Диссертация (1104452)

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

Текст из файла

ИНСТИТУТ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ ИМЕНИ А.М. ПРОХОРОВАРОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУКОТДЕЛ СУБМИЛЛИМЕТРОВОЙ СПЕКТРОСКОПИИУДК: 537.874.7На правах рукописиЧУЧУПАЛ СЕРГЕЙ ВЯЧЕСЛАВОВИЧПОГЛОЩЕНИЕ ВОЛН ТЕРАГЕРЦОВОГО ДИАПАЗОНАВ НЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКИХ КРИСТАЛЛАХ ZnGeP2Специальность 01.04.03 — радиофизикаДИССЕРТАЦИЯна соискание учёной степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:доктор физ.-мат. наукКОМАНДИН Г.А.Москва 2016ОглавлениеВведение....................................................................................................................................3Глава 1. Механизмы поглощения электромагнитных волн терагерцового диапазона вполупроводниках ....................................................................................................................111.1.

Модель проводимости Друде ................................................................................131.2. Взаимодействие излучения с кристаллической решёткой...................................161.3. Модель Лоренца ....................................................................................................191.4. Модель Лиддена — Сакса — Теллера, Куросавы ................................................211.5. Процессы многофононного поглощения..............................................................221.6.

Заключение к главе 1.............................................................................................26Глава 2. Экспериментальные методы изучения распространения волн терагерцовогодиапазона в полупроводниках................................................................................................272.1. Инфракрасная Фурье-спектроскопия. ИК-спектрометр «Bruker IFS-113v» .......282.2.

Субмиллиметровая ЛОВ-спектроскопия. СБММ-спектрометр «Эпсилон» .......322.3. Спектроскопия с временным разрешением..........................................................402.4. Программная среда WASF для моделирования спектров диэлектрическогоотклика..........................................................................................................................422.5. Исследуемые образцы монокристалла ZnGeP2 ....................................................462.6. Результаты спектральных СБММ- и ИК-измерений............................................522.7.

Заключение к главе 2.............................................................................................68Глава 3. Анализ механизмов поглощения терагерцового излучения в кристаллеZnGeP2 .....................................................................................................................................693.1. Влияние проводимости друдевского типа на поглощение ТГц-излучения ........693.2.

Влияние облучения кристалла электронами на поглощениеТГц-излучения ..............................................................................................................723.3. Влияние двухфононных разностных процессов на поглощениеТГц-излучения ..............................................................................................................783.4. Заключение к главе 3.............................................................................................85Заключение..............................................................................................................................86Список публикаций по теме работы ......................................................................................88Список цитированной литературы.........................................................................................90Благодарности.........................................................................................................................982ВведениеАктуальностьВ настоящее время активно проводятся фундаментальные и прикладные исследования, направленные на освоение терагерцового (ТГц) интервала частот (1011–1013 Гц) [1].Промышленно выпускаемые электровакуумные генераторы волн ТГц-диапазона, такиекак лампы обратной волны и гиротроны, активно применяются на практике.

В то же времясуществует возможность получать ТГц-волны с помощью нелинейно-оптических свойствкристаллов. Это открывает простор для создания компактных источников излучения, нетребующих сильных магнитных полей и высоковольтного питания в отличие от электровакуумной техники. Данная тема является актуальной и востребованной, поскольку излучение ТГц-диапазона находит широкое применение на практике.

Оно используется длянеразрушающего контроля качества выпускаемой продукции [2], в газоанализе [3], [4],медицинской диагностике [5], [6], для дистанционной идентификации предметов [2]; прорабатывается возможность создания высокоскоростных систем ТГц-связи [7]. Для разработки твердотельных источников ТГц-волн применяются как радиофизические методы,предполагающие использование радиотехнических устройств (например антенн, резонаторов), так и методы нелинейной и лазерной оптики.Одним из способов получения ТГц-излучения является нелинейно-оптическое преобразование частоты излучения лазеров инфракрасного и видимого диапазона в полупроводниковых кристаллах. Сюда входит генерация на разностной частоте при накачке двухчастотным лазерным излучением и возбуждение широкополосного ТГц-излучения фемтосекундными лазерными импульсами [1], [8]–[13].

