Диссертация (1104452), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Спектры "() для температур 10 К (синие линии) и 300 К (чёрные линии) в ориентации Ec. Тонкими линиями 1Ф и 2Ф показан только фононный вклад, толстыми линиями 1П и 2П — полные спектры с учётом всех полос поглощения. Крупные символы —калибровочные данные СБММ-измерений. Треугольниками на частотах 97 и 136 см-1 отмечены полосы, для которых на рис. 37 построены температурные зависимости диэлектрического вклада.79Для составления температурной зависимости диэлектрических вкладов i(T) дополнительных механизмов поглощения излучения для поляризации Ec выбраны две полосы поглощения на частотах 97 и 136 см-1, отмеченные стрелками на рис.
36. Чтобы определить диэлектрические вклады этих мод, был выполнен расчёт спектров пропускания иотражения в частотном диапазоне 5–700 см-1 с привлечением СБММ-данных и учётомвсех резонансных и нерезонансных полос при выбранных температурах из диапазона 10–300 К. Полученные данные приведены в табл. 5 и на рис. 37. Аналогично в ориентацииE∥c составлена зависимость i(T) для частот 130, 210, 240 см-1 (табл.
6 и рис. 38). Из полученных данных видно, что при понижении температуры происходит линейное уменьшение диэлектрических вкладов i дополнительных механизмов поглощения. Такое поведение указывает на то, что данные механизмы относятся к двухфононным разностнымпереходам [46], [47].
Представленная на рис. 37 и 38 температурная эволюция явно выражена на участке выше 80–100 К. Для более низких температур зависимость слабая и лежит в пределах экспериментальной погрешности. Из этого факта наряду с характером зависимости "(T) (рис. 35, б) следует вывод, что охлаждение кристалла ниже 80–100 К неприводит к заметному снижению поглощения в нём.В отличие от простых двухатомных ионных кристаллов, рассмотренных в работах[46], [47], монокристалл ZnGeP2 имеет более сложную структуру фононных ветвей в зонеБриллюэна за счёт того, что в базисе содержится две формульные единицы Z=2.
Это приводит к росту плотности фононных состояний, дополнительным каналам многофононныхпереходов, что и формирует остаточное ТГц-поглощение при низких температурах [97].80Таблица 5.Зависимости диэлектрических модельных вкладов i(T) механизмов поглощения ТГцизлучения, дополнительных к фононным, для ZnGeP2 в ориентации Ec.№T, K1i, 10-3 = 97 см-1 = 136 см-130021,0012,24225017,3010,22320013,658,20415010,336,3351006,424,336305,902,557105,321,85j = 97 см-115, 10-32010j = 136 см-1500100200300T, KРис. 37. Температурные зависимости модельных диэлектрических вкладов полос ТГцпоглощения в ориентации Ec.81Таблица 6.Зависимости диэлектрических модельных вкладов i(T) механизмов поглощения ТГцизлучения, дополнительных к фононным, для ZnGeP2 в ориентации E∥c.№T, K1i, 10-3 = 130 см-1 = 210 см-1 = 240 см-13001,811,424,1022501,702,893,9132000,803,802,0841500,706,001,6751000,167,410,626300,157,900,787100,158,420,4910j = 210 см-16, 10-38j = 240 см-142j = 130 см-100100200300T, KРис.
38. Температурные зависимости модельных диэлектрических вкладов полос ТГцпоглощения в ориентации E∥c.82Для применения кристалла ZnGeP2 в практических целях требуется знать суммарное поглощение излучения в нём. Поглощение плоской электромагнитной волны в материале описывается законом Бугера — Ламберта — Бера:I I 0 e d ,(41)где d — толщина образца, —коэффициент поглощения. По полному набору дисперсионных параметров кристалла с учётом однофононного и многофононного поглощения,были рассчитаны спектры коэффициента поглощения () для 10 и 300 К (рис.
39). Дляоблучённого и необлучённого образцов значения совпадают в пределах погрешности. Вобласти 10–35 см-1 крупными символами показаны точные калибровочные значения, полученные из данных СБММ-измерений. На графике также отмечены области реализованной генерации монохроматического [11] и широкополосного сигнала [13]. Определено,что в области генерации как монохроматического, так и широкополосного ТГц-излучениякоэффициент поглощения снижается в 3 раза при охлаждении до 10 К. Сопоставлениетемпературной эволюции спектра коэффициента поглощения () при охлаждении образца от 300 до 10 К с температурной зависимостью мнимой части диэлектрической проницаемости "() позволяет заключить, что эффективное снижение поглощения излученияТГц-диапазона происходит при уменьшении температуры до величины 80–100 К.
Придальнейшем охлаждении остаточное поглощение не изменяется.83f, ТГц0,155100,3324ТГц-диапазон23, см-1101101300 K10 K10ТГц-диапазон-1510, см100-1800Рис. 39. Спектр коэффициента поглощения монокристалла ZnGeP2 в поляризации Ec, гдекрупные символы — калибровочные данные СБММ-измерений, 1 — область реализованной генерации монохроматического сигнала [11], 2 — область реализованной генерацииширокополосного сигнала [13].843.4. Заключение к главе 3В данной главе получены спектры действительной ε'() и мнимой ε''() частей диэлектрической проницаемости. Рассчитаны спектры (), непосредственно отражающиепоглощение электромагнитных волн ТГц-ИК-диапазона в исследуемом кристалле.
В этихспектрах приведена точная калибровка данными СБММ-измерений, которая однозначнохарактеризует поглощение в данном материале. Показано, что облучение электронами сэнергией 4 МэВ и дозой 1,8·1017 см-2 не приводит к изменению поглощения ТГцизлучения, а охлаждение образца до 80–100 К снижает это поглощение в 3 раза.85ЗаключениеВ работе получены экспериментальные данные по поглощению электромагнитныхволн терагерцового диапазона в нелинейно-оптическом монокристалле ZnGeP2 с применением методов ЛОВ- и ИК-спектроскопии в широком частотном (5 – 5 000 см-1) и температурном диапазонах (10–300 К).
На основании анализа экспериментальных данных сприменением дисперсионных моделей определены механизмы, ответственные за это поглощение в частотном интервале 5–350 см-1, соответствующем области генерации терагерцового сигнала в кристалле при его накачке лазерным излучением. Показано, что облучение электронами не приводит к изменению оптических и диэлектрических характеристик образца в области генерации, а охлаждение образца до 80–100 К снижает коэффициент поглощения в 3 раза.
Полученные спектры поглощения и диэлектрические параметрымонокристалла ZnGeP2 являются критически важными при проектировании и разработкеустройств генерации как монохроматического, так и широкополосного терагерцового излучения с использованием данного материала.Основные выводы1. Впервые проведено методами ТГц- и ИК-спектроскопии экспериментальное исследование механизмов поглощения электромагнитных ТГц-волн в кристалле ZnGeP2. Получены спектры пропускания и отражения монокристалла ZnGeP2, необлученного иоблучённого электронами с энергией 4 МэВ и дозой 1,8·1017 см-2, в диапазоне частот 5– 5 000 см-1 и в интервале температур 10–300 К.2. Доказано, что поглощение электромагнитных волн монокристаллом ZnGeP2 в диапазоне частот 5–350 см-1 формируется однофононными и в значительной степени двухфононными разностными процессами.3.
Показано, что свободные носители формируют вклад друдевского типа в динамическую проводимость, который на 2–4 порядка ниже вкладов фононной компоненты идвухфононных разностных процессов. Влияние свободных носителей на формирование функции отклика в ТГц-диапазоне пренебрежимо мало.4. Определено путём сопоставления данных для облучённого и необлучённого образцовZnGeP2, что облучение кристалла электронами с энергией 4 МэВ и дозой 1,8·1017 см-2приводит к уменьшению коэффициента оптического преломления материала на ~1,6%86(диэлектрической проницаемости на ~3%).
При этом не обнаружено дополнительныхполос поглощения в ТГц-диапазоне, вызванных этим облучением.5. Показано, что эффективное снижение поглощения излучения ТГц-диапазона происходит при охлаждении образца до температуры 80–100 К. При дальнейшем снижениитемпературы остаточное поглощение не изменяется.87Список публикаций по теме работыПубликации в рецензируемых журналахА1. G.A. Komandin, S.V. Chuchupal, S.P. Lebedev, Y.G. Goncharov, A.F.
Korolev, O.E.Porodinkov, I.E. Spektor, A.A. Volkov. BWO Generators for Terahertz Dielectric Measurements // IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology, 2013, V. 3, No. 4,pp. 440-444.А2. С.В. Чучупал, Г.А. Командин, Е.С. Жукова, А.С. Прохоров, О.Е. Породинков, И.Е.Спектор, Ю.А. Шакир, А.И. Грибенюков. Механизмы формирования потерь в нелинейно-оптических кристаллах ZnGeP2 в терагерцевой области частот // Физика твёрдого тела, 2014, Т. 56, № 7, с. 1338-1344.А3. С.В.
Чучупал, Г.А. Командин, Е.С. Жукова, О.Е. Породинков, И.Е. Спектор, А.И.Грибенюков. Влияние облучения электронами монокристаллов ZnGeP2 на терагерцевые потери в широком интервале температур // Физика твёрдого тела, 2015, Т. 57, №8, с. 1467-1472.А4.
А.С. Ермолов, Г.Н. Измайлов, А.С. Кузьмин, С.П. Лебедев, Ю.А. Митягин, В.Н.Мурзин, С.В. Чучупал. Измерение коэффициентов пропускания образцов новых материалов в субтерагерцовом диапазоне частот // Измерительная техника, 2015, № 2,с. 35-37.Публикации в трудах конференцийА5. S.V. Chuchupal, G.A. Komandin, A.I. Gribenyukov. The absorption of terahertz electromagnetic waves in non-linear chalcopyrite material ZnGeP2 // TERA-2012 (20-22 June2012, Moscow), Abstract Book, p. 77.А6. С.В. Чучупал, Е.С.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
