположен вобласти максимума поля поглощение будет существенно больше, чемкогда этот слой будет расположен в области нулевых значений поля.Подобное же происходит в рассмотренных в данной работе ФК. Но вдали15от областей конструктивной интерференции, эти эффекты пренебрежимомалы, и они проявляются только тогда, когда на ширине ячейке ФКукладывается одна или две волны.Отметим, что рассмотренная ситуация вполне реализуема вэкспериментелибопоследовательнымнапылениемдвухразныхматериалов с одинаковыми показателями преломления, либо путемсоздания в однородном материале периодически расположенных центровзатухания.Последнееможнодостичьимплантациейилифотосенсибилизацией.

Интересной могла бы быть структура, содержащаяпериодическуюпоследовательностьквантовыхямсвысокойпрозрачностью на определенной рабочей длине волны. При облучениитакой структуры на длине волны резонанса экситонов квантовых ям,возникло бы затухание в квантовых ямах, что привело бы к изменениюпрозрачности системы на рабочей длине волны. То есть данная структурамогла бы служить основой управляемого светом модулятора излучения.В пятой главе разработаны методика и комплекс программ для расчётаМО эффектов в произвольных конечных, многослойных структурахквантовых ям при нормальном угле падения света.Параграф5.1представляетсобойобзортеоретическихиэкспериментальных работ по этой тематике.В параграфе 5.2 описана методика расчёта. Наибольший интерес здесьпредставляет решение волнового уравнения, являющегося следствиемуравнений Максвелла ω2∇ E = 2 ε b E + 4π Pexc ( z )c2()со следующей нелокальностью4π Pexc ( z ) = χ (ω )Φ ( z ) ∫ Φ∗ ( z ') E ( z ')dz ' .Причём учёт магнитооптики подразумевает следующий вид тензораэкситонной восприимчивости:16 χ −iδχiδχ .χ Оказывается, что по методу, разработанному Е.Л.

Ивченко [7], можнополучить точное решение даже для МО случая. В нашем случае получаемсистему интегральных уравнений, d 2 Ex22 dz 2 = − q Ex − q0 4π Px, 2dEy= − q 2 E y − q02 4π Py dz 2которая может быть сведена к линейной с помощью следующихпреобразований:q2q2iq z − z 'Λ x = ∫ Φ ( z ) Ex ( z )dz =E0x ∫ Φ ( z )eiqz dz + i 0 χΛ x ∫ dzdz 'eΦ ( z )Φ ( z ') + − 0 δχΛ y F2q 2qFΛ 0xΛ y = ...Отсюда получаемΛ x = Λ 0x + aΛ x F + bΛ y F. yyxyΛ = Λ 0 − bΛ F + aΛ FВ наглядной форме решение выглядит следующим образом:Ex = E0x eiqz + (α E0x + β E0y )e −iqzE y = E0y eiqz + (− β E0x + α E0y ) He −iqz.В силу пространственной дисперсии невозможно записать матрицураспространения в яме, поэтому для решения этой проблемы необходимополучать матрицу слоя.

Данный факт принципиально отличает этот методот метода расчёта МО отклика многослойных структур без учётапространственной дисперсии.В шестой главе проводится теоретическое изучение нового класса МФК,построенных на основе структуры брегговских квантовых ям (Braggmultiple-quantum-well structures).

Такие материалы принадлежат к классу17такназываемыхпереотражениерезонансныхсветанаФК,потомупериодическойчтомножественноеструктуредополняетсярезонансным взаимодействием с экситонами в квантовых ямах. В этомслучае свет распространяется в форме поляритонов, и оптические свойстватаких структур очень чувствительны к экситонным характеристикамсоставляющих материалов [8]. Эти особенности могут служить хорошимипредпосылками для создания оптических устройств на основе такогокласса структур.В параграфе 6.1 приводятся описаниеизучаемойструктурыипараметрыквантовой ямы.

В данном случае дляизучения берётся структура Фабри-Перо,где роль дефекта играет квантовая яма.В параграфе 6.2 приводится расчёт МОРис. 6отклика такой структуры. Показано, чтоКоэффициент прохожденияМО эффекты могут быть усилены нарезонансного фотонного кристаллапорядок.Представленная в этой главе структура принципиально отличается отструктур, построенных на основе феррит-граната и рассмотренных втретьей главе. В случае квантовых ям имеется дополнительная степеньсвободы по воздействию на параметры резонансов. Путём подборапараметров зеркал в резонаторе Фабри-Перо можно добиться того, чтоэкситонный резонанс будет совмещён с дефект-модой ФК. Но в общемслучае экситонный резонанс может совпадать или не совпадать с центромрезонанса Фабри-Перо, и более того, положение экситонных резонансовизменяется при приложении магнитного поля. В частности, это позволяетпредложить схему модулятора излучения с высокой степенью модуляцииинтенсивности излучения (до 90%), работа которого основана насмещении частоты экситонного резонанса в магнитном поле (Рис.

6).18Системы, построенные на основе квантовых ям, могут бытьуправляемы не только магнитным, но и электрическим полем. Споявлением нового класса магнитных полупроводников, работающих прикомнатных температурах, структуры, построенные на основе квантовыхям, могут быть использованы для создания новых функциональныхустройств магнитофотоники.Основные результаты и выводы работы:1. Проведено теоретическое исследование МО эффектов в одномерныхМФК.Нарассчитаныосновемодифицированногораспределениеметодаэлектрическоготрансфер-матрицполя,коэффициентыпропускания и отражения света, МО эффекты Фарадея, полярного иэкваториального Керра в МФК типа МО микрорезонатора Фабри-Перос дефектом на основе висмут содержащего граната.

Найдены условия,определяющие резонансное усиление МО эффектов.Определеныпараметры структур, при которых фарадеевское вращение, удельноефарадеевское вращение и МО добротность достигают максимальныхзначений.2. Показано, что при наличии диссипации в МО слоях распределениеэлектрического поля в МФК типа Фабри-Перо оказывает значительноевлияние на усиление эффектов Фарадея, Керра и магниторефрактивныйэффект. Путем изменения условий отражений от брэгговских зеркал ФКвозможен вывод максимумов электрического поля световой волны изобласти расположениямагнитного слоя и концентрация поля внеобласти диссипации.3.

Рассчитан магниторефрактивный эффект в МФК типа Фабри-Перо,содержащем в качестве дефекта слой магнитного нанокомпозита, и водномерных МФК, содержащих несколько магнитных слоев. В силумногократного прохождения света в МФК через магнитный слой19магниторефрактивныйэффектзначительноусиливается,иотносительное изменение коэффициента отражения при приложениимагнитного поля может превышать 60% при коэффициенте отражения5%.Показано,чтоналичиепоглощениясветавмагнитныхнанокомпозитах (или других магнитных материалах) не являетсяпринципиальным препятствием для создания МФК на их основе.4. Выполнено теоретическое исследование оптических свойств ФК,построенногона контрасте мнимых компонент диэлектрическойпроницаемости. Для такого ФК запрещенные зоны конечной ширины необразуются,ноприопределенныхчастотах,соответствующихпризнакам (следам) запрещенных зон, коэффициент прохожденияможет значительно отличаться от соответствующего коэффициентагомогенизированного образца тех же размеров и с тем же суммарнымпоглощением.

Периодическое расположение поглощающих центровможет приводить как к повышению, так и уменьшению прозрачностиобразца.6. Метод расчёта оптического отклика структур, построенных на основеквантовых ям, обобщён на магнитооптику многослойных систем сквантовымиямами,характеризующимисяпространственнойдисперсией.7. Проведено теоретическое исследование МО эффекта Фарадея в МФКтипа Фабри-Перо, содержащих в качестве дефекта квантовую яму.Показано, что когда частота экситонного резонанса в такой структурерасположена в области резонанса дефектной моды МО отклик можетбыть усилен в несколько раз.8. Предложен модулятор излучения на основе смещения частотыэкситонов в приложенном магнитном поле относительно резонанснойчастоты дефектной моды МФК типа Фабри-Перо.20Публикации по теме диссертации.1. А.П.

Виноградов, С.Г. Ерохин, А.Б. Грановский, М. Инуе,Исследование эффекта Фарадея в многослойных одномерныхсистемах, Радиотехника и электроника, 49, 96 (2004).2. А.П.Виноградов,ПолярныйС.Г. Ерохин,эффектКерраА.Б.вГрановский,многослойныхМ.Инуе,системах(магнитофотонных кристаллах), Радиотехника и электроника, 49, 726(2004).3. S. Erokhin, Yu. Boriskina, A. Vinogradov, M. Inoue, D. Kobayashi, A.Fedyanin, M.

Kochneva, E. Gan’shina, A. Granovsky, Transverse Kerreffect in one-dimensional magnetophotonic crystals: experiment andtheory, JMMM, 300, e257 (2006).4. Ю.В. Борискина, С.Г.Ерохин, А.Б.Грановский, А.П.Виноградов,М.Инуе,Усилениемагниторефрактивногоэффектав магнитофотонных кристаллах, ФТТ, 48, 674 (2006).5.

С.Г.Ерохин,А.П.Виноградов,А.БГрановский,М.Инуе,Распределение поля световой волны в окрестности магнитногодефекта в одномерных фотонных кристаллах, ФТТ, 49, 477 (2007).6. А.Б. Грановский, Е.А. Ганьшина, А.Н. Юрасов, Ю.В. Борискина,С.Г. Ерохин, А.Б. Ханикаев, М. Иноуе, А.П. Виноградов и Ю.П.Сухоруков,Магниторефрактивныйманганитахимагнитофотонныхэффектвкристаллах,наноструктурах,Радиотехникаиэлектроника 52, 1152 (2007)7. S. G. Erokhin, Y. V.

Характеристики

Список файлов диссертации