Перспективным нелинейно-оптическимматериалом для создания источников ТГц-излучения является монокристалл дифосфидацинка-германия ZnGeP2. Он обладает высоким порогом оптического пробоя, хорошей теплопроводностью, механической прочностью, стойкостью к повышенной влажности и агрессивным средам, большими значениями температурной, угловой и спектральной ширинсинхронизма [14], а также высокими величинами коэффициентов нелинейной восприимчивости и двулучепреломления, достаточными для выполнения условий фазового согласования в широких спектральных диапазонах [15]. В кристалле ZnGeP2 была получена генерация монохроматического излучения мощностью ~1 Вт в диапазоне 2,7–2,94 ТГц (90–98 см-1) на разностной частоте при накачке двухчастотным лазерным излучением [11] игенерация широкополосного сигнала ТГц-излучения в интервале 0,1–3 ТГц (3,3–100 см-1)при накачке фемтосекундными лазерными импульсами (λ ~ 1,15–1,6 мкм) [13].

В работе[13] также было проведено сравнение интенсивностей широкополосного ТГц-излучения,3Рис. 1. Диэлектрические спектры '() и "(), рассчитанные авторами работы [16] изспектров ИК-отражения при комнатной температуре в ориентации Ec (сплошная линия)и E∥c (пунктирная линия); 1, 2 — данные субмиллиметровых измерений. Штриховкойпоказано расхождение между экспериментальными данными и результатом моделирования для ориентации Ec.4полученного на кристаллах GaP и GaAs. Было показано, что генерация электромагнитныхволн с использованием кристалла ZnGeP2 в несколько раз эффективнее.Распространяясь в кристалле, лазерное излучение поглощается при взаимодействиис кристаллической решёткой.

Также поглощается и генерируемое излучение. Посколькуобласти накачки и генерации ТГц-излучения разнесены по частоте, то важно знать дисперсию коэффициента поглощения в обеих областях. Механизмы поглощения как излучения накачки, так и генерируемого ТГц-излучения можно разделить на собственные, присущие данному кристаллу и обусловленные строением и динамикой кристаллической решётки, и несобственные, связанные с наличием в нём различных дефектов [16]. Минимизация влияния несобственных механизмов поглощения осуществляется рядом способовпостростового воздействия, например, традиционным отжигом [17] или облучением электронами [18]–[20]. Авторам работы [20] путём облучения монокристалла ZnGeP2 электронами при варьировании условий воздействия на образец удалось эффективно (в 3–5 раз)уменьшить поглощение излучения накачки в диапазоне 2–8 мкм.

Но данных о возможномпоглощении генерируемого ТГц-излучения в этой публикации нет. Вместе с тем, возникающие при облучении кристалла точечные дефекты вакансионного [18] типа сами могутявляться источником дополнительного поглощения излучения ТГц-диапазона, если ониобразуют дипольный момент, взаимодействующий с данным излучением [21], [22]. В настоящее время не исследованы механизмы (как собственные, так и несобственные), формирующие диэлектрические потери в ТГц-диапазоне. В работе [16] авторы методамиЛОВ- и ИК-Фурье-спектроскопии исследовали спектры поглощения излучения в диапазоне 10–600 см-1 кристаллом ZnGeP2.

Было обнаружено расхождение между экспериментальным и модельным спектрами мнимой части диэлектрической проницаемости "() нанизкочастотном краю исследуемого диапазона. На рис. 1 штриховкой показано данноерасхождение в ориентации Ec. Было высказано предположение, что поглощение излучения ТГц-диапазона в кристалле ZnGeP2 вызвано проводимостью друдевского типа. Нарис. 2 [18], [19] показана зависимость удельного сопротивления  0   01 кристаллаZnGeP2 от дозы электронного облучения D, демонстрирующая вначале уменьшение, а затем рост статической проводимости 0. При этом открытым остаётся вопрос о возможномдополнительном поглощении в области генерации ТГц-излучения, возникающем в результате облучения кристалла ZnGeP2 электронами.Таким образом, актуальность настоящей работы обусловлена дефицитом информации о диэлектрических параметрах монокристалла ZnGeP2, определяющих поглощениеизлучения в ТГц-диапазоне, что существенно затрудняет практическое применение данного материала.51210100, Ом·см101081061001017D, см-110181019Рис.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